【应用】光耦OR-MOC3063S配合功率双向可控硅MAC4DSN用于控制电动调节阀24V交流电机电源

时间： 2020-06-06 来源：世强

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笔者最近在做热力管网的热量平衡调节，核心是使用通过电机来调整阀门开度，比如末端温度低则需要阀门开度大一点，末端温度高需要则阀门开度小一点，通过PID调节算法配合电动调节阀来保证热量平衡。电动调节阀主要分为两大部分：电气控制部分和电动执行部分。电动执行部分采用的是24V交流电机配合齿轮减速装置实现阀门开度的调节，电气部分是使用控制电路配合PID算法进行控制。

实际使用中，电动调节不会长时间或频率很高的进行调节，所以需要控制电机的电源，即当需要进行调节时电源接通电机驱动机械装置进行调节；不需要调节时，电机电源断掉，节约能耗且减少电机发热。

控制交流24V电源一般有两种方式，一是使用交流继电器，二是使用光耦+可控硅进行控制。在本次项目中，由于交流继电器高度较大（一般在25mm以上），占用空间较大，由于项目中的外壳尺寸限制，使用继电器会影响外壳安装，所以选择了后者使用光耦+可控硅进行实现。

交流电机的最大峰值脉冲电流为2.5A，电压为AC 24V。理论来说只要找针对AC24V的双向可控硅即可实现控制。实际应用中基本没有针对AC24V的功率可控硅，由于常见的AC110/220V出货量很大且价格便宜，所以功率可控硅按照AC220V的标准进行的选择。至于光耦的选择，需要考虑过零检测功能。使用过零检测的光耦的好处是只有交流电压过零点时光耦进行导通或关断，这样会减少高频干扰以及对负载和电网的冲击。如果没有过零检测功能，在电流很大的时候进行导通或切断，会产生很大的浪涌电流/电压，对电网和负载造成冲击。

基于以上背景和基本方案思路，笔者选择了国产品牌奥伦德的光耦OR-MOC3063S配合力特双向可控硅MAC4DSN的方案。奥伦德深耕光电耦合器十余载，光耦产品稳定性高、性价比好，其OR-MOC3063S支持过零检测功能，隔离电压高达5000V rms，可保证单片机引脚与AC部分电压的良好隔离。MAC4DSN的通态电流额定值为4A rms，满足电流需求。由于项目中使用的AC24V电源，选择OR-MOC3063S、MAC4DSN所承受的电压符合AC 220V标准，所以在电压上完全没有问题。控制部分的硬件电路框图如下所示：

图1 硬件框图

下面是原理图设计部分，U3是光耦，R8光耦输入端限流电流，Q1为可控硅，R4为触发限流电阻，R9为防止误触发，提高抗干扰能力。当24VAC_PWR_CTL引脚拉高时光耦导通，Q1也导通，24VAC电源进行供电。当24VAC_PWR_CTL引脚拉低时光耦截止，Q1也截止，24VAC电源不进行供电。其中有一点需要注意的是Q1的MT1和MT2引脚是不可以互换的，其门级的触发电流是相对于MT2引脚比较的，这点一定要注意！笔者第一次设计没有注意这点，导致无法正常控制进行了改板后正常，增加了时间和成本。

图2 原理图

实物图：

图3 电路板局部实物图

进行了测试，波形如下。蓝色是AC24V输入端波形，黄色是经光耦可控硅控制后的波形，波形与输入端一致，电机驱动正常。

图4 测试波形1

当光耦不触发时，可控硅也截止，被控电源电压为0V，电机不工作，波形如下：

图5 测试波形2

综上所述，奥伦德光耦OR-MOC3063S配合力特功率双向可控硅MAC4DSN，可用于控制电动调节阀交流24V电机电源。

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