Подскажите, как синхронизировать микроконтроллер с сетью 220В. Нужно знать пересечение синусоиды через 0.

Оптрон (лучше с AC Input - AC optocoupler) + балластные резисторы. Если обычный оптрон, то впараллель излучающему диоду оптрона поставить обратновключенный диод. На выходе оптрона триггер Шмитта, если вход МК не имеет его.

MK - ATiny2313. Оптрон для розвязки? И что такое балластные резисторы и зачем диод?

Я делаю вот так(схема питания пика с синхронизацией от сети)
R1,R2,D2 - цепь синхронизации

Диод нужен, чтоб не пробить светоизлучающий диод оптрона - у оптронного излучающего диода очень низкое допустимое обратное напряжение

Угу. Поскольку в исходном вопросе не сказано, есть ли у вас гальваническая развязка микроконтроллера от сети или нет. Раз не сказано, то лучше предложить "дубовый" вариант с оптроном, поскольку он сгодится в любом случае, и когда есть развязка, и когда ее нет.

связать узлом один провод с другим и детектировать наводку

Для улутшения крутизны фронтов можно подать этот сигнал на усилительный транзистор

Optically Isolated Phase Controlling

Например так:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла Нажмите для просмотра прикрепленного файла

P.S. Питание первой схемки, с оптопарой которая 5 вольт.

Не надо никаких фронтов улучшать. После моста и ограничителя получается треугольный импульс с пяти вольт до нуля симметрично расположенный относительно точки пересечения сетью нуля. Длительность его по сечению 2,5 вольта около 100 мкс, т.е программной задержкой в 50 мкс получаем практически прецезионно искомую временную точку... Кстати в схеме использован компаратор ПИКа...

Сложнова-то для меня...

А можно схему проще, без лишних компонентов.

И распишите принцип действия.

Схема: Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Принцип: плюсовые импульсы проходят на выход в виде инвертированого сигнала (лог. ноль),
минусовые обрезаются диодоь - на выходе лог. единица.
Получается сдвинутый на 180 градусов меандр.

Очень не рекомендую... В начале своей карьеры тоже воспользовался синхронизацией с сетью без гальваноразвязки... После первого же удара (одна рука - за щуп осциллографа, другая за схему, шарахнуло где-то 100 - 150 В - кто испытал, тот поймет, кто нет - поостерегитесь) схема была немного модернизирована: ввод фазы был сделан с дополнительной обмотки трансформатора (витков 20 - 30 медного провода, диаметр где-то 0,2 - 0,3 мм), которая была наложена на корпус трансформатора и поверх обмотана изолентой.
Эрго: гальваноразвязка в цепях, с которыми соприкасается человек, обязательна. Банально, но факт.
P.S. Если у Вас в схеме нет трансформатора, то лучше поставьте его, или сделайте развязку на оптроне. Не так это сложно, как кажется.

По этому варианту

можно сделать только если не требуется гальваническая развязка с сетью, если же гальваническая развязка обязательна (а так в большинстве случаев), то можно собрать и по этой схеме:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

R1 - токоограничительный резистор
VD1 - диод защищающий оптопару от обратного напряжения
При прохождении положительного полупериода напряжения, начинает протекать ток через светодиод оптопары открывая транзистор, в результате чего напряжение на выходе Out ~0. Когда Приходит отрицательная полуволна напряжения транзистор закрывается, и напряжение на выходе ~Uпит.
При входном синусоидальном напряжении на выходе этой схемы получается меандр, но т.к. транзистор открывается при определённом токе светодиода оптопары (который в свою очередь зависит от значения входного напряжения) время открытого состояния транзистора немного меньше времени закрытого.

Всех указанных мер будет недостаточно. Существует ещё правило: нуль-орган должен быть обязательно с фильтрацией. Скажем, в электроприводе схема нуль-органа с фильтрацией - одна из основных частей, от которой зависит стабильность работы привода, и она, как правило, довольно сложная. А AVR в отношении восприятия сетевой помехи как полезного сигнала - вообще гиблое дело. В своё время помучился с ним.

Согласен, что фильтрация необходима, но если эту схему делать с использованием МК, можно ведь сделать программный фильтр!

В тяжелых случаях делают ФАПЧ - фазовую автоподстройку частоты. На микроконтроллере, конечно, программно.

http://telesys.ru/electronics/projects.php?do=p131
http://telesys.ru/electronics/projects.php?do=p022
-- гальваноразвязка.... без оптронов

На мой взгляд очень изящное решение: http://electronix.ru/forum/index.php?showt...8%E5&st=22# (пост 23)

Использую такую простую схему и доволен.
чуть не забыл самую важную деталь - X7R 0.22 мкф - конденсатор интегрирует напряжение за полупериод, к концу на нем вольт 6 -8, чуть за мгновение перед переходом через 0 открывается транзистор и на выходе отрицательный импульс.

Хорошая схема. Я бы посоветовал резисторы уменьшить до 330к и поставить транзюк BC547B с большим усилением, иначе ток через оптрон может быть маловат про малом сетевом напряжении.

А как данная схема работает?

При уменьшении этих резисторов надо пропорционально увеличить емкость конденсатора, иначе вырастает напряжение на нем.(через 510к сильно током не ударит, равенство их номиналов важно для исключения импульсных помех через емкость оптрона)
Работает схема просто - на одной полуволне заряжается конденсатор, транзистор закрыт.
При подходе к 0 транзистор открывается и разряжает конденсатор на светодиод оптрона.
К помехам схемка весьма безразлична.
Транзистор надо брать с приличным усилением по току, резистор на коллекторе оптрона порядка 10к.

При положительном полупериоде сетевого кондер заряжается по цепи верхний резистор - кондер - нижний диод - нижний резистор. Транзюк при этом закрыт, на базе отриц. смещение. При указанных на схеме номиналах и при сетевом 220 В к концу полупериода на кондере накопится примерно 8.5 В. Если резюки уменьшить до 330 к, то накопится примерно 13 В.

При окончании положительного полупериода, когда сетевое становится меньше, чем напряжение, накопленное на кондере, транзистор начнет постепенно отрываться. Через него начинает течь ток, который разряжает кондер. Форма тока через светодиод оптрона показана на эпюрах, красная линия - с указанными на схеме номиналами по 510 к, зеленая - с резисторами 330 к.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Получается в то время, когда напряжение сети станет меньше напряжения на конденсаторе и транзистор начнёт открываться и через него(и светодоид) потечёт ток. При достижении порогового тока фототранзистор откроется и на выходе полуим 0.

То есть 0 на выходе будет немного раньше чем синусоида перейдёт ноль.

А что с отрицательной полуволной?

И какую оптопару лучше взять(на схеме не указано)?

отрицательная волна пройдет незаметно.- на выходе 50 Гц
оптрон с коэффициентом передачи по току 100% и выше
часто использую оптрон РС814 - у него 2 встречно включенных светодиода - тут это свойство невостребовано.
можете модернизировать схему для 100Гц - авось РС814 пригодится

Каким образом?


Подойдёт что-то из MOC* ?

И обязательно в выходном каскаде должен быть фототранзистор? Можно например фотосиммистор или фотодиод?

Конденсатор разрядится при переходе через 0 и останется разряженным в течении отриц. полуволны
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


B принципе, абстрактно-теоретически, - можно, хотя и нафиг никому не нужно, разве что для выпендрежа или от невежества. Трудно даже представить причины, по которым это было бы нужно для дела.

Из всех рассмотренных схем больше всего понравиласть вот эта:

Может быть она не самая лучшая, но зато полностью мне понятна.

Думаю синхронизироваться по фронтам. Выбрать МК, у которого прерывания есть одновременно и по заднему и по переднему фронтах.

Нашёл ещё проще решение:
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Из рисунка видно, что в качестве стабилитрона был выбран 1N4732A на 4.7В

Но возник вопрос - какого номинала нужно подобрать резисторы.

