220V На вход процессора, через оптопару Опции

[igorle]

Мой процессор (MSP430) хочет знать о том что в некую цепь подано напряжение 220. Я подключил GPIO через оптопару вот таким образом:


Как и следовало ожидать - я получил 100 прерываний в секунду. Время "недооткрытого состояния" показалось слишком большим, поэтому я уменьшил сопротивление в высоковольтной части с 200К до 100К (при этом пришлось увеличить мощность резистора до одного ватта) и добавил RC цепочку:


Результат мне не нравится по трем причинам:
- это не красиво.
- входное сопротивление большое, но не бесконечное. Поэтому ножка немного подтягивается к VCC
- оставил схему работать на несколько часов. После этого время от времени сигнал стал "пропадать".

Посмотрев ножку 4, я увидел что там вот такое безобразие:


Это странно, так как сразу после сборки я смотрел сигнал. Он был логичным - бОльшую часть времени был ноль, сто раз в секунду были пики, примерно до двух вольт. Почему после суточного прогона сигнал изменился? Почему транзистор открывается не полностью даже на максимуме сигнала? Одноватный резистор греется, но не сильно. Градусов до пятидесяти. Его сопротивление не изменилось с нагревом.

К тому же у меня ощущение, что я изобретаю велосипед. Наверняка есть стандартные решения. Однако все что я нагуглил - это схемы типа первой. Без фильтра вообще.

Апдейт.
Пока писал сообщение - отключил 220. Сейчас снова включил - сигнал на четвертой ножке оптопары стал нормальный:

Кто виноват и что делать? Температура? Резистор греется до 50 градусов, оптопара практически не греется.

Сообщение отредактировал igorle - Nov 26 2012, 19:42

[Microwatt]

У оптрона есть коэффициент передачи. Отношение выходного тока ко входному.
Похоже, у Вас это около 1, не все оптроны так умеют, тем более с прогревом. Уменьшайте токи на выходе.
Да и вообще их можно уменьшить, сеять столько тепла на добавке ничем не оправдано.

[igorle]

У оптрона есть коэффициент передачи. Отношение выходного тока ко входному.
Похоже, у Вас это около 1, не все оптроны так умеют, тем более с прогревом. Уменьшайте токи на выходе.
Да и вообще их можно уменьшить, сеять столько тепла на добавке ничем не оправдано.

???
По паспорту минимальный ток открывания - 1 мА. Рекомендуемый - 2 мА.

Когда я ставил резистор R1 200К - то почти половину времени оптрон был закрыт. Так показывает расчет и так показала практика. При этом рассеиваемая мощность около 220V*0.001A = 0.22W. Резистор надо брать 0.5W. Как видим - увеличивать сопротивление R1 нельзя - оптрон не откроется.

Когда я поставил резистор R1 100К - мощность возросла до 0.5W. Соответственно резистор берем один ватт. Так схема начинает приемлемо работать. Но тоже неустойчиво. Мы видим что транзистор через некоторое время перестает открываться полностью. Так что об уменьшении тока на входе речи быть не может. Я правильно понимаю?

По паспорту коэффициент усиления - 50.
Я правильно понимаю, что при входном токе 1 мА я могу получить ток коллектора 50 мА? Вместо этого я нагружаю его всего 3.3V/4.7K = 0.7mA. Что означает предложение Уменьшайте токи на выходе?


//--------------------------------------
10 минут позже:
2 Microwatt Дошло!
Перечитал спек. Оказывается коэффициент передачи идет в процентах. И может быть 20%.... Завтра проверю. Увеличу R2. Спасибо

Сообщение отредактировал igorle - Nov 26 2012, 22:17

[=AK=]

Надо сильно увеличить R2 ( 100k+) и уменьшить R3 (100R...1k).

К тому же у меня ощущение, что я изобретаю велосипед. Наверняка есть стандартные решения. Однако все что я нагуглил - это схемы типа первой. Без фильтра вообще.

