Triac-Schaltung validieren

Ich entwerfe ein Gerät zum Schalten eines Heizgeräts, das mit Netzstrom betrieben wird. Ich habe ziemlich viel recherchiert und festgestellt, dass es viele Informationen gibt, aber da es sich um potenziell tödliche Wechselstromversorgung handelt, möchte ich mein Design vor der Bestellung von Leiterplatten validieren. Ich arbeite zum ersten Mal mit dem Stromnetz. Bitte nehmen Sie an, ich weiß nichts :)

Bedarf:

• Schalten Sie eine Heizgerätelast (= ohmsche) auf 1000W um
• Kompatibel mit 110-240 V, 50 und 60 Hz
• Angetrieben von 5V MCU (ATMega328)
• Keine Notwendigkeit, Vorschriften usw. zu verabschieden, muss aber unbedingt sicher sein
• bearbeiten: Umschaltrate ca. einmal alle 5sec

Hier ist der Schaltplan:

Anmerkungen:

• D8 ist der MCU-Pin
• Der Widerstand zwischen Optokoppler und Triac ist ein 1 / 4W-Durchgangswiderstand, die anderen 0603
• 5Eine schnelle Sicherung
• Die zwei in Reihe geschalteten 330 Widerstände dienen dazu, die Stückliste einfacher zu halten
• Der Triac schaltet den Netzneutral

Fragen:

• Zuallererst: Gibt es hier etwas, das ich verpasst oder übersehen habe?
• Der Kühlkörper am Triac ist für mich etwas unklar. Ich habe einen Maximalwert von 10C / W berechnet. Ist das in Ordnung? Meine Berechnung lautet: (max. Temperatur - Raumtemperatur) / (max. Spannung auf der Stufe * (Milliampere / Spannung)) - Übergang zum Basis-Themenwiderstand ( (110-25)/(1.65*(1000/230))-1.5 = ~10.35). Bedeutet das, dass der Triac die ganze Zeit bei 110 ° C sein wird, scheint mir ein bisschen hoch zu sein? .. Idealerweise hätte ich einen kleineren Kühlkörper, also hoffe ich, dass dies falsch ist :)
• Der Optokoppler ist eine zufällige Phase. Die Phase ist nur wichtig für das Ausbleichen von Lichtern usw., oder? Ist die Phase für ein Heizgerät wichtig?
• Ist eine Dämpfungsschaltung erforderlich? Soweit ich weiß, ist dies nur für induktive Lasten erforderlich?
• Der größte Teil dieser Schaltung befindet sich auf der Unterseite einer 1,6-mm-2-Lagen-Platine, andere Komponenten sind mindestens 4 mm entfernt. Soweit ich weiß, sollte die Kriechstrecke mindestens 6 mm betragen, aber ist es dasselbe mit der Platte dazwischen?

Ich muss die Teile trotzdem bestellen. Wenn Sie Vorschläge zum Austausch von Komponenten haben, ist das völlig in Ordnung.

Datenblätter:

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

Alle anderen Tipps oder Tricks werden ebenfalls sehr geschätzt!

AKTUALISIEREN

Nach den Tipps hier habe ich die Sicherung auf "Leben" geändert (scheint jetzt offensichtlich zu sein ..) und die Dämpfer hinzugefügt. Aktualisierter Schaltplan:

1. Es ist wahrscheinlich sicherer, wenn D8 einen kleinen MOSFET ansteuert, um die Fotodiode zu steuern, anstatt sich auf die Strombeschaffungsfähigkeit des GPIO-Pins selbst zu verlassen. Sie sollten auch etwas mehr als das im Datenblatt angegebene absolute Minimum von 5 mA angeben.

2. Eine Sicherung sollte immer in der Leitung sein - niemals nur im Neutralleiter. (Beide zu verschmelzen ist in Ordnung.) Wenn Sie nur den Neutralleiter verschmelzen, haben Sie immer noch einen Weg von der Leitung zur Erde, da der Neutralleiter in den meisten Ländern irgendwo geerdet ist. Gefährlich und möglicherweise tödlich.