По идее для стабилизации напряжения стабилитрон должен пропускать токи в определённом диапазоне Iст min...Iст max

Не могу понять по даташиту какой минимальный ток должен быть.

Нажмите для просмотра прикрепленного файла

минимальный ток 53mA, при этом напряжение 4,7В
Iст max=193mA

Тогда получается:

При максимальном напяжении сети 310 В, 305,3 В упадёт на резисторах, а 4,7 В на стабилитроне.

Общее сопротивление резисторов должно быть рассчитано исходя из заданого значения максимального тока.

R = 305,3 В/193 мА = 1,6 кОМ

Теперь расчитаем при каком напряжении сети стабилитрон перестанет стабилизировать напряжение (ток через него будет протекать ниже Iст min)

Umin = R * Iст min = 1,6 кОМ * 53 мА = 84,8 В


Получается при напряжении сети меньше 84 В стабилитрон не будет стабилизировать и на выходе схемы произойдёт перепад с лог.1 в лог.0? Можно ли как-то понизить этот порог?

Дифф. сопротивление в 500 Ом специфицировано для 1 мА. При тестовом токе 53 мА дифф. сопротивление падает до 8 Ом. Но это не дает ни малейших оснований считать ток 53 мА "минимальным".


Вы не забывайте считать, какие мощности рассеиваются в элементах. Иначе просветления не наступит.

Что-то не могу понять:

500 Ом при 1 мА

8 Ом при 53 мА


?????


Объясните, пожайлуста, что за параметры даны в таблице. И как правильно рассчитать мою цепочку.

Взято несколько резисторов, чтобы исключить пробой напряжения в случае взятия 1-го резистора.

Дифференциальное сопротивление. Если у вас был курс типа "основы радиоэлектроники", то должны знать. А если не было, то вы неправильно выбрали тему диплома.

Вас с самого начала спрашивали, нужна ли развязка. Вы долгое время утверждали, что нужна. Сейчас же вы вдруг прискакали со схемой, в которой развязки нет. У вас задание поменялось, или вы не понимаете, что ваша новая схема не имеет гальванической развязки?

Вот схема без гальванической развязки, где порт микроконтроллера используется в качестве компаратора.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

А вот график напряжения на входной ножке порта микроконтроллера при подаче 220 В на вход схемы.
Нажмите для просмотра прикрепленного файла

Не удалось розвязать датчик напряжения с контроллером (вообще это возможно, но для даного проэкта это неприемлемо) и пришлось отказаться от развязки.




Чем плоха? Всё-таки попробуйте объяснить.




А почему ваша схема более-менее нормальная? Из графика видно, что она почти точно делает логически перепад при перехождении синусоиды через 0. По-моему отличная схема. Вот только объясните как она работает.

Вам не нужно точно ловить переход через 0. Сама постановка вопроса о "точном" детектировании в сущности порочна.

Момент перехода через 0 нестабилен и может "прыгать" на сотни микросекуннд относительно своего "истинного" положения. Это происходит, например, когда неподалеку включают-выключают мощные нагрузки.

Сравнительно "точное" детектирование 0 может подвигнуть вас на то, что в одном полупериоде вы будете отсчитывать время от положительного фронта, а в другом - от отрицательного. Это вдвойне порочный подход, который в конечном счете приведет к неприятностям - протеканию постоянного тока через нагрузку, а также глюкам при подключении нагрузки через транс (галогенные лампы).

Вам надо ловить один фронт. Второй "фронт" должен быть искусственным, т.е. вычисленным как период попалам и отсчитанным от первого фронта.

А когда ловишь один фронт, то неважно насколько точно его ловишь. Главное - стабильно.

Я прислушаюсь к вам и сделаю как лучше.

Но всё-таки мне интерестно, почему плохо ловить положительный и отрицательный фронт? Словил положительный - отсчитал время - выдал импульс; словил отрицательный - отсчитал - выдал.



Каким образом эти неприятности произойдут?

Я не упрямлюсь, а хочу понять почему этого не стоит делать. Чтобы в дальнейшем не допускать таких ошибок.

