24V Endüstriyel Kontrol Kartı Tasarımı

[Elektroemre]

Merhaba arkadaşlar,

Çok fazla ilgi alanıma girmese de çevremden basit kontrol kartları tasarım istekleri geliyor.
Her seferinde uygun bir tasarım yapıp teslim ediyorum. Ancak tekrar eden blokları bir kez tasarlayıp test edip hep kullanmak istiyorum.

İstenenler çok benzer;
*24V Besleme
*N Adet Giriş
*N Adet Röleli Çıkış
*N Adet Mosfetli Çıkış
*RS485

Her kısmı küçük küçük birlikte tasarlayalım ve tartışalım. Tartışıp onaylandıkça ilk mesajı editleyeