Temperature Controller with Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A
Projekt under opbygning

Diagrammet herunder i Fig. 1 viser den komplette "Temperature Controller with Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A" for min røgeovn. Det bliver den nye temperatur regulator til min røgeovn, når relæet igen brænder af om nogle år. Problemet med et relæ er, at indkobling og udkobling af strømmen sker på vilkårlige tidspunkter i vekselstrømmens sinus kurve. Er spændingen på max, giver det tilbøjelighed for store gnister mellem platinerne, når strømmen afbrydes. Et varmelegeme er en ohmsk modstand, så spænding og strøm følges ad.

IC4 MOC3042M er en "Zero-Cross Optoisolator Triac", som slutter strømmen, når sinus kurven går gennem nul. Der er ingen bevægelige dele, og derfor kaldes den også for Solid-State Relay. IC4 bliver trigget, når transistor Q1 2N2222A går i "On". Beregning af Q1's Base modstand R12 ses på Transistors Base Resistor. Strømmen løber så gennem R15, D2, den infrarøde diode i IC'en og Q1. Komponenterne i kredsen er bestemt således, at der løber mindste 15mA, men under 50mA, gennem kredsen. Det infrarøde lys trigger Triac'en i kredsen, som så giver en spænding ud til IC5 MAC15A8, som er en Silicon Bidirectional Thyristor, der leder strømmen i begge retninger, når den er i "On". Hermed går strømmen gennem varmelegemet. En anden fordel kan nævnes, der er ingen galvanisk forbindelse mellem styre elektronikken og varmelegemet (230VAC).

Kredsen før Q1 er kendt fra den tidligere Temperature Controller, dog med nogle få ændringer. Temperaturen indstilles med potentiometer P1 og hysteresis indstilles med P2. Beregningerne for LM324 og LM339 ses i mit Excel regneprogram. Forstærkningen i LM324 er 10 gange eller 20 dB. Det betyder, at udgangen fra LM35DZ (10mV/°C) forstærkes 10 gange. Den nedre grænse er sat til 30 °C (30 °C x 10mV/°C x 10AV = 3V) og den øvre grænse er sat til 100 °C (100 °C x 10mV/°C x 10AV = 10V). Derfor er det nødvendig at have en PSU, der går op til 15V for at få en spænding over 10V på LM324 Output Pin 1. Stilles potentiometeret P1 til 0 % og P2 til 0 % fås: Tænder ved 32 °C og slukker ved 42 °C. Hysteresis 1 volt eller 10 °C. Hysteresis gøres mindre ved at forøge potentiometeret P2 % til 100%. Prøv selv eller se tabel over temperatur og hysteresis på Excel regneprogram.

Temperaturen kan aflæses på det digitale måleinstrument LDP 140LCD. Signalet tages fra LM324 Pin1 og deles ned med en faktor 100 af 2 modstande R8 10M Ohm og R19 100K Ohm. Bemærk den separate 9 VDC strømforsyning til instrumentet. Den har "Floating Ground", det vil sige, at GND må på ingen måde forbindes til GND for resten af kredsløbet. Du kan sammenligne det med at måle spændingen på et Multimeter med selv samme Multimeter.

Bemærk: Sikring F4 200mA skal kun bruges, hvis der indsættes andre transformatorer (Gerth), som angivet i diagrammet. Jeg har brugt Block transformator af typen "Short circuit proof", som ikke kræver en sikring på primær kredsen. Brug en Jumper i stedet for, så kredsen sluttes.
Fig. 1
Temperature Controller with Zero-Cross Optoisolator
Triac Driver Output for 230VAC up to 10A
Temperature Controller with Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A

Diagrammerne herunder i Fig. 2 og Fig. 3 viser Comparator LM339 i funktion "On" og "Off". I Excel regneprogram vælges: R8 = 50K Ohm, R9 = 30K Ohm, P1 = 50K Ohm, P1 % = 50 %, R10 =330K Ohm, P2 = 500K Ohm, P2 % = 0.01 %, R11 = 3,3K Ohm og V+ = 15V. Resultatet er: Voff = 7,06 Volt og Von = 5,74 Volt. Det betyder, når spændingen er under 5,74 Volt = 57 °C er varmelegemet tændt indtil spændingen når 7,06 Volt = 70 °C, hvor varmelegemet slukker. Når så temperaturen falder fra over 70 °C til under 57 °C vil varmelegemet så igen tænde ved 57 °C. Denne temperatur forskel 70 °C - 57 °C = 13 °C kaldes hysteresis. Hysteresis kan nedsættes til det halve 66 °C - 60 °C = 6 °C ved at sætte P2 % = 100 %.

