Clasificaciones de componentes para detección de CA con microcontrolador

Estoy trabajando en un proyecto en el que una parte del circuito que tengo que diseñar es la detección de CA con un microcontrolador. Como puede ver a continuación, este circuito está diseñado para operar con resistencias, condensadores y un optoacoplador.

Aquí hay dos diseños que tengo en mente:ingrese la descripción de la imagen aquí

Este circuito tiene que ser fiable y durar una buena cantidad de tiempo (al menos 5 años). El circuito funcionará solo cuando el obturador de la ventana se esté moviendo, lo que significa que el circuito estará principalmente apagado.

En caso de que elija el primer diseño (preferido debido a las limitaciones de tamaño), usaría un condensador de clase X. El valor final aún no se ha determinado.

La mayoría de los problemas que tengo es con la resistencia. Cuando el circuito se enciende / cuando el voltaje de CA (230 efectivo, 325 pico) está presente en el circuito, la corriente solo estará limitada por la resistencia de las resistencias antes de que se active la impedancia de los capacitores. Esto significa que la tensión a través de la resistencia será aproximadamente:

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donde la amplitud de CA del peor de los casos es de 325 V (o más debido a otros factores) y Uf (voltaje directo del diodo) será de 1,1 V +/- 0,4 V.

Esto significa que, por un breve momento, la potencia disipada por la resistencia será superior a 10,5 W. Sé que algunas resistencias tienen gráficos que muestran potencias de pulso. ¿Debería tener esto en cuenta en mi ejemplo?
Realmente no sé cuánto durará este pulso ya que no sé cómo simularlo, pero realmente creo que estamos hablando de milisegundos o incluso menos. ¿Hay alguien que me puede ayudar con este problema?

¿Sería el segundo circuito más confiable que el primero? El calor realmente no debería ser un problema ya que la parte de detección del circuito (que estoy mostrando aquí) no debería funcionar durante largos períodos de tiempo. Ni siquiera en rango de minutos. Pero como dije, el primer diseño es el que preferiría.

Alguna información adicional:
he revisado varios tipos de resistencias. Leí que las resistencias MELF generalmente son buenas para usar donde es probable que ocurran pulsos, aunque prefiero usar resistencias smd de película gruesa que son más fáciles de montar. La resistencia tendrá una capacidad nominal de 400 V + y después de que la impedancia de los condensadores se active, la potencia disipada por la resistencia será de alrededor de 1 W, que es bastante potencia, pero como mencioné anteriormente, no durará mucho tiempo (esperaba que la resistencia de 1,5 W Hacer el trabajo).

El optoacoplador probablemente será el que se muestra en el diseño. Valores nominales máximos absolutos de los optoacopladores: Si = +/- 50mA, Ifsm = +/- 1A, intentaré permanecer en un rango < 10mA.

La frecuencia del generador no refleja la frecuencia real a la que estará expuesto el circuito. Tensión de red de CA: 230 efectivos / pico de 325 V, frecuencia: 50 Hz

Respuestas (4)

Dado que está utilizando un optoacoplador, está claro que está detectando la frecuencia de CA o el cruce por cero en lugar de detectar la amplitud de la onda sinusoidal a través de cada ciclo de CA. He ideado un circuito sencillo y fiable que he usado en productos que mantiene el nivel de potencia bajo en el circuito de detección de CA, por lo que no hay necesidad de componentes de alta potencia.

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El concepto de este circuito es que la carga de corriente de la línea de CA a través del optoacoplador se corta cuando la amplitud del pulso de voltaje de CA es demasiado alta. Por lo tanto, el circuito genera dos pulsos (uno en el borde de ataque y otro en el flanco de salida) por cada pulso de voltaje CA positivo. Es fácil usar un microcontrolador para medir el espacio entre pulsos. El pulso de borde de ataque tiene un espacio más largo desde el último pulso que el tiempo desde el pulso de avance hasta el pulso de seguimiento.

Interesante circuito, ¿tienes que seleccionar especialmente el opto con un alto CTR? Esto no parece funcionar si el CTR es inferior al 200 %.
@JackCreasey: sí, esto quiere usar un optoacoplador como el número de pieza que se muestra en el esquema. Uno que también funciona con una corriente de LED directa mínima. Paga un poco más por ese tipo de optoacoplador, pero la baja disipación de energía del circuito mantiene el calor general bajo. Hice esto después de cansarme de que las resistencias convencionales de alta potencia fallaran y quemaran el material de PCB. Este circuito funciona desde ~85VACrms hasta más de 240VACrms.
Su circuito es inteligente, pero alguien que trabaja con nosotros dijo que no puede hacer que el código funcione de la manera que él quiere si no tiene un valor alto o bajo constante, por eso estoy poniendo estos circuitos que soy. Entonces, ¿piensa que el circuito RC realmente sería demasiado poco confiable para la detección principal de CA?
@GalErženPajič - Permítanme decir que la confiabilidad del circuito a largo plazo tiende a ser inversamente proporcional a la cantidad de energía disipada en los componentes del circuito.
@GalErženPajič: si el programador no puede convertir las salidas del circuito que he mostrado en una forma de onda alta/baja equivalente que corresponde a los picos positivos y negativos de la onda sinusoidal de CA, entonces es un programador integrado principiante o muy joven. Se requiere cierto uso de un mecanismo de temporizador para realizar mediciones de temporización de separación de pulsos.

