Номинальные характеристики компонентов для измерения переменного тока с микроконтроллером

Я работаю над проектом, в котором часть схемы, которую я должен спроектировать, воспринимает переменный ток с помощью микроконтроллера. Как вы можете видеть ниже, эта схема предназначена для работы с резисторами, конденсаторами и оптроном.

Вот два дизайна, которые я имею в виду:введите описание изображения здесь

Эта схема должна быть надежной и служить в течение длительного времени (не менее 5 лет). Цепь будет работать только тогда, когда жалюзи двигаются, что означает, что цепь будет в основном выключена.

Если бы я выбрал первую конструкцию (предпочтительную из-за ограничений по размеру), я бы использовал конденсатор класса X. Окончательная стоимость еще не определена.

Больше всего проблем у меня с резистором. Когда цепь включается / когда в цепи появляется переменное напряжение (230 Ом эффективное, 325 пиковое), ток будет ограничен только сопротивлением резисторов до того, как сработает полное сопротивление конденсаторов. Это означает, что напряжение на резисторе будет приблизительно равно:

введите описание изображения здесь

где в худшем случае амплитуда переменного тока составляет 325 В (или больше из-за других факторов), а Uf (прямое напряжение диода) будет 1,1 В +/- 0,4 В.

Это означает, что кратковременно мощность, рассеиваемая резистором, составит более 10,5 Вт. Я знаю, что у некоторых резисторов есть графики, показывающие импульсную мощность. Должен ли я вообще принимать это во внимание в моем примере?
Я действительно не знаю, как долго будет длиться этот импульс, так как я не знаю, как его смоделировать, но я действительно думаю, что мы говорим о миллисекундах или даже меньше. Может ли кто-нибудь помочь мне с этой проблемой?

Будет ли вторая схема более надежной, чем первая? Тепло не должно быть проблемой, так как чувствительная часть схемы (которую я здесь показываю) не должна работать в течение длительного периода времени. Даже в пределах минут. Но, как я уже сказал, я бы предпочел первый дизайн.

Некоторая дополнительная информация:
я просмотрел несколько типов резисторов. Я читал, что резисторы MELF обычно хорошо использовать там, где вероятны импульсы, хотя я бы предпочел использовать толстопленочные резисторы smd, которые легче монтировать. Резистор будет рассчитан на 400 В+, и после скачков импеданса конденсаторов мощность, рассеиваемая резистором, составит около 1 Вт, что довольно много, но, как я уже упоминал ранее, не будет длиться долго (я надеялся, что резистор 1,5 Вт будет сделать работу).

Оптопара, вероятно, будет той, что показана в проекте. Абсолютные максимальные номиналы оптронов: If = +/- 50 мА, Ifsm = +/- 1A, я постараюсь оставаться в диапазоне < 10 мА.

Частота генератора не отражает фактическую частоту, которой будет подвергаться цепь. Напряжение сети переменного тока: 230 В эффективное / 325 В пиковое, частота: 50 Гц

Ответы (4)

Поскольку вы используете оптопару, ясно, что вы определяете частоту переменного тока или пересечение нуля, а не определяете амплитуду синусоидальной волны в каждом цикле переменного тока. Я разработал простую надежную схему, которую я использовал в продуктах, которая снижает уровень мощности в цепи обнаружения переменного тока, поэтому нет необходимости в компонентах высокой мощности.

введите описание изображения здесь

Принцип этой схемы заключается в том, что токовая нагрузка от сети переменного тока через оптопару отключается, когда амплитуда импульса переменного напряжения становится слишком высокой. Таким образом, схема генерирует два импульса (один на переднем фронте и один на заднем фронте) для каждого положительного импульса переменного напряжения. Легко использовать микроконтроллер для измерения интервала между импульсами. Импульс переднего фронта имеет большее расстояние от последнего импульса, чем время от переднего импульса до заднего импульса.

Интересная схема, надо специально подбирать опто с высоким CTR? Это не работает, если CTR меньше 200%.
@JackCreasey - Да, здесь нужно использовать оптопару, как номер детали, показанный на схеме. Тот, который работает также с минимальным прямым током светодиода. Вы платите немного больше за этот тип оптопары, но низкое рассеивание мощности схемы снижает общее тепловыделение. Я сделал это после того, как устал от выхода из строя обычных мощных резисторов и сжигания материала печатной платы до коричневого цвета. Эта схема работает от ~85 ВА до 240 ВА (среднеквадратичное значение).
Ваша схема умна, но кто-то, кто работает с нами, сказал, что он не может заставить код работать так, как он хочет, если он не имеет постоянного высокого или низкого значения, поэтому я помещаю эти схемы, которыми я являюсь. Итак, вы думаете, что RC-цепь действительно будет слишком ненадежной для основного измерения переменного тока?
@GalErženPajič - Позвольте мне просто сказать, что долгосрочная надежность схемы имеет тенденцию быть обратно пропорционально количеству мощности, рассеиваемой в компонентах схемы.
@GalErženPajič - Если программист не может преобразовать выходные данные схемы, которую я показал, в эквивалентную форму сигнала высокого / низкого уровня, которая соответствует положительным и отрицательным пикам синусоидальной волны переменного тока, то он является начинающим или очень младшим программистом встраиваемых систем. Для измерения времени разделения импульсов требуется некоторое использование механизма таймера.