Да, понять бы ещё принцип действия. Насколько я понял, uC идёт на ножку контроллера. D2 наверное стабилитрон (или просто обратно включённый диод).

Если на аноде D1 окажеться больше 5 В ток потечёт через него.

Пока напряжение сети больше 5 В на D1 падает 5 В, а на R1 всё остальное.

А дальше как? Верны ли мои рассуждения?

При рассогласовании фронтов относительно "идеальной" позиции на, скажем, 20 мкс, в одном полупериоде симистор будет открываться на 20 мкс раньше чем в другом. Это вызовет протекание постоянного тока через нагрузку. Далее почитайте обсуждение http://electronix.ru/forum/index.php?showt...40160&st=45


Оба диода на схеме - просто диоды, можно использовать маломощные Шоттки.

А вашей схеме не поплохеет от того, что 310В цепь питания 5В подзаряжает? Не логичнее было бы строить защиту "опирая" диоды не на питание, а на, скажем, стабилитрон 5,1В? Тогда вместо D2 достаточно одного стабилитрона, а D1 и вовсе не потребуется.

Насколько я понял, если неправильно управлять отпиранием симмистора - это может привести к увеличению постоянной состовляющей, что будет приводить к намагничиванию трансформатора, который потом войдёт в насыщение. С "Электомагнитной техникой" я не особо дружу. Поэтому не сильно понимаю, чем это плохо. Но понял, что лучше этого не делать.

Но вопрос конечно же интрестный. Никогда не задумывался над этим.

Далее по той же теме. Вы писали


Так я и сделаю. Теперь хочу разобраться как это сделать.

Теперь 0 я буду ловить раз в период сетевого напряжения. При таком способе, пусть я не точно открою в нужное время, но зато площади обоих полупериодов будут равны, верно?

Открывать я же должен дважды в период (каждый полупериод)?






Если я буду програмно делать "плавный пуск". Уменьшаться ли значительно помехи?
Или, например, если входной фильтр поставить.



Что нужно, чтобы узнать зависимость угла отпирания от мощности? Помню в институте была формула вычисления, по-моему, действующего значения через интеграл. Насколько я понимаю, чтобы лампа горела на 10% яркости - нужно приложить 10% площади полупериода(10% мощности), верно?

Неверно. Мощность пропорциональна КВАДРАТУ напряжения....

Верное замечание. Проблема решается путем подсчета токов, втекающих в и вытекающих из шины +5В. В случае сомнений увеличиваются резисторы делителя и/или на шину питания ставится стабилитрон или TL431, который не даст напряжению подняться выше допустимого предела.

Со стабилитроном есть проблемы, из-за которых его применять нежелательно:
-- характеристики при малых токах не специфицированы
-- в момент включения питания, пока напряжение на шине +5 еще мало, входной ток течет в пин микроконтроллера и может вызвать защелкивание


Да


Нет

Дык в таких схемах естественно доп. защита делается - через R или RC (C небольшого номинала) на вход МК. А если у МК нет встроенного входного триггера Шмитта, то сначала на него, а потом уже на вход МК.

Какой окончательный вариант схемы? И как она работает?


И что за программу вы используете для построения схемы и осцилограммы?

Строго говоря, это "заплатка", а не решение. К неопределенность хар-ки стабилитрона при малых токах добавляется неопределенность вх. тока микроконтроллера, при котором может произойти "защелкивание". В предельно-допустимых этого параметра как правило нет, а "достучаться" до тексуппорта непросто.

Триггер Шмитта не нужен. Желателен, но не обязателен


Нажмите для просмотра прикрепленного файла


Нажмите для просмотра прикрепленного файла
Нажмите для просмотра прикрепленного файла


SIMetrix Intro

1)А можете объяснить алгоритм работы с помощью слов? А то так мне не понятно.
2)И какое предназначение каждого элемента в цепи?
3)+5 В идёт от источника или можно использовать ножку контроллера?

4)


Это значит что мой сигнал синхронизации нужно заводить к компаратору? Или всё-таки можно и на прерывание(INT 0, например).