Берете два резистора 1М, подключаете один к фазе, другой к нейтрали. Между резисторами включаете диодный мостик. В другую диагональ мостика включаете кондер. Емкость кондера выбираете такой, чтобы за четверть периода (5 мс) он успел зарядиться, скажем, до 50...70 В. Параллельно кондерy ставите разряжающую цепь состоящую из самого дешевого динистора (с порогом срабатывания порядка 30 В), резистора и оптрона. Резистор выбираете таким, чтобы макс. ток через светодиод был не более 10 мА.

Поскольку получился ПНЧ, то при помощи такой схемы можно не только обнаруживать сетевое, но и грубо (с точностью процентов в 10-20) оценивать его величину. Для этого выход оптрона надо завести на счетчик.

[Microwatt]

Вот и ладушки!
Вам же логический сигнал по выходу на вход процессора? Так там и 0.1мА годится.
Насколько встречал такие схемы, там светодиод оптрона подвешен посередине к 220 через резисторы по 200-300кОм (ну и мост тоже). Т.е. всего 400-600кОм и ничего, работает. В осциллографах синхронизация развертки с сетью так построена.
А оптрон не должен иметь минимального тока уравления, скажем, "1мА!" и не меньше. Это достаточно линейный прибор и с долями миллиампера он работает тоже. Только коэффициент передачи по току нужно учитывать внимательно.

[V_G]

У меня в контроллере светофора на PCF80C552 (51 архитектура) используются 100 Гц прерывания, т.е. аналогичная схема, но без выходного RC-фильтра. Обработка импульсов (прерываний) чисто программная, но она абсолютно не напрягает, проц вполне успевает и другие задачи решать. Плюс контроль наличия сетевого практически мгновенный.
Может, вам как-то алгоритм обрабоки прерываний оптимизировать?
Я к тому, что RC-цепь с электролитом, да с плавающим коэффициентом передачи оптрона, не есть хорошо.
Да, контроллер светофора 15-летней давности разработки, стоят они на улицах в Братске, Владивостоке и Находке (диапазон температур в ящике от -40 до +50) , к контролю сети никогда претензий не было.

[Microwatt]

Поскольку получился ПНЧ, то при помощи такой схемы можно не только обнаруживать сетевое, но и грубо (с точностью процентов в 10-20) оценивать его величину. Для этого выход оптрона надо завести на счетчик.

Да, и так можно. Потребление будет вообще ничего.
Но схема гораздо надежнее работает, если вместо кондера разориться на настоящий конденсатор.

[НЕХ]

какое безобразие на Ваших картинках !
Вот так быть должно -
zero-cross detector 100 Hz на fotkidepo.ru:


резистор 1 Мом на входе, подтяжка оптрона - 2,2 кОм
жёлтый свет - сетевое напряжение, ограниченное на небольшом уровне.

Если надо 50 Гц, то схема собирается из 4 деталей :
1 Мом, 2,2 кОм, малюсенький транзистор, конденсатор, оптрон.

[igorle]

2 HEX - у вас замечательная осциллограмма. К ней бы еще и схемку. Так как у меня все ужасно.
После того, как выше мне открыли глаза на то, что коэффициент передачи оптопары не в "разах", а в процентах, я понял что давал слишком большой ток коллектора. Поэтому транзистор оптопары не открывался, и сигнал на ножке процессора повторял входную синусоиду.

Я убрал внешний резистор подтяжки и сконфигурировал процессор использовать внутренний pullup резистор. По документации он может быть от 20К до 50К:


Все стало хорошо, но не надолго. Оказалось что через 12 часов работы (без подачи 220 В) напряжение на ножке 4 падает с 3.2 В до 0.5 В.
Я не был уверен кто виноват - оптрон или процессор, думал что ошибся при конфигурировании pull up резистора. Для проверки поставил резистор между оптроном и MPU -

Теперь видно, что напряжение на ножке оптрона - 0.6 В, на ножке MPU - 0.9 В. Значит проблема в оптроне - ток утечки слишком большой.
Посдчет показал - ток порядка 0.06 mA. По спецификации ток утечки (dark current) для PC814 должен быть 0.1 микроампера. Что это - бракованый оптрон?

HEX - Вы советуете поставить R1 1M b Rpullup 2.2K. Я не понял почему у Вас это работает. Если в цепь 220 поставить 1мегаом, в цепи управления ток будет порядка 0.2mA. Коэффициент передачи для моего оптрона - 20%. Это означает, что расчетный ток коллектора будет 0.04 mA. Вы сказали использовать для подтяжки - 2.2К. При токе 0.04 mA изменение сигнала будет около 0.1 В !!! Как у вас получаются такие хорошие фронты????
Кстати, предыдущие товарищи как раз объяснили мне, что сопротивление подтяжки надо увеличивать, а не уменьшать. И это действительно помогло мне. Сразу после включения фронты стали очень даже хорошие.

Теперь вот всплыла новая проблема с большим dark current.

Сообщение отредактировал igorle - Dec 1 2012, 13:32

[НЕХ]

Старая схема была такой и публиковалась тут несколько лет назад
датчик перехода сетевого напряжения через 0. на fotkidepo.ru:


В новой исчезли диоды, обострились фронты и резистор подтяжки стал 2,2кОм
Результат таков -
zero-cross detector на fotkidepo.ru:

желтый цвет - сетевое напряжение, ограниченное встречно включенными диодами.

Сообщение отредактировал НЕХ - Dec 1 2012, 15:25

[igorle]

2 HEX - но ведь это совсем другая схема. Конденсатор заряжается длительное время, а потом разряжается, выдавая значительный ток.

Вопрос про мою схему - почему она не работает, и возможно ли реализовать мою задачу (распознать факт наличия 220 V) без конденсатора?

[НЕХ]

без конденсатора - всегда будет плохо !

[igorle]

Спасибо всем откликнувшимся, особенно HEX. Проблема "dark current" разрешилась неожиданным образом. Между ножками оптрона было немного флюса. Он и давал тот самый ток утечки. Прямо классика жанра, когда все проблемы сводятся к двум - нет контакта там где должен быть, или есть там где его быть не должно.

Простейшая схема (смотри сообщение #9) работает отлично с заданными параметрами.

[НЕХ]

Не разделяю оптимизма...
Разогрев входного резистора, разброс параметров оптрона (в 2 раза в обе стороны), паразитная ёмкость оптрона проявит себя при слабой подтяжке выхода.
Погрейте паяльником оптрон при работе...

[Herz]

Спасибо всем откликнувшимся, особенно HEX. Проблема "dark current" разрешилась неожиданным образом. Между ножками оптрона было немного флюса. Он и давал тот самый ток утечки. Прямо классика жанра, когда все проблемы сводятся к двум - нет контакта там где должен быть, или есть там где его быть не должно.

Простейшая схема (смотри сообщение #9) работает отлично с заданными параметрами.

Следовало ожидать, чудес не бывает. Вот так зачастую обсуждается на форуме чья-нибудь диковинная проблема, а где-то на третьей-пятой странице выясняется, что автор плату забыл помыть или цоколёвку перепутал...
Я бы в Вашу схему добавил балластный конденсатор на первичной стороне. Тогда нагрев резистора можно значительно уменьшить.

[igorle]

Я бы в Вашу схему добавил балластный конденсатор на первичной стороне. Тогда нагрев резистора можно значительно уменьшить.

Тогда оптрон будет открыт не бОльшую часть полупериода, а какое-то время. Какой номинал конденсатора рекомендуется? Насколько я понимаю - если будет слишком большой - он не повлияет совсем, если недостаточный - ток через светодиод будет слишком маленький. И я не придумал как расчитать емкость.

[Herz]

Тогда оптрон будет открыт не бОльшую часть полупериода, а какое-то время. Какой номинал конденсатора рекомендуется? Насколько я понимаю - если будет слишком большой - он не повлияет совсем, если недостаточный - ток через светодиод будет слишком маленький. И я не придумал как расчитать емкость.

Такое же время. Если ток останется тем же. Просто часть напряжения "погасится" на конденсаторе. Меньше останется резистору, соответственно и нагрев уменьшится. Ведь конденсатор не рассеивает мощности. А считать по формуле емкостного сопротивления на частоте 50Гц.

