Управление нагрузкой 220 вольт БЕЗ реле! 54


При автоматизации дома или квартиры необходимо управлять электрическими приборами работающими от напряжения 220 вольт. К сожалению контроллер arduino не может коммутировать такое большое напряжение на прямую. Необходим посредник. Первое что приходит на ум — РЕЛЕ.

У данного способа есть и плюсы и минусы. К плюсам можно отнести гальваническую развязку, возможность коммутировать все, что душе  угодно (постоянный или переменный ток, любое напряжение до 250 вольт)

Минусы — дребезг контактов и щёлкает. Не такой большой минус, но он есть.

Как я не раз уже говорил: “Главное — это семья!” и если кому-то из близких не комфортно, необходимо постараться исправить.

После заявления родных о том, что “что-то там щёлкает и пугает…” решил собрать полупроводниковый ключ переменного напряжения. На просторах интернета не составило труда найти подробное описание и схему данного устройства.

Главные действующие герои ключа переменного напряжения — симистор и оптопара.

Симистор сам по себе уже является ключом переменного напряжения, но для управления симистором мы будем использовать оптопару, для того что бы обеспечить гальваническую развязку.

Рассматривая различные варианты я решил взять оптопару MOC3063. Дело в том, что она с детектором перехода нуля коммутируемого напряжения. Другими словами симистор будет открываться и закрываться в тот момент когда синусоида проходит через ноль. Данное свойство позволит продлить жизнь коммутируемым приборам…

Но хватит ходить вокруг да около.

Принципиальная схема:

принципиальная-схема

Исходя из своих потребностей решил делать двух канальный ключ.

Нарисовал плату:

двухканальный-выкл

скачать PDF или в формате SprintLayout6 скачать

скачать программу для редактирования печатных плат SprintLayout6

 Изготовил плату старым добрым способом «лазерного утюга» (ЛУТ). Только вместо утюга был использован ламинатор.

Стоимость деталей:

  1. оптопара MOC3063 — 38 руб. х2 шт.
  2. симистор BT138-600 — 30 руб. х2 шт.
  3. резисторы 6 шт. по рублю.
  4. кусок стеклотекстолита фольгированного — бесплатно (ориентировочно 10-15 руб.)
  5. клемники — можно считать бесплатными т.к. уже давно купил их 100500 штук.
  6. хлорное железо, припой и паяльник не считаем.

Итого около 150 руб.

 Плюсы:

  1. полезно для коммутируемых устройств
  2. гальваническая развязка
  3. БЕСШУМНО!

Минусы:

  1. только переменное напряжение

Фото того, что получилось:

IMG_20141109_214947 IMG_20141109_220834 IMG_20141109_220822 IMG_20141109_220857 IMG_20141109_220845


Добавить комментарий

54 мыслей про “Управление нагрузкой 220 вольт БЕЗ реле!

  • Имя

    Добрый день!
    А есть ли схема управления нагрузкой 220в от кнопки, но чтоб схема питалась от тех же 220 вольт? Т.е. вход 220в, вход под кнопку с гальванической развязкой и один выход под нагрузку?
    Без доп. питания?
    Спасибо!

  • meri5

    Если поменять МОС 3063 на МОС3041 элементная схема изменится? И еще, скачала схему, но почему то она не открывается в моем 6-м спринте.

  • Евгений

    Имею ввиду диммировать можно напряжение? через MOC3063, у него же вроде есть детектор нуля и не нужно ставить дополнительно что-то типа PC814. Если я правильно понимаю.

  • Павел

    Автор, подскажи, какой мощности резюки?

  • Сергей От автора

    Можно, только у еспшки на выходе 3,3 вольта, но я думаю что работать будет.

  • Сергей

    Здравствуйте подскажите можно использовать для esp?

  • Arsenaleli

    А вы телевизор или магнитофон пробовали включать?

  • Валерий

    Замерял 12 ампер не каждом тенне.

  • Валерий

    Здравствуйте
    Я затеял идею о контроллере сауны. Осталось решить вопрос чем включать тенны печи. Пока щелкает большое реле. Но действует на нервы и долго ето реле не проживёт. Попробывал семистором bta 24 600 b но греется очень сильно. Даже с мощным радиатором. Пальцы можно обжечь.

