Оптосимистор принадлежат к классу оптронов и обеспечивают очень хорошую гальваническую развязку (порядка 7500 В) между управляющей цепью и нагрузкой. Эти радиоэлементы состоят из Арсенид-гелиевого инфракрасного светодиода, соединенного посредством оптического канала м двунаправленным кремневым переключателем. Последний может дополнен отпирающей схемой, срабатывающей при переходе через нуль питающего напряжения и размещенной на том же кремниевом кристалле.
Эти радиоэлементы особенно незаменимы при управлении более мощными симисторами, например при реализации реле высокого напряжения или большей мощности. Подобные оптопары были задуманы для осуществления связи между логическими элементами с малым уровнем напряжения (например, вентиль TTL) и нагрузкой, питаемой сетевым напряжением (110 или 220 вольт).
Оптосимистор может размещаться в малогабаритном DIP-корпусе с шестью выводами.
Внутренняя структура оптосимисторов. Существует два типа оптосимистор с детектором нуля и без детектора. Оптосимистор с детектором нуля может быть использован в качестве реле для высокого напряжения. При использовании простого оптосимистора можно реализовать диммер для управления освещением.
Ниже приведена таблица, все выбранные оптроны отличаются минимальным гарантированием током управления и максимальным рабочим напряжением.
| Ift | Тип | Тип | Тип | Тип | Тип | Тип |
| 20 | MOC3010 | MOC3021 | MOC3031 | MOC3041 | MOC3061 | MOC3081 |
| 10 | MOC3011 | MOC3012 | MOC3032 | MOC3042 | MOC3062 | MOC3082 |
| 05 | MOC3012 | MOC3013 | MOC3033 | MOC3043 | MOC3063 | MOC3083 |
| Напряжение питания | 110/120 В | 220/240 В | 110/120 В | 220/240 В | 220/240 В | 220/240 В |
| Обнаружение нуля | НЕТ | НЕТ | ДА | ДА | ДА | ДА |
| Vdrm | 250 В | 400 В | 250 В | 400 В | 600 В | 800 В |
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).
Типовая схема подключения:
Д аташит MOC301x и MOC304x
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 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 течение 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.
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.
Расчет сопротивления R.
Это сопротивление если работа идет на чисто активную нагрузку можно даже не ставить, но это только для лабораторных условий. Поэтому для надежной работы объясню как его рассчитать и его назначение.
Управляющий электрод оптосимистора может выдержать определенный максимальный ток. Превышение этого тока вызовет повреждение оптрона. Нам необходимо рассчитать сопротивление, чтобы при максимальном рабочем напряжении сети (например, 220 В) ток не превышал максимально допустимый.
Для выше указанных оптопар максимальной допустимый ток 1 А.
Минимальное сопротивление резистора R:
Rmin=220 В * 1,44 / 1 А = 311 Ом.
С другой стороны слишком большое сопротивление может привести к нарушению работы схемы (будет перебои с включением силового симистора).
Поэтому принимаем сопротивление из стандартного ряда R=330 или 390 Ом.
Расчет сопротивления Rg.
Резистор Rg необходим, только в случаи высокочуствительного управляющего электрода симистора. И обычно может составлять от 100 Ом до 5 кОм. Я рекомендую ставить 1 кОм.
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.
MOC3083M — популярный симисторный оптрон широкого применения с коммутацией нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через ноль.
Оптрон MOC3083 применяется для управления симисторными и тиристорными ключами. Схема коммутации нагрузки в момент перехода сетевого напряжения через ноль минимизирует уровень создаваемых устройством помех.
Симисторный оптрон (оптопара) представляет собой светодиод и светочувствительный симистор, собранные в одном корпусе и имеющие оптическую связь. Основное назначение – коммутация высоковольтной нагрузки переменного и пульсирующего тока. Кроме прямого включения нагрузки симисторные оптроны нередко используются как управляющие для мощных симисторов или тиристоров (в качестве гальванической развязки и как усилители тока).
Ниже приведены основные параметры наиболее распространенных симисторных оптронов, некоторые из них (помеченные «+» в столбце ZCC) имеют схему управления, открывающую симистор только в момент перехода питающего напряжения через «ноль». Фактически это означает, что симистор отпирается при питающем напряжении около 5…20 В, поскольку при нулевом напряжении открыться такие элементы (в отличие от транзистора) не могут в силу физических принципов работы.
Основные параметры симисторных оптронов
If – ток срабатывания;
Ur – обратное напряжение светодиода, не более;
Udrm – коммутируемое напряжение, не более;
I – ток через симистор, не более;
ZCC – наличие или отсутствие схемы отпирания в момент прохождения через «ноль»;
Upk – напряжение изоляции, максимально допустимое пиковое напряжение между входом и выходом;
Urms – напряжение изоляции, максимально допустимое напряжение изоляции (действующее значение).