Isolamento fototria o fotoaccoppiatore?

[claubo]

Ciao a tutti,

mi sono imbattuto nella scelta di un relè statico in cui tra le caratteristiche trovo la scelta del tipo di isolamento (fototriac o fotoaccoppiatore). relè statico G3NA Omron. Qualcuno mi sa indicare in cosa consiste la differenza nel funzionamneto e la scelta di un tipo piuttosto che dell'altro.

grazie ciao

 

[dnmeza]

fototriac serve per comandare direttamente un carico tramite il triac, la tensione e la corrente di lavoro del carico può raggiungere livelli piu alti, fotoaccoppiatore normalmente è un fotodiodo con tensioni e correnti di lavoro minori

[SandroCalligaro]

Credo che, essendo un relé statico (immagino fatto per lavorare alla tensione di rete), la differenza stia solo nel dispositivo usato per l'isolamento, cioè quello che va poi a comandare un triac in uscita.

 

Non ne so molto, ma avendo dato un'occhiata recentemente a qualche configurazione tipica per questa applicazione, avevo analizzato un attimo il caso del fototriac (http://www.ti.com/lit/ds/symlink/moc3021.pdf).

Rispetto al caso con fotodiodo, il circuito (pagina 4 del datasheet che ho linkato) potrebbe essere più semplice, perché non occorre ricavare una alimentazione in continua dal lato uscita.

Quello che non mi convince di questa configurazione, però (se le mie considerazioni sono giuste), è l'impossibilità di avere un angolo di conduzione di 180° (cioè triac sempre acceso). Questo perché attorno al passaggio per lo zero, anche se il fototriac è acceso, la corrente di gate nel triac di uscita non è sufficiente ad accenderlo.

Tra l'altro, questo farebbe sì che l'accensione avvenga sempre a tensione non nulla, cosa che mi aspetto aumenti le perdite e le emissioni.

 

Ripeto, non ho mai fatto simulazioni o test in proposito, le mie erano solo considerazioni sulla carta.

Modificato: 27 dicembre 2015 da SandroCalligaro

[Livio Orsini]

Tra l'altro, questo farebbe sì che l'accensione avvenga sempre a tensione non nulla, cosa che mi aspetto aumenti le perdite e le emissioni.

Sempre e solo ipotizzando un pilotaggio ben fatto, le perdite sono quelle intrinsiche del dispositivo perchè, come tutti gli interruttori, anche elettromecanici, la sua resistenza non è nulla.

Le emissioni sono comunque le minime possibili, dato che la commutazione aviene sempre sul passaggio dello zero o di tensione, accensione, o di corrente, spegnimento.

Il fototriac si fa preferire quando si debba pilotre direttamente in AC, specialmente se è richiesta la commutazione sullo zero..

Esistono anche tipi di foto accoppiatori con foto triac o foto SCR che non prevedono la sincronizzazione sullo zero dit ensione per l'accensione. Con questi tipi è possiible la modulazione dell'angolo d'innesco.

[SandroCalligaro]

Sempre e solo ipotizzando un pilotaggio ben fatto, le perdite sono quelle intrinsiche del dispositivo ...

Le emissioni sono comunque le minime possibili, dato che la commutazione aviene sempre sul passaggio dello zero o di tensione, accensione, o di corrente, spegnimento.

In effetti l'accensione, anche se dovesse essere ritardata, avviene a zero corrente, visto che lo spegnimento precedente è avvenuto a sua volta a corrente nulla. Quindi (idealmente) nessuna perdita di commutazione.

 

Il mio dubbio era questo: tutti gli schemi che ho visto in giro sono come quello che ho linkato. Usano un fototriac (che può condurre una corrente piuttosto bassa), che pilota un altro triac per corrente più alta (entrambi connessi in serie alla rete, il primo con una resistenza in serie).

Siccome la corrente che pilota l'ultimo triac è praticamente proporzionale alla tensione di rete, non raggiungerà la soglia di accensione appena dopo il passaggio per lo zero, ma con un certo ritardo (e scenderà al di sotto della soglia di mantenimento in anticipo).

Probabilmente l'effetto è nella maggior parte dei casi trascurabile, ma (se le mie considerazioni sono giuste) non è proprio una soluzione pulita...

 

Immagino che la differenza tra pilotaggio a fotoaccoppiatore e a fototriac stia proprio in questo: con il fotoaccoppiatore, una volta che è disponibile una continua dal lato ad alta tensione, la corrente di pilotaggio del triac di potenza diventa indipendente dalla tensione di rete, quindi l'accensione è "istantanea".