    Не подскажите какой семистор лучше выбрать. Нагрузка 3 х 3000 ватт. Три тенна по три киловатта на 220 вольт.

    Заранее большое спасибо

    Валерий Дейфельд

  • Сергей

    Хорошая схемка, сохраню себе, добавил бы только контроль положения симистора

  • Иван

    Круто. А от ШИМ сигнала схема работать будет?

  • Петр

    Здравствуйти!это действительно 500 кОм сопротивление в цепи 1 и 3 вывода симистора?а то чтото не работает….

  • Сергей От автора

    Схема от термопары работать не будет.
    Схема работает от логических «0» и «1» (логика 5В). Термопара из себя, как правило, представляет термосопративление. Т.е для снятия показаний и работы схемы нужна дополнительная обвязка..

  • Александр

    Здравствуйте. а будет эта схема работать от сигнала термопары?

  • Сергей От автора

    Да конечно, какая разница откуда придёт управляющий сигнал? Хоть банальную кнопку поставьте или концевик какой-нибудь…

  • Руслан

    А! Ну хорошо! Без каких нить переделок пойдет к PIR датчику, который выдает лог +5 на событие, только R1 подобрать на ток 5ма? так ведь?))

  • Алексей

    Здравствуйте! Я только начинаю разбираться в данной сфере, прошу помощи. В приведенной схеме используется MOC3063, такую штуку я у себя в регионе достать не могу (выписал через интернет), но у меня есть PC817. Можно-ли с помощью данной оптопары организовать такую схему? Если можно (нет), то расскажите, пожалуйста, мне для обучения не хватает простого человеческого объяснения.

  • Дмитрий

    Твердотельное реле не устраивает ценой прежде всего, а обычное щёлкает и подгорает, поэтому и ищу альтернативные варианты. Подскажите куда поставить фильтр или как развесим на плате?

  • Сергей От автора

    Я думаю, что можно, но теплый пол это ещё и не слабая индуктивный нагрузка. Нужно в схему добавить RC фильтр. А чем не устраивает классический способ управления реле?

  • Дмитрий

    Здравствуйте. Подскажите можно ли с этой схемой использовать BTA25? Нужно управлять тёплыми полами через ардуину и эту платку! Будет работать?

  • Сергей От автора

    Добрый день. Как я уже писал в этой статье, нашел схему на просторах интернета. По информации от туда же резисторы R2 и R3 рассчитаны на 1Вт. Хочу заметить, что я делал на smd компанентах «1206» которые на 0,25 Вт и все работало. Резисторы не грелись.

  • mich

    Уважаемый автор,поясни пожалуйста. на какой максимальный ток расчитаны резисторы r2,r3? хочу применить SMD компоненты.

  • Алексе

    Здравствуйте, хочу поставить такую схемку для управления насосом подкачки воды в системе отопления, управляющий сигнал будет браться от счетчика воды и посылать его будет датчик Холла (плохо то что сигнал импульсный, частота зависит от скорости протекания воды, но думаю герц под 30-50, то есть когда мимо датчика сигнал проходит магнит сигнал есть, магнит ушел-сигнал пропал).
    Вопросы: 1. Пока на вход оптопары подается сигнал-симистор открыт, сигнал пропал симистор закрылся?
    2. Надо с точностью до наоборот, сигнал идет симистор закрылся (насос не работает), сигнала нет симистор открыт (насос работает).
    3. Что делать если сигнал прерывистый

  • Сергей От автора

    А почему не попробовать использовать тиристор который написан в статье? У 138 и 139 разница по току управления 0,025 против 0,1. Мне кажется в этом причина.

  • Александр

    Уважаемый автор, собрал по вашей схеме используя
    BT139-600E
    MOC3063
    200 Ом
    510 Ом
    560 Ом
    но появилась проблема: нагрузка работает импульсами.
    Например лампа накала светится 1,5-2 раза слабее, с заметными глазу миганиями. В чем может быть причина, и как исправить?