[igorle]

А считать по формуле емкостного сопротивления на частоте 50Гц.

Действительно. Как это я сам не догадался? И ведь таким образом можно увеличить в десять раз ток в цепи управления. Сигналы будут четче...
Кстати, чтобы два раза не вставать. Я пока разбирался с этой проблемой, начитался примеров и загорелся идеей сделать регулятор мощности (следующий проект). Так вот там этот номер с конденсатором не пройдет, верно? Потому-что пики не будут приходиться на момент прохода напряжения через ноль. Я правильно понимаю физику процесса?

[Herz]

Пройдёт. Именно так я делал регулятор температуры для сауны. Даже не потребовалось учитывать сдвиг фаз. Но, при необходимости, всегда можно скорректировать.

[igorle]

Даже не потребовалось учитывать сдвиг фаз. Но, при необходимости, всегда можно скорректировать.

???
Но в идеале (допустим что стоит только идеальный конденсатор без резистора) сдвиг будет 90 градусов. Таким образом тиристор будет открываться на пике напряжения, что плохо. Если знать угол сдвига - то можно скорректировать программно. Но если будет и резистор и конденсатор, да еще и внутреннее сопротивление конденсатора, да плюс разброс параметров конденсаторов - то угол будет варьироваться в большом диапазоне. Я что-то упустил?

[Herz]

В очень небольшом. Который можно скорректировать хоть программно, хоть даже схемотехнически. Вам в регуляторе мощности угол открывания тиристора не с 0.1% точностью устанавливать придётся, надеюсь? Возьмите, пощупайте, делов-то на полчаса.

[НЕХ]

Вот схемка
Zero Cross Detector на fotkidepo.ru:


Вот осциллограмма
Детектор перехода через 0 сетевого напряжения на fotkidepo.ru:

[НЕХ]

И в этот безалаберный день не возникает вопросов об этом схемотехническом решении ?
Всем всё понятно ?
Готовился к дню дурака, паял, фотографировал...и всё зря ?

[Alexashka]

И в этот безалаберный день не возникает вопросов об этом схемотехническом решении ?
Всем всё понятно ?
Готовился к дню дурака, паял, фотографировал...и всё зря ?

А ничего там обратным напряжением не пробьет? переходы транзистора, оптрон...
И да, картинки хорошо, но схема была бы нагляднее

[sera_os]

Вот осциллограмма
Детектор перехода через 0 сетевого напряжения на fotkidepo.ru:

Судя по осциллограмме (желтый), через белый провод подано постоянное напряжение. Видно срабатывание оптрона от зарядного тока конденсатора. Так?

[НЕХ]

Это ж ребус-угадайка !
(и уж полезнее приколов с кнопками и светиками)
Никаких нарушений режимов нет - всё штатно.
Белый провод идёт в розетку.
Зарядный ток конденсатора идёт через 1М и не спровоцирует оптрон.

в схемульке спряталось 2 нюанса.

Сообщение отредактировал НЕХ - Apr 2 2013, 12:47

[Alexashka]

Никаких нарушений режимов нет - всё штатно.

в схемульке спряталось 2 нюанса.

Первое апреля- никому не верю

Ладно, предположу, что транзистор -цифровой npn
Оптопара "АС" типа

[НЕХ]

Оптопара угадана !
Ключ - принципиально другой...

[Massi]

а мелкий транс поставить...чай изделие то не серийное...да детектор на однополупереходном транзисторе собрать....

[Alexashka]

Ключ - принципиально другой...

n-канальный мосфет с ESD защитой!

[НЕХ]

n-канальный мосфет с ESD защитой!

Поздравляю !
А какой ?

[Alexashka]

Поздравляю !
А какой ?

Может 2N7002K? не знаю других в таком корпусе

[НЕХ]

Героев надо знать в лицо !
дешевый доступный от известного производителя.

[Alexashka]

Хммм... может BSS84AK? BSS138AKA?

[НЕХ]

А вот он какой -
http://www.fairchildsemi.com/ds/FD/FDV301N.pdf