I diagrammerne herunder er temperaturføleren LM35DZ erstattet med to batterier, 4 volt for "On" og 8 volt for "Off", så jeg kan lave en analyse af kredsen i mit simulatorprogram. De aktuelle spændinger kan aflæses på diagrammerne. Waveforms ses ved klik på ikonet under diagrammet. De to potentiometer P1 og P2 er vist som 50K Ohm og 500K Ohm, men disse værdier er ikke altid lige let at skaffe. Brug gerne 47K Ohm og 470K Ohm. Det gør ikke den store forskel.
Fig. 2
Hysteresis in Comparator LM339 On
Hysteresis in Comparator LM339 On
LM339 On
Fig. 3
Hysteresis in Comparator LM339 Off
Hysteresis in Comparator LM339 Off
LM339 Off

Diagrammet herunder i Fig. 4 viser Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output, som en "Stand-Alone-Unit", der kan bruges som et "Solid-State Relay". Strømforsyningen kan være lige fra 6 Volt til 15 Volt, hvis blot R15 indsættes med værdierne som angivet i standard værdier. For andre spændinger (Vcc) beregnes R15 således: R15=(Vcc-UF-VF)/IF [Ohm]. UF = 1,8V er spændingen over D2, VF = 1,5V er spændingen over IC4 og IF = 0,015A er strømmen i kredsen. Når S2 danner kontakt, løber strømmen (15mA) gennem kredsen. D2 lyser op og indikere at varmelegemet er "On". Dioden D1 er en beskyttelse for IC4, hvis strømmen skulle reversere (vende polerne på strømforsyningen). Resten af kredsløbet er beskrevet ovenfor. Som navnet siger (Zero-Cross) trigger kredsen ved 0-gennemløb på sinuskurven. Derfor er kredsen meget velegnet til resistive belastninger, så som varmelegemet i røgeovnen. Den beskytter triac'en mod spids strøm (flash-over) i indkoblings øjeblikket.

IC5 MAC15A8 er som nævnt en Silicon Bidirectional Thyristor, der leder strømmen i begge retninger, når den trigges med 2,5V (Vgt) og en strøm på 75mA (Igt). Max peak spænding er 600V og max strøm er 15A for typen 15A8. Der findes to andre typer 15A6 (400V) og 15A10 (800V) med samme max strøm på 15A.

Kredsløbet er også designet for induktiv belastning (load), hvis det skulle bruges til motorer, spoler, magneter, osv. Modstand R20 på 39 Ohm i serie med kondensator C6 på 10nF beskytter MAC15A8 og R18 på 470 Ohm i serie med kondensator C5 på 47nF beskytter MOC3042M. De to seriekredse kaldes "Snubber Networks" og er en kompliceret affære at beregne, så du må selv læse Fairchilds Application Note AN-3008. Værdierne er valgt ud fra fabrikantens anbefalinger.
Fig. 4
Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A
Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A

Diagrammerne herunder i Fig. 5A og 5B viser strømforsyningerne. Den største "strømsluger" i den tidligere Temperature Controller var relæet Finder 56.42.9.012, der trak 86mA. Den holdt i 5 år, så var platinerne brændt igennem. Derfor har jeg lavet en ny Temperature Controller med en solid-state relay type, hvor der ikke er nogle bevægelige dele. Block transformator EE 20/6,1 1/09 for 9 Volt og EI 30/12,5 1/18 for 15 Volt PSU, brokoblet ensretter B80C800 for begge og en spændingsregulator LM7815 til 15V og LM78L09 til 9V blev valgt. Block transformator er "Short circuit proof", som ikke kræver en sikring på primær kredsen. Se min side Transformer Calculation program. Den kan også bruges for Block transformatorer, hvis man indsætter data for Rp og Rs på arksiderne: Data Single og Data Double i de gule felter.
Fig. 5A
Regulated 9 Volt Power Supply
Regulated 9 Volt Power Supply
Fig. 5B
Regulated 15 Volt Power Supply
Regulated 15 Volt Power Supply

Diagrammet herunder i Fig. 6 viser en transformators ækvivalent diagram. En transformator kan omskrives til et ækvivalent diagram, så man kan beregne den udgangsspænding, man får ved en given belastning. Der er to vigtige beregninger, som man bør foretage. Første beregning ved Imax (den maximale strøm som fabrikanten tillader) og anden beregning ved Iakt (den strøm som du forventer dit kredsløb bruger). Iakt skal altid være mindre end eller lig med Imax. Klik på billedet og du kommer til Transformer Calculation programmet. Transformatoren brugt her vil give ca. 24V ud med 5A belastning, og 29,5V ud med 0A belastning.

