Проверить цепь симистора

Я разрабатываю устройство для переключения нагревательного устройства, работающего от сети. Я провел довольно много исследований и понял, что есть много информации, но, поскольку я имею дело с потенциально смертельными переменными токами, я хотел бы проверить свой дизайн перед заказом печатных плат. Я впервые работаю с сетью, поэтому, предположим, я ничего не знаю :)

Требования:

• Переключить нагревательное устройство (= резистивная) нагрузка, до 1000 Вт
• Совместим с 110-240 В, 50 и 60 Гц
• Управляется 5v MCU (ATMega328)
• Нет необходимости принимать правила и т. Д., Но абсолютно необходимо быть в безопасности
• редактировать: скорость переключения примерно один раз каждые 5 секунд

Вот схема:

Заметки:

• D8 это вывод MCU
• Резистор между оптопарой и симистором представляет собой сквозное отверстие 1/4 Вт, остальные 0603
• 5A быстрый предохранитель
• Два 330 последовательных резистора предназначены для упрощения спецификации
• Симисторные выключатели сети нейтральные

Вопросы:

• Прежде всего: есть ли здесь что-то, что я пропустил или упустил из виду?
• Радиатор на триаке немного неясен для меня. Я рассчитал максимальное значение 10C / W, это нормально? Мой расчет: (макс. Температура - комнатная температура) / (макс. На каскадном напряжении * (миллиамперы / напряжение)) - переход к базовому тепловому сопротивлению ( (110-25)/(1.65*(1000/230))-1.5 = ~10.35). Означает ли это, что триак будет постоянно работать при 110 ° C, мне кажется, что он немного высок? .. В идеале у меня будет радиатор меньшего размера, хотя, я надеюсь, что это неправильно :)
• Оптрон является случайной фазой. Эта фаза важна только для затухающих огней и т.д., верно? Имеет ли значение фаза для нагревательного устройства?
• Требуется ли демпфирующая схема? Из того, что я понимаю, это необходимо только для индуктивных нагрузок?
• Большая часть этой схемы находится на нижней части двухслойной платы диаметром 1,6 мм, остальные компоненты находятся на расстоянии не менее 4 мм вверху. Насколько я понимаю, длина пути утечки должна быть минимум 6 мм, но то же самое с доской между ними?

В любом случае мне нужно заказывать детали, так что если у вас есть предложения по замене компонентов, это совершенно нормально.

Листки:

• Оптрон (MOC3023M): http://www.farnell.com/datasheets/94947.pdf
• Triac (BT138-600): http://www.farnell.com/datasheets/1651175.pdf

Любые другие советы или хитрости также высоко ценятся!

ОБНОВИТЬ

После подсказок я поменял предохранитель на живое (теперь это очевидно ...) и добавил демпферы. Обновленная схема:

1. Вероятно, безопаснее иметь D8 для управления небольшим полевым МОП-транзистором для управления фотодиодом, вместо того чтобы полагаться на возможности источника тока на самом выводе GPIO. Вы также должны предоставить чуть больше, чем абсолютный минимум 5 мА, указанный в спецификации.

2. Предохранитель всегда должен быть в линии, а не только в нейтральном. (Слияние обоих - это нормально.) Если вы соединяете только нейтраль, у вас все еще есть путь от линии к земле, поскольку в большинстве юрисдикций нейтраль где-то заземлена. Опасно и потенциально смертельно.

3. Ваша нагрузка на нагреватель, скорее всего, носит индуктивный характер, поэтому следует рассмотреть схему затвор резистор-конденсатор-резистор, показанную на странице 6 таблицы, чтобы уменьшить чувствительность затвора. Вы всегда можете не заполнять конденсатор позже, если он вам не нужен.