Ve por la primera parte. La impedancia del capacitor ayudará a limitar la corriente total a través de la rama. Si usa una resistencia que no sea demasiado pequeña, puede manejar los pulsos de potencia máxima. En su caso, utilice un condensador que tenga una capacidad nominal de 325 V; tipo de CA.

Puede usar simuladores de circuitos en línea para llegar a los valores de la resistencia y el capacitor si es necesario.

Problema con la segunda parte:

Para una corriente máxima de 50 mA en la rama (suponiendo que no haya caída de diodo), necesita: 325 / 50e-3 = 6500 Ohm.

Pico de potencia disipada: (325 ** 2) / 6500 = 16,25 W.

La potencia total, integrada durante el período de la onda sinusoidal, será menor pero no demasiado menor. Mire la potencia RMS.

Por lo tanto, necesita una resistencia que esté clasificada para disipar esa potencia y debe mantener abiertos los alrededores de las resistencias para permitir que el calor se disipe.

Las resistencias en serie (p. ej., 6500 / 3) seguirán disipando colectivamente la misma cantidad de energía pero en un área de superficie mayor. Por lo tanto, puede reducir la clasificación de cada resistencia, pero el calentamiento localizado será el mismo.

Lo siento, es posible que no haya sido claro acerca de la corriente de 50 mA. Esa es la clasificación máxima absoluta del optoacoplador, intentaré estar en el rango de 10 o menos miliamperios. Sí, las legumbres es lo que realmente me preocupa. Estaba pensando en obtener una resistencia nominal de más de 400 V. De lo que no estoy realmente seguro es si tengo que considerar la hoja de datos de las resistencias con respecto a la potencia del pulso.
Use cualquier resistencia barata (0.25W asegurándose de que I ^ 2 * R sea inferior a 0.25) y estará listo para comenzar. Ellos "deberían" ser capaces de manejar 400V. Use un capacitor pequeño que tenga una impedancia más alta para limitar la corriente. Como se dijo antes, las simulaciones ayudarán. Por supuesto que también puedes hacer los cálculos.

Su cálculo de la potencia de la resistencia es erróneo (para su circuito 1). Incluso si asume que la CA se enciende en el peor momento posible, la constante de tiempo RC es baja (0,01 s), por lo que el capacitor se carga rápidamente siguiendo el voltaje de CA. El principal problema con el primer circuito es que su señal está desfasada, por lo que no es excelente como indicador de cruce por cero.

El segundo circuito funciona bien y proporciona una referencia relativamente estable, pero se compensará con el cruce por cero. Esto se debe a que necesita una corriente mínima para obtener una señal (a través del CTR de la opto) para que el indicador esté compensado. Si desea que la señal esté más cerca del cruce por cero, debe reducir el valor de la resistencia, lo que, por supuesto, aumenta la potencia disipada.

Me sorprende que mucha gente aún diseñe utilizando técnicas antiguas establecidas y no aproveche las soluciones modernas de silicio.
Diseñé el circuito a continuación (nota importante: aún no lo he construido), que utiliza un FET de modo de agotamiento de alto voltaje como fuente de corriente constante (este FET tiene buenas características agrupadas). Esto le permite encender la señal al microprocesador muy cerca del cruce por cero. El FET reemplaza las resistencias que normalmente usaría y tiene que manejar la disipación de energía. Sin embargo, dado que es una corriente constante, se enciende a un voltaje de umbral muy bajo.
En este caso, la disipación en el peor de los casos es inferior a 0,5 W a 250 VCA, y aun así proporcionaría una indicación de cruce por cero bastante precisa hasta menos de 20 VCA.

Cualquier comentario sobre el diseño es bienvenido.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Goo con el circuito forestal. El condensador allí es esencialmente una resistencia sin pérdidas.

Para diseños como este, la clave es determinar la corriente que necesita para los acopladores ópticos. Y luego vuelva a calcular el resto del circuito.

Sí, es por eso que prefiero usar el primero también. Pero no tengo conocimiento de qué es más confiable a largo plazo y la potencia nominal que mencioné sobre la resistencia. Y el cálculo actual del optoacoplador no es realmente un problema. Realmente solo necesito que el optoacoplador esté protegido contra la irrupción inicial de corriente, antes de que se active la impedancia, lo que lo hace la resistencia adecuada.
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