Представьте себе, что мы 220 В переменного подали на вход микроконтроллера через резистор R1. Резистор нужен, чтобы ограничить ток. Выбираем резистор таким, чтобы он сильно не грелся. С другой стороны он не должен быть настолько высокоомным, чтобы ток через него был сопоставим с токами утечки порта мк, которые обычно равны 1 мкА. Если взять 220к, то ток будет 1 мА rms, это в 1000 раз больше чем 1 мкА. А рассеиваемая мощность всего 220В*1мА=220мВт. Это меньше, чем "стандартное" значение 250 мВт - типичная мощность рассеивания для резистора типоразмера 1206. Заодно по даташиту проверяем предельно допустимое напряжение и видим, что обычный резюк типоразмера 1206 бодро держит сетевое напряжение.

Чтобы ограничить напряжение на "холодном" конце резюка R1, ставим диоды. D1 не позволяет напряжению при положительной полуволне подняться более чем примерно 5В + 0.7В = 5.7В, где 0.7В - падение напряжения на маломощном кремниевом диоде D1 при токе через диод примерно 1.4 мА (лезем в даташит и смотрим). D2 не позволяет напряжению при отрицательной полуволне упасть менее чем примерно 0В - 0.7В = -0.7В.

Проверяем, будут ли траблы, указанные ув. rezident. Через D1 на шину питания поступает в положительном полупериоде 1 мА. За полный период закачанный на шину ток будет равен 0.5 мА. Практически любой мк имеет потребление больше 1 мА, так что напряжение на шине скакнуть не может - проц сожрет излишний ток. Если же на шине стоит электролит приличной емкости, то напряжение не сможет скакнуть даже если проц жрет всего 0.5 мА.

Лезем в даташит на мелкоконтроллер и видим, что напряжения +5.7В и -0.7В прямо на порт подавать нельзя, поскольку предельно допустимые для микроконтроллера при 5В питания в лучшем случае равны +5.5В и -0.5В, а в худшем +5.3В и -0.3В (зависит от мк).

Чтобы уменьшить напряжение +5.7В до приемлемой величины, ставим делитель R2R3. Чтобы подтянуть напряжение -0.7В до приемлемой величины, ставим подтяжку R4.


+5 есть шина питания, идет от источника питания на ножку питания проца.


Написано, что порт микроконтроллера используется в качестве компаратора. Это значит, что дискретный вход (порт мк) используется в качестве компаратора. Играет роль компаратора. Служит в качестве компаратора. Используется вместо компаратора. Работает как компаратор. Не знаю, как еще объяснить то, что написано русским языком прямым текстом.

Всё равно не понял. Сигнал синхронизации нужно подвести к ножке МК. А как МК будет знать о переходе через 0. Он будет ловить этот переход с помощью внешнего прерывания или с помощью компаратора?[b]


Если с помощью прерывания, то у меня возникла трудность.

В качестве МК буду брать один из контроллеров AVR семейства tiny.

Под свои нужды выбрал модель ATtiny 15L. Во всех моделях семества, кроме модели ATtiny 28x внешние прерывание наступает лишь в 2-ух случаях:
1)По низкому уровню на выводу INTn
2)При любом изменении сигнала на выводе INTn

У модели ATtiny 28x присутствуют ещё 2 дополнительных условия прерывания
3)По спадающему фронту на выводе
4)По нарастающему фронту

Но у этой модели нет ни SRAM, ни EEPROM. То есть она мне не подходит.


Как выход из ситуации вижу деление сигнала синхронизации пополам. А это нужно сделать схемотехнически. И выбор условия прерывания при любом изменении сигнала на выводе INTn.


А чем отличается прерывание по низкому уровню от прерывания по спадающему фронту? Тем что по спадающему фронту прерывание наступает посредине фронта, а по низкому уровню при лог. 0??

Может можно обойтись прерыванием по низкому уровню?




Всё-таки нашёл ещё одну модель семейства, поддерживающую прерывания по фронтам - ATtiny 2313. Но она мне тоже не подходит из-за отсутствия в ней АЦП.