Иди на первую часть. Импеданс конденсатора поможет ограничить общий ток через ветвь. Если вы используете резистор, который не слишком мал, он может справиться с пиковыми импульсами мощности. В вашем случае используйте конденсатор, рассчитанный на 325 В; Тип переменного тока.

Вы можете использовать онлайн-симуляторы цепей, чтобы получить значения для резистора и конденсатора, если это необходимо.

Проблема со второй частью:

Для пикового тока в ответвлении 50 мА (при условии отсутствия падения диода) вам потребуется: 325/50e-3 = 6500 Ом.

Пиковая рассеиваемая мощность: (325**2)/6500 = 16,25 Вт.

Суммарная мощность, интегрированная за период синусоиды, будет меньше, но не слишком. Посмотрите на среднеквадратичную мощность.

Таким образом, вам нужен резистор, рассчитанный на рассеивание этой мощности, и вы должны держать окружение резисторов открытым, чтобы рассеивать тепло.

Соединённые последовательно резисторы (например, 6500/3) по-прежнему будут совместно рассеивать такое же количество энергии, но на большей площади поверхности. Таким образом, вы можете уменьшить номинал каждого резистора, но локальный нагрев останется прежним.

Извините, я, возможно, не совсем понял про ток 50 мА. Это абсолютный максимальный номинал оптопары, я постараюсь быть в пределах 10 или меньше миллиампер. Да, пульс - это то, что меня действительно беспокоит. Думал купить резистор на 400В+. В чем я не совсем уверен, так это в том, нужно ли мне даже учитывать таблицу данных резисторов относительно импульсной мощности.
Используйте любой дешевый резистор (0,25 Вт, убедитесь, что I ^ 2 * R меньше 0,25), и все готово. Они «должны» выдерживать 400 В. Используйте небольшой конденсатор с более высоким импедансом для ограничения тока. Как было сказано ранее, симуляции помогут. Конечно, вы можете сделать расчеты, а также.

Ваш расчет мощности резистора ошибочен (для вашей схемы 1). Даже если предположить, что переменный ток включается в самый неподходящий момент, постоянная времени RC мала (0,01 с), поэтому конденсатор быстро заряжается вслед за переменным напряжением. Основная проблема с первой схемой заключается в том, что ваш сигнал сдвинут по фазе, поэтому он не очень хорош в качестве индикатора пересечения нуля.

Вторая схема работает нормально и обеспечивает относительно стабильное опорное значение, но оно будет смещено от пересечения нуля. Это связано с тем, что вам нужен минимальный ток для получения сигнала (через CTR опто), поэтому индикатор смещается. Если вы хотите, чтобы сигнал был ближе к пересечению нуля, вам нужно уменьшить значение резистора, что, конечно, увеличивает рассеиваемую мощность.

Меня удивляет, что многие люди все еще проектируют, используя старые зарекомендовавшие себя методы, не используя преимущества современных кремниевых решений.
Я спроектировал приведенную ниже схему (большое примечание: я еще не построил ее), в которой в качестве источника постоянного тока используется полевой транзистор с режимом истощения высокого напряжения (этот полевой транзистор имеет хорошие характеристики бинирования). Это позволяет включать сигнал на микропроцессор очень близко к пересечению нуля. Полевой транзистор заменяет резисторы, которые вы обычно используете, и должен справляться с рассеиваемой мощностью. Однако, поскольку это постоянный ток, он включается при очень низком пороговом напряжении.
Здесь рассеяние в наихудшем случае составляет менее 0,5 Вт при 250 В переменного тока, и оно по-прежнему будет обеспечивать довольно точную индикацию пересечения нуля вплоть до 20 В переменного тока.

Любые замечания по дизайну приветствуются.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Слизь с лесной схемой. Конденсатор там по сути резистор без потерь.

Для подобных конструкций ключом является определение тока, необходимого для оптронов. А затем обратно рассчитайте остальную часть схемы.

Да, именно поэтому я бы тоже предпочел использовать первый. Но я не знаю, что более надежно в долгосрочной перспективе, и номинальную мощность, которую я упомянул о резисторе. И расчет тока оптопары на самом деле не проблема. Мне действительно просто нужно, чтобы оптопара была защищена от начального броска тока - до того, как возникнет импеданс, который достигается с помощью соответствующего резистора.
Номинальные характеристики компонентов для измерения переменного тока с микроконтроллером
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v