  • Виталий

    О, мой комент удалили! Я вроде по теме спрашивал

  • Виталий

    Почему-то не работает. То есть постоянно 220В, хоть подавай 5В, хоть нет.
    Я сделал не двухканальную как в примере, а одноканальную.

  • Владимир

    а можно пример с вашей схемой и internet контроллером?

  • SEal

    собрал схему согласно принципиальной на основе одной оптопары moc 3061 и симистора bt 137 600e.
    симистор так и не открылся. причину не сумел найти.

  • Роман

    Пардон, «200 Ом резистор на входе оптопары — у тебя контроллер 3-х Вольтовый или 5 Вольтовый? Пояснений на входные сигналы нет.» Не то написал — нужно было:
    Резистор между выводами 1 и 3 симистора 500к — должен быть 0,3 — 1 кОм.

  • Роман

    Использование оптотиристоров

    Оптосимисторы МОС301х, МОС302х, МОС303х, МОС304х, МОС306х, МОС308х
    Оптосимисторы принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала с двунаправленным кремниевым симистором. Последний может быть дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения.
    Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большой мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими схемами с малыми уровнями напряжений и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением 220 В. Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами, его цоколевка и внутренняя структура показаны на рис.1.

    В таблице приведена классификация оптосимисторов по величине прямого тока, через светодиод IFT, открывающего прибор, и максимального прямого повторяющегося напряжения, выдерживаемого симистором на выходе ( VDRM). В таблице отмечено также и свойство симистора открываться при переходе через нуль напряжения питания. Для снижения помех предпочтительнее использовать симисторы, открывающиеся при переходе через нуль напряжения питания.

    Что касается элементов с обнаружением нуля напряжения питания, то их выходной каскад срабатывает при превышении напряжением питания некоторого порога, обычно это 5 В (максимум 20 В). Серии МОС301х и МОС302х чаще используются с резистивной нагрузкой или в случаях, когда напряжение питания нагрузки должно отключаться. Когда симистор находится в проводящем состоянии, максимальное падение напряжения на его выводах обычно равно 1,8В (максимум 3В) при токе до 100мА. Ток удержания (IH), поддерживающий проводимость выходного каскада оптосимистора, равен 100мкА, каким бы он ни был (отрицательным или положительным) за полупериод питающего напряжения.
    Ток утечки выходного каскада в закрытом состоянии (ID) варьируется в зависимости от модели оптосимистора. Для оптосимисторов с обнаружением нуля ток утечки может достигать 0,5мА, если светодиод находится под напряжением (протекает ток IF).
    У инфракрасного светодиода обратный ток утечки равен 0,05 мкА (максимум 100 мкА), и максимальное падение прямого напряжения 1,5В для всех моделей оптосимисторов. Максимально допустимое обратное напряжение светодиода 3 вольта для моделей МОС301х, МОС302х и МОС303х и 6 вольт для моделей МОС304х. МОСЗО6х и МОСЗО8х.
    Предельно допустимые характеристики
    Максимально допустимый ток через светодиод в непрерывном режиме — не более 60ма.
    Максимальный импульсный ток в проводящем состоянии переключателя выходного каскада — не более 1 А.
    Полная рассеиваемая мощность оптосимистора не должна превышать 250 мВт (максимум 120 мВт для светодиода и 150 мВт для выходного каскада при Т — 25˚С).

