Управление 100м через оптопару., Защита линии управления. Опции

[add]

Здравствуйте уважаемые разработчики!
Прошу вашей помощи по данному вопросу. Имеется более десяти исполнительных устройств (Исп. ус-ва), которые содержат модули со входами управления путем замыкания на землю(вкл/выкл). Необходимо управлять этими устройствами на расстоянии примерно 70-100 метров между устройствами 5-7метров. Суть управления состоит в подаче микроконтроллером (МК) через транзистор (VT1) кратковременно отрицательного импульса(10-100мс) на линию управления и последующей паузы несколько секунд.
Система установлена на улице. Питание у всех исп. ус-в свое. Управление по радиоканалу недопустимо. Необходимо по максимуму защитить исп. ус-в от различных скачков напряжения в линии управления (может от грозы или пробоя изоляции линии управления). Прикидочную схему прилагаю.
Вопросы:
1.Какие подводные камни/грабли могут быть?
2.Что можно было бы добавить/убрать из схемы?
3.Какие оптопары можно применить? (посоветуйте пож-ста конкретные образцы)
4.Как защитить диод в оптопаре от ложного срабатывания(от наводки в линии)?(поставить стабилитрон или что-то еще..?!)
5.Есть опасения по поводу блока питания +5В питающего линию управления и МК. Необходимо ли их как нибудь обезопасить?
Заранее спасибо за советы!

Эскизы прикрепленных изображений

 

[Herz]

Токовая петля должна состоять из источника тока (который является источником сигнала), нагруженного на соединенные последовательно низкоомные нагрузки. То есть, ваш VT1 надо преобразовать в источник тока (делается достаточно просто добавкой резистора в исток и еще одного транзистора)

Для данного случая "настоящий" источник тока не нужен, вполне сойдёт этот же ключ и последовательный резистор в стоке. Основное рассеивание мощности действительно будет именно на резисторе, а не транзисторе, но это не принципиально.

Для полной икебаны можно было бы заменить VT1 на какой-нибудь ключ с защитой от к.з. и перегрева, а также замедлить фронты переключения, скажем, добавив кондерчик с затвора на землю - это чтобы меньше излучать помех другим. Но это мелкие рюшечки.

Да зачем ему ещё кондёрчик? Затвор и сам обладает приличной ёмкостью. Тут транзистор быстро открыть/закрыть от МК (да через затворный резистор) захочешь - не получится.

[=AK=]

Да зачем ему ещё кондёрчик? Затвор и сам обладает приличной ёмкостью.

Затем, чтобы время включения-выключения меньше зависело от конкретного экземляра транзистора. Поскольку разброс параметров у них очень велик.

[Herz]

Затем, чтобы время включения-выключения меньше зависело от конкретного экземляра транзистора. Поскольку разброс параметров у них очень велик.

Так конкретного времени вроде и не требуется. Пусть хоть в два раза отличается. Речь же лишь об ограничении скорости...

[=AK=]

Так конкретного времени вроде и не требуется. Пусть хоть в два раза отличается. Речь же лишь об ограничении скорости...

Вы можете расчитать, какой величины будет это ограничение, если не ставить конденсатор? Что-то сомневаюсь.

Может, вам и невдомек, но емкость затвора MOSFET очень нелинейно зависит от напряжения. Это вдобавок к тому, что она имеет значительный разброс от экземпляра к экземпляру и часто вообще толком не нормируется в даташитах. Конечно, можно понадеяться "на авось" и запустить изделие в работу без расчетов, по принципу мультяшного Вовки в Тридевятом царстве - "и так сойдет". Но я не считаю себя вправе рекомендовать кому бы то ни было ламерско/радиолюбительские подходы к решению задач.

[add]

...емкость затвора MOSFET очень нелинейно зависит от напряжения. Это вдобавок к тому, что она имеет значительный разброс от экземпляра к экземпляру и часто вообще толком не нормируется в даташитах...

А к выше приведенному IPS021 это тоже относиться? Есть ли необходимость ставить кондер, если затвор находится за триггером?
Еще, если не затруднит, обьясните пожалуйста что будет излучать помехи в случае с обычным полевиком и как на это влияет конденсатор? Насколько я знаю завал фронтов при работе с полевиком в ключевом режиме вызывает дополнительное рассеивание мощности на полевике.

[=AK=]

завал фронтов при работе с полевиком в ключевом режиме вызывает дополнительное рассеивание мощности на полевике.

Это верно. Но при малой частоте импульсов это дополнительное рассеивание мощности пренебрежимо мало.

Длинный провод всегда является довольно эффективной антенной, как приемной, так и передающей, даже для "симметричных" сигналов, поскольку кабель неидеальный. При каждом переключении сигнала ваш кабель излучает электромагнитную волну. Одиночный импульс с быстрым фронтом имеет очень широкий спектр. А ваш кабель как антенна эффективен начиная с частот, длина волны которых сопоставима с длиной кабеля.

Для кабеля можно принять, что он, как антенна, становится эффективным излучателем начиная в длины волны примерно 0.1 от его собственной длины. Для 100м кабеля это значит, что начиная с длины волны 1 км он может оказаться эффективной антенной. Длина волны 1 км - это всего 300 кГц. Следовательно, очень желательно, чтобы спектр импульсов, бегающих в вашем кабеле, не содержал гармоник выше 300 кГц. Проще всего ограничить спектр сигналов путем затягивания фронтов переключения сигнала. Ориентировочно можно задать фронт таким длинным, чтобы макс. частота переключен была в несколько раз ниже пресловутых 300 кГц.

Например, зададимся макс. частотой переключений 100 кГц, гарантированно затянув фронты на затворе до 5 мкс (по уровню 0.1-0.9). Длительность T=2.2*R*C=5 мкс. Зная, сопротивление в затворе равно, скажем, 1 кОм, емкость должна быть 2.2 нФ. Частично эта емкость состоит из емкости затвора, но ее можно вообще не принимать во внимание, а поставить конденсатор величиной не менее 2.2 нФ (скажем, 10 нФ) и спать с чистой совестью, зная, что ваш кабель не излучает больших помех при переключениях. В идеале желательно прогнать получившуюся схему на симуляторе (например, на бесплатной версии Simetrix) и поточнее оценить спектр вых. сигнала.