4. Устройство (без радиатора) имеет сопротивление перехода к окружающей среде 60 кВ / Вт. Так как ваш нагреватель мощностью 1000 Вт потребляет около 4,34 А тока, когда проводник симистора, при 230 В переменного тока это ~ 7 Вт - при 100 В переменного тока это больше похоже на 16,5 А. Вам обязательно понадобится радиатор :)

Я помещаю это как ответ, поскольку мой комментарий, кажется, похоронен в списке.

Почему вы переключаетесь (и фьюзинг) нейтральным? Это не безопасно. Ваш нагреватель будет иметь сетевое напряжение, даже когда он выключен.

Разумеется, добавьте в него механический выключатель сетевого питания, чтобы вы точно знали, все ли включено или выключено.

По этим же линиям путь заземления на стороне низкого напряжения должен быть сплошным к заземлению. Представьте себе, что произойдет, если через оптоизолятор упадет какой-то кусок провода или еще что-нибудь. Будет ли это безопасно? Или поставить низковольтную сторону на потенциал сети? Вы хотите, чтобы он потерял безопасность, перегорев предохранитель.

Подвеска рекомендуется по нескольким причинам.

• Уменьшите амплитуду напряжения от коммутируемой паразитной индуктивности. (Выход) Это уменьшает напряжение напряжения на уровне пробоя симистора. Всякий раз, когда вы переключаете длинные линии, вы переключаете индуктивность. OPto имеет рекомендованную конструкцию амортизатора. Используйте такой как на Триаке.

• Уменьшите до линейного пика dv / dt, используя индуктивность линии и заглушку для предотвращения ложного срабатывания триака.

При подключении светодиодного индикатора и инфракрасного светодиода не возникает проблем, поскольку микроконтроллер будет источником или падением 20 мА, а для Opto требуется только 10 мА для надежного переключения.

Однако при использовании стабилизатора 5 В нет необходимости подключать светодиоды параллельно.

- Drop voltage in the MCU driver is ~0.6V at 10mA and **~0.8V@20mA** ( hint search thru the pdf for VOH ) 
- drop voltage for "most" RED LEDs is ~1.3V @10mA, ~1.4V@20mA
- drop voltage for the IR LED used in the Opto is 1.2V @10mA and 1.3V @ 20mA
- so choose your drive current 10 ~ 20mA, add up the drops and choose a single R instead of 3 x 330.
- e.g.add up all drops above,  **0.8 + 1.4 + 1.3 + 20mA*Rs = 5V**  
- thus Rs = 1.5/20mA = **75 ohm**  ( 30mW)
- or   0.6 + 1.3 + 1.2 + 10mA*Rs = 5V   or Rs  = 1.9/10mA = **190 Ohm** ( 19mW)

Сохраняйте >> 5-миллиметровый зазор безопасности между всеми дорожками переменного и постоянного тока, используемыми оптопарой.

Ваш 5V плавает или заземлен к переменному току? Не требуется. но для обнаружения электромагнитных помех вам может понадобиться линейный фильтр, чтобы предотвратить попадание входных сигналов вашего датчика MCU на входную линию переменного тока с LC-фильтром и, возможно, небольшую крышку переменного тока от постоянного тока к заземлению переменного тока. Вы не хотите, чтобы переключение духовки попадало в сигналы MCU. Ферритовые шарики иногда используются на переключаемых линиях.

Если общее значение Rth ja составляет 10'W, это означает, что симистор будет выдерживать температуру 110'C, когда активен после тепловой постоянной времени, которая зависит от массы и скорости AIR. Я бы предложил ближе к 5 'C / W для вашего радиатора и добавить Rj-c симистора, чтобы получить термальное сопротивление. также используйте немного смазки с небольшим радиатором.

Я проектирую аналогичную схему.

Единственное, чего не хватает в этом контуре, это транзистор для защиты симистора от пиков перенапряжения, чтобы он не был поврежден от внешних переходных процессов.

См. Http://www.st.com/st-web-ui/static/active/cn/resource/technical/document/application_note/CD00022856.pdf.

Также было бы возможно использовать MOV, но это кажется более элегантным.