Modificato: 27 dicembre 2015 da SandroCalligaro

[Livio Orsini]

In effetti l'accensione, anche se dovesse essere ritardata, avviene a zero corrente, visto che lo spegnimento precedente è avvenuto a sua volta a corrente nulla.

 

Lo spegnimeto può avvenire solo a corrente nulla, per definizione.

L'accensione, se la si effettua sincrnizzando l'impulso di accensione con lo zero di tensione avviene non appena la tensione applicata supera la soglia minima di tensione, che dell'ordine delle frazioni di volt. Non si deve confondere l'accensione con la corrente di mantenimento, son due cose differenti, se l'impulso di gate è sufficientemente lungo da persistere sino a quando al corrente che cicola nel triac ha superato la soglia di mantenimento, la conduzione si manterrà, ma la dissipazione del semiconduttore non ne è influenzata.

Considerando che nei dintotni dello zero la derivata della sinusoide è massima, anche a 50 Hz monofasi, con semiperiodo di 10 ms, basta meno di 1 ms di durata dell'impulso di accensione.

Immagino che la differenza tra pilotaggio a fotoaccoppiatore e a fototriac stia proprio in questo: con il fotoaccoppiatore, una volta che è disponibile una continua dal lato ad alta tensione, la corrente di pilotaggio del triac di potenza diventa indipendente dalla tensione di rete, quindi l'accensione è "istantanea".

 

Questo è corretto. Però la differenza di dissipazione dei due pilotaggi è insignificante.

Tieni presente, poi, che se il carico del triac di potenza ha una pur lieve componete reattiva, in pratica l'effetto da te descritto non accade; questo perchè lo spegnimento del pilota coincide con lo zero di tensione, essendo la sua corrente in fase con la tensione, mentre per quello di potenza lo spegnimeto per zero di corrente avviene o in ratrdo, caso più normale, o in anticipo, in caso di componente capacitiva predominante. In entrambi i casi il triac passa praticamente dallo stato spento a quello di acceso senza soluzione di continuità.

[SandroCalligaro]

Grazie delle precisazioni!

In effetti sulle perdite concordavo già nel post precedente.

Sul comportamento "sempre acceso", mi rendo conto di non aver considerato lo sfasamento tra corrente e tensione, che permette di fatto di cancellare il problema. Inoltre avevo scritto una cosa imprecisa riguardo alla corrente di mantenimento.

Purtroppo non sono abituato a ragionare con questo tipo di switch!

[Livio Orsini]

Nessun problema.

Uno degli scopi del forum è proprio quello di discutere sui problemi.

A volte proprio discutendo su problemi che credevo di conoscere perfettamente mi sono reso conto di non aver mai considerato alcuni particalari condizioni.

[accacca]

Scusatemi se inserisco info non proprio attinenti alla discussione

Anche se tra me e i triac non c'è mai stato molto feeling aggiungo questo documento con cui mi sono chiarito le idee (.... parole grosse....)

[Livio Orsini]

E' un'ottimo tutorial sul dimensionamento degli snubbers.

I carchi reattivi per i relè statici son sempre stati fonte di possibili guai.

Son passati 40 anni esatti da quando progettati e realizzai il mio primo PLC, ma ricordo ancora la complessità circuitale che dovetti implementare per eliminare (quasi) i disturbi che i moduli di uscita triac mi causavano alla logica. Dovetti escogitare un discreto amrchingegno per poter effettuare le accensioni sullo zero di tensione perchè all'ra gli integrati che fanno tutto non c'erano.

Modificato: 28 dicembre 2015 da Livio Orsini

[SandroCalligaro]

Da una lettura veloce anche a me sembra molto interessante.

Mi fa tornare in mente il discorso delle perdite, di cui abbiamo parlato sopra. A causare le perdite di commutazione sono proprio le capacità in parallelo (ad es. di snubber), che vengono scaricate dal triac in accensione.

Immagino che, nonostante le capacità siano magari piuttosto alte, comunque le perdite per commutazione rimangano praticamente trascurabili, per il fatto che si sta commutando a 50 Hz, che è qualche ordine di grandezza in meno rispetto alla maggior parte dei casi di convertitori switching.

 

Riguardo invece alla sovratensione in spegnimento...

Livio, nelle specifiche per il tuo relè statico (che immagino fosse per un carico abbastanza generico), avevi fissato un'induttanza massima (o un cosphi minimo), per il carico?

In ogni caso, che range di valori ha senso considerare, per poter dormire sonni tranquilli in un caso del genere?

Modificato: 29 dicembre 2015 da SandroCalligaro

[Livio Orsini]

Normalmente gli SSR sono usati, in luogo dei contattori elettromeccanici, per le regolazioni On-Off di temperatura.