3. Ihre Heizlast ist höchstwahrscheinlich induktiver Natur. Daher sollten Sie das auf Seite 6 des Datenblattes gezeigte Widerstand-Kondensator-Widerstand-Gate-Schema berücksichtigen, um das Gate zu desensibilisieren. Sie können den Kondensator später jederzeit nicht mehr füllen, wenn Sie ihn nicht benötigen.

4. Das Gerät (ohne Kühlkörper) hat einen Widerstand zwischen Sperrschicht und Umgebung von 60 K / W. Da Ihre 1000-W-Heizung bei leitender Triac etwa 4,34 A Strom verbrauchen würde, sind dies bei 230 VAC ~ 7 W - bei 100 VAC eher 16,5 A. Du brauchst definitiv einen Kühlkörper :)

Ich setze dies als Antwort, da mein Kommentar in der Liste vergraben zu sein scheint.

Warum schalten Sie den Neutralleiter (und verschmelzen ihn)? Das ist nicht sicher. Ihre Heizung ist auch dann ausgeschaltet, wenn sie ausgeschaltet ist.

Fügen Sie natürlich einen mechanischen Schalter am Netz hinzu, damit Sie sicher sind, dass alles ein- oder ausgeschaltet ist.

In diesem Sinne sollte der Erdungspfad auf der Niederspannungsseite fest zur Netzmasse sein. Stellen Sie sich vor, was passieren würde, wenn ein streunendes Stück Draht oder etwas anderes über den Optokoppler fällt. Wird es sicher versagen? Oder stellen Sie Ihre Niederspannungsseite auf Netzpotential? Sie möchten, dass es sicher ausfällt, indem Sie die Sicherung durchbrennen.

Der Snubber wird aus mehreren Gründen empfohlen.

• Reduzieren Sie die Spannungsamplitude der geschalteten parasitären Induktivität. (Ausgang) Dies reduziert die Spannungsbelastung auf dem Durchschlagspegel des Triac. Wenn Sie lange Leitungen schalten, schalten Sie die Induktivität. Das OPto hat ein empfohlenes Dämpfungsdesign. Verwenden Sie eine solche auf dem Triac.

• Reduzieren Sie die Leitungsspitze dv / dt mithilfe der Leitungsinduktivität und der Dämpfungskappe, um ein falsches Auslösen des Triac zu verhindern.

Es ist kein Problem, sowohl die LED-Anzeige als auch die IR-LED parallel zu betreiben, da die MCU 20 mA liefert oder senkt und der Opto nur 10 mA benötigt, um zuverlässig zu schalten.

Wenn Sie einen 5-V-Regler verwenden, müssen die LEDs jedoch nicht parallel geschaltet werden.

- 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)

Halten Sie einen Sicherheitsabstand von >> 5 mm zwischen allen vom Optokoppler verwendeten AC- und DC-Spuren ein.

Ist Ihre 5V schwimmend oder geerdet? Nicht benötigt. Für EMI-Reaktionen benötigen Sie möglicherweise einen Netzfilter, um zu verhindern, dass Eindringen in Ihre MCU-Sensorsignale auf der AC-Eingangsleitung mit LC-Filter und möglicherweise einer kleinen AC-Kappe von DC zu AC-Masse erfolgt. Sie möchten nicht, dass Ihr Ofenschalter in Ihre MCU-Signale gelangt. Ferritperlen werden manchmal auf geschalteten Leitungen verwendet.

Wenn die Gesamt-Rth ja 10'W beträgt, bedeutet dies, dass der Triac 110 ° C warm wird, wenn er nach einer thermischen Zeitkonstante aktiv ist, die von Masse und Luftgeschwindigkeit abhängt. Ich würde vorschlagen, dass Ihr Kühlkörper näher an 5 ° C / W liegt, und das Rj-c des Triac hinzufügen, um einen thermischen Widerstand zu erhalten. Verwenden Sie auch etwas Fett mit einem kleinen Kühlkörper.

Ich entwerfe eine ähnliche Schaltung.

Das einzige, was in dieser Schaltung fehlt, ist ein Transil, um den Triac vor Überspannungsspitzen zu schützen, damit er nicht durch externe Transienten beschädigt wird.

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

Es wäre auch möglich, einen MOV zu verwenden, dies scheint jedoch eleganter zu sein.