    Применение оптосимисторов

    На рис.2 а-д представлены различные схемы типичных применений оптосимисторов, отличающиеся друг от друга характером нагрузки и способами подключения нагрузки и питания.
    Сопротивление Rd
    Расчет сопротивления этого резистора зависит от минимального прямого тока инфракрасного светодиода, гарантирующего отпирание симистора. Следовательно, Rd = (+V — 1,5) / IF.
    Например, для схемы транзисторного управления оптосимистором c напряжением питания +5 В (рис.3) и напряжением на открытом транзисторе (Uкэ нас), равном 0.3 В, +V будет 4,7 В, и IF должен находиться в диапазоне между 15 и 50 ма для МОС3041. Следует принять IF — 20 мА с учетом снижения эффективности светодиода в тече¬ние срока службы (запас 5 мА), целиком обеспечивая работу оптопары с постепенным ослаблением силы тока. Таким образом, имеем:
    Rв = (4,7 — 1,5) / 0,02 = 160 Ом.
    Следует подобрать стандартное значение сопротивления, то есть 150 Ом для МОС3041 и сопротивление 100 Ом для МОС3020.
    Сопротивление R
    Резистор R необязательно включать, когда нагрузка чисто резистивная. Однако, если симистор защищен цепочкой RР — CР, чаще всего называемой искрогасящей, резистор R позволяет ограничить ток через управляющий электрод оптосимистора. Действительно, в случае индуктивной нагрузки проходящий через симистор ток и напряжение, приложенное к схеме, находятся в противофазе. Так как симистор перестает быть проводником, когда ток проходит через нуль, конденсатор защитной цепочки СР может разряжаться через оптосимистор. Тогда резистор R ограничивает этот ток разряда. Минимальное значение его сопротивления зависит от максимального напряжения конденсатора и максимально допустимого для оптосимистора тока, поэтому для напряжения питания 220 В:
    Rmin = 220 В х 1,41 / 1А — 311 Ом.
    С другой стороны, слишком большая величина R может привести к нарушению работы. Поэтому принимают R — 330 или 390 Ом.
    Сопротивление RG
    Резистор RG необходим только тогда, когда входное сопротивление управляющего электрода очень велико, то есть в случае чувствительного симистора. Значение резистора RG может быть в диапазоне от 100 до 500 Ом.
    Резисторы RG и R вводят задержку отпирания симистора, которая будет тем значительнее, чем выше сопротивления этих резисторов. Цепочка Ra — Сa
    Чтобы ограничить скорость изменения напряжения dV/dt на выходе оптосимистора, необходима snubber-цепочка (рис.2 г).
    Выбор значения сопротивления резистора Ra зависит от чувствительности симистора и напряжения Va, начиная с которого симистор должен срабатывать. Таким образом, имеем:
    R + Ra = Va / IG.
    Для симистора с управляющим током IG = 25мА и напряжением отпирания Va = 20В получим: R + Ra = 20 / 0,025 — 800 Ом
    или: Ra = 800 — 330 = 470 Ом.
    Для того чтобы переключение симистора происходило быстро, должно быть выполнено следующее условие: dV / dt = 311 / Ra х Ca.
    Для МОС3020 максимальное значение dV / dt — 10 В/мкс.
    Таким образом: Сa = 311 / (470 х 107) = 66 нФ.
    Выбираем: Сa = 68 нФ.
    Замечание.
    Что касается snubber-цепочки, то экспериментальные значения, как правило, предпочтительнее теоретических расчетов.
    Защита
    Настоятельно рекомендуется защищать симистор и оптосимистор при работе на индуктивную нагрузку или при часто воздействующих на сеть помехах.
    Для симистора искрогасящая RC-цепочка просто необходима. Для оптосимистора с обнаружением нуля, такой как МОС3041, — желательна. Сопротивление резистора R следует увеличить с 27 Ом до 330 Ом (за исключением случая, когда управляемый симистор малочувствительный).
    Если используется модель без обнаружения нуля, то snubber-цепочка Ra — Сa обязательна.

  • Роман

    1) 15А без радиатора? — ну Серега ты жжешь!

    2) Таб (металлический) для соединения с радиатором 1-го и 2-го симистора на фото готовой платы касаются друг друга, а как насчет К.З.? Поясняю, если один симистор полностью открыт/закрыт, а второй полуоткрыт, при касании табов обоим симисторам — КИРДЫК!(Дай бог, чтоб пожара не было, а то умный дом можно будет потом лопатой откидывать :))

    3) По даташиту на оптосимистор резисторы должны быть 390 Ом (к симистору). Надо смотреть типовую схему включения, там же все пояснено! 200 Ом резистор на входе оптопары — у тебя контроллер 3-х Вольтовый или 5 Вольтовый? Пояснений на входные сигналы нет. Входной ток оптопары в среднем должен быть средним. Будет малым — ненадежно будет открываться симистор, большим — или перегрузка и выход деталей или срок жизни устройства будет зависеть от качества комплектующих и запаса их прочности.

    Как то так.

  • Сергей От автора

    Прошу прощения за задержку со статьёй… Она готова, только не хватает иллюстраций и схем 🙂

  • Сергей От автора

    Сейчас точно не вспомню… Нужно смотреть в затащить на симистор BT380, но в голове всплывает цифра 15А без использования радиатора. Если не секрет, для чего планируете использовать?

  • Иван

    Подскажите пожалуйста какой мощностью можно управлять с помощью этого устройства?

  • Владимир

    ДА ДА ИНТЕРЕСНО ДО УЖАСА! прочитав ваши стать решился на постройку дома!!! представляете как смешно звучит ))) но это так! а дом хочу сделать умным! но и не только его а до максимум довести автоматику! сейчас готов 1 этаж! и ваша схема трудиться на освещении! но главное сейчас вентиляция вот с ней я голову ломаю ой как…ваша схема будет использоваться в дальнейшем для проходных и простых выключателей!Ну и буду ждать статью!

  • Сергей От автора

    А в чем вопрос? Нужно использовать столько же выходов arduino. Если не хватает выходов arduino, используйте arduino mega. Или примените сдвиговый регистр 74HC595 благодаря которому используя всего три пина arduino, можно подключить хоть 100 таких плат 🙂 (если интересно как, то могу написать небольшую статью)

  • Владимир

    Спасибо работает!!!!!!!! от 3V уже начинает срабатывать! а то я боялся что моя арудино дуе не сработает !но возниу вопрос как подключить 20 таких плат к одной ардуино ?

  • Сергей От автора

    Добрый день. Прошу прощения за долгое молчание, на работе завал был 🙂
    Конечно постараюсь помочь. Адрес для связи admin@smart-chip.ru
    Вы случайно не из Москвы. Возможно проще встретиться или созвониться 🙂

  • Игорь

    Привет Сергей, на выходе у меня получется 25В переменного, на входе я подаю 220В переменного, может резисторы не той серии, а то странно что у меня этот на 500к какие-то тонкие ножки имеет. Как мне связатся с тобой что отправить картинку и если сможешь помочь. Ваша статья как раз то что мне нужно, искал я такое аж неделю…

  • Сергей От автора

    Странно, что не работает…
    В схеме используется симистор BT138-600.
    Проверьте оптопару MOC3063 она с детектором перехода через «ноль» т.е. чтобы схема заработала необходимо, чтобы на T138-600 было переменное напряжение…

  • Игорь

    привет всем. попробовал применить к 3.3в эту схему и не идет. можно подробнее как вы определили все сопротивления чтоб я пересчитал. и еще это BT138-600 или BTA138-600?

  • Владимир

    присоединяюсь! или тут все заглохло?

  • Сергей От автора

    Добрый день, можно посмотреть на ваш код? Схема подключения как в статье?
    Если глюк повторяется и при включении через реле, то посмотрите что у Вас происходит с питанием контроллера…

  • zakaz89.com

    Здрасти,у меня тут проблемка с симистором, я включаю симистор контроллером через опторазвязку, и когда никакая нагрузка не подключена то все включается как надо, а с нагрузкой симистор включается на долю секунды и выключается,такой же глюк у меня когда нагрузку через реле включаю.Че ето может быть? Может ли это быть программный глюк?

  • Dominique

    Alex T. Кстати, я ступил насчет сопротивления открытого симистора и перехода (они тут не при чем при расчете мощности резистора), но их надо учитывать при расчете сопротивления резистора для обеспечения требуемого Igt, при минимальном напряжении сети (угол фазы), при котором симистор будет коммутировать нашу нагрузку!

  • bохfоn.ru

    Здесь будут рассмотрены несколько вариантов включения симистора BTA16 в зависимости от способа управления и необходимости электрической развязки цепей микроконтроллера от нагрузки. Внимание!