In questo caso il carico è quasi esclusivamente resistivo, anche se la componente di induttanza parassita non è proprio insignificante. Diciamo che il cosenphi è comunque >0.98, almeno che si usino resistori che sono degli escrementi.

Nel caso di comando marcia arresto di motori asincroni, il cosenphi è quello del motore quindi mediamaente nell'intorno dello 0.8 o meglio.

Io li ho usati proprio con dei motori asincroni per fare dei posizionamenti di vitoni. Ho effettuato una sorta di PWM con tempo minimo di 6.66 ms (1 periodo). su unn tempo totale di 333.33 ms

Non ho mai messosnubber esterni perchè ho sempre usato i "blocchetti" mono e trifase.

Comunque ti garantisco che le perdite, dovuto alla resistenza interna del triac, sono piuttosto significative, tanto che la "difficoltà" maggiore consiste nel corretto dimensionamento del dissipatore di calore.

[SandroCalligaro]

Grazie!

In un datasheet della serie BTA o BTB di ST avevo visto il grafico esplicito delle perdite in funzione della corrente RMS (e dell'angolo di conduzione).

In funzionamento sempre acceso, le perdite erano maggiori di 20 W, che data la resistenza giunzione-case, i limiti di temperatura di giunzione ed un range di temperatura ambiente sensato, dai miei conti portavano a richiedere una resistenza del dissipatore molto bassa (circa 1 °C/W), che credo sia difficile ottenere per quei package (TO-220).

[Livio Orsini]

Quando si sta so certe potenze di carico, se si necessita di qualche decina di SSR all'anno, meglio avvalersi de blocchetti integrati. Questo oltre ad avere il pilotaggio ridotto al minimo, hanno anche una resistenza termica giunzione-case ottimizzata, quindi è meno difficile ottenere un dissipatore con le caratteristiche idenee.

Addirittura è possibile montare più SSR su di un unico profilato, ovviamente di dimensioni adeguate; in questo modo si ottimizzano costi e spazio.

[accacca]

L'AN10384 di NXP ri porta parecchi esempi pratici e applicazioni su calcolo potenza dissipata triac

Per quant riguarda i valori di resistenza termica potresti dare un'occhiata al sito della pada  per ogni profilo ti forniscono la sua resistenza termica così puoi farti un'idea delle dimensioni che dovrebbe avere il tuo dissipatore Io ho messo il link al profilo standard per contenitore TO220 ma se cerchi nel sito ci sono anche i profili per cui viene data la resistenza in °C/W per metro e tu calcoli in base alle tue necessità.

Un esempiio di blocchetti integrati citati sopra da Livio. Non ho mai capito se lo snubber è già incluso o si deve mettere esterno (...Basterebbe leggere la doc con calma....) Invece ho letto (ma non trovo il riferimento) che ST fornisce Triac definiti snubberless dove però snubberless non va inteso come "non serve lo snubber in assoluto" ma in particolari condizioni di carico può bastare la capacità interna del triac snubberless. E infatti il documento sottolineava il fatto che se uno utilizza il triac snubberless per pilotare un carico generico non noto a priori (relè statico generico) è buona cosa aggiungere lo snubber esterno anche se il componente è dichiarato snubberless.

Livio, nelle specifiche per il tuo relè statico (che immagino fosse per un carico abbastanza generico), avevi fissato un'induttanza massima (o un cosphi minimo), per il carico?

Io ho sempre visto due parametri forniti dai costruttori  Corrente massima con carico resistivo e corrente massima con carico induttivo.

 

[Livio Orsini]

Corrente massima con carico resistivo e corrente massima con carico induttivo.

 

Certo. Sono le condizioni AC1 e AC3 dell'elettromeccanica.

Quasi tutti i costruttori seri dei "blocchetti" come, ad esempio, Croydon, danno un diagramma della potenza (corrente RMS) massima dissipabile in funzione della Rt tra case e ambiente.

Teneiamo presente che con i "blocchetti" SCR si arrivava a costruire convertitori sino a oltre 650A di corrente continuativa per motori cc da 440 V (400 V se il ponte è un total controllato).

er correnti maggiori si doveva passare ai semiconduttori singoli. Uso l'imperfetto perchè non conosco lo stato dell'arte di questo inizio secolo.

 

Però l'autore della discussione non da più notizie. Che faccia le vacanze lunghe?

[accacca]

Certo. Sono le condizioni AC1 e AC3 dell'elettromeccanica.

Non lo sapevo. Bhe questa mi evita future figure del pollo.