Når sekundær spændingen er beregnet ved en given strøm, kan man så vælge den spændingsregulator, der er velegnet til formålet. Ved de gængse og billige spændingsregulatorer (LM78xx) skal der være et spændingsfald mellem 2V og 3V (typisk 2,50) over In volt og Out volt. Det er vigtigt at overholde dette, hvis den regulerede spænding skal være korrekt. MEN på den anden side, skal spændingen heller ikke være meget for stor, da den afsatte effekt (varme) i spændingsregulatoren vil overskride de tilladte grænser. Effekt tabet i spændingsregulatoren følger formlen W=V*I, spændingsfald 2,7V og udgangsstrøm 50mA giver således 0,135W effekt tab. Vin i LM7815 i kredsløbet ovenfor anbefales i følge datablad at være 17,7V og udgangsstrøm større end 5mA og mindre end 1A (Med Heat Sink).
Fig. 6

En transformators ækvivalent diagram. Klik på billedet for Excel programmet

Herunder i Fig. 7 ses et printudlæg og komponent placeringen for den komplette "Temperature Controller with Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A". Montering af enhedens komponenter er blot et spørgsmål om placering af alle komponenter i overensstemmelse med PCB Top Overlay og Materialelisten. Når alle komponenter er monteret og enheden afprøvet og fundet i orden, skal undersiden lakeres med en transparent beskyttelseslak Plastik 70, som isolerer, beskytter og forsegler loddesiden af printet. Montering af print foregår efter følgende princip, de laveste komponenter monteres først, d.v.s. jumper, små dioder, modstande, små kondensatorer, LED, transistorer, IC eller IC sokler, sikringer, klemrækker, trimmer, potentiometer, høje radiale el. lytter og nettrafo. P1, P2, S1 og S2 er komponenter, som skal monteres uden for PCB på et velegnet sted på BOX'en. LED D2 og LED D3 bør monteres ved siden af, så man kan se, om varmelegemet er i On eller Off og om der er strøm på enheden.

Til de, som ikke er så bekendt med elektronik, vil jeg blot sige: Der er nogle komponenter, som skal vendes korrekt - dioder, transistorer, IC, el. lytter, og nettrafo. De andre passive komponenter - modstande og kondensatorer, kan isættes vilkårligt, MEN vend modstandene ens, så farvekoden læses ens på alle lodrette samt alle vandrette modstande. Det letter senere fejlfinding.
Fig. 7
NB: Der er en fejl i printet P0 er indsat forkert. Vent et par dage PCB for Temperature Controller with Zero-Cross
Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A
PCB for Temperature Controller with Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A
Print udgave af PCB


Bottom Layer


Top Overlay

Herunder i Fig. 8 ses et printudlæg og komponent placeringen for den komplette "Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output" som "Stand-Alone" enhed. Montering af enhedens komponenter er blot et spørgsmål om placering af alle komponenter i overensstemmelse med PCB Top Overlay og Materialelisten. Når alle komponenter er monteret og enheden afprøvet og fundet i orden, skal undersiden lakeres med en transparent beskyttelseslak Plastik 70, som isolerer, beskytter og forsegler loddesiden af printet. Montering af print foregår efter følgende princip, de laveste komponenter monteres først, d.v.s. jumper, små dioder, modstande, små kondensatorer, LED, transistorer, IC eller IC sokler, sikringer, klemrækker, trimmer, potentiometer, høje radiale el. lytter og nettrafo. LED D2 monteres så man kan se, om varmelegemet er i On eller Off.

Til de, som ikke er så bekendt med elektronik, vil jeg blot sige: Der er nogle komponenter, som skal vendes korrekt - dioder, transistorer, IC, el. lytter, og nettrafo. De andre passive komponenter - modstande og kondensatorer, kan isættes vilkårligt, MEN vend modstandene ens, så farvekoden læses ens på alle lodrette samt alle vandrette modstande. Det letter senere fejlfinding.
Fig. 8
PCB for Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A
PCB for Zero-Cross Optoisolator Triac Driver Output for 230VAC up to 10A
Print udgave af PCB


Bottom Layer


Top Overlay

LÆS DENNE ANSVARSFRASKRIVELSE:

Du er velkommen til at bygge denne Zero-Cross Optoisolator Triac Driver efter min tegning, men du skal ikke forvente hjælp, hvis det går "galt".

Kredsløbet anvender potentielt dødelige niveauer af spænding og strøm fra 230VAC nettet. VÆR FORSIGTIG! Hvis du ikke er sikker på, hvad du gør, især når det kommer til kredsløb med strøm fra 230VAC. DET ER DIT ANSVAR: At hente hjælp, at forlade projektet, ikke komme til skade, ikke bygge sjusket kredsløb, ikke såre andre, ikke starte brande. Denne information stilles til rådighed som en service til enhver person. Et hvert ansvar for sikker og korrekt anvendelse for disse kredsløb fraskrives.

[Website]  [Danmark]  [Hvor i Danmark]  [Sverige]  [Hvor i Sverige]  [Norge]  [Hvor i Norge

Tilbage til siden, hvor du kom fra.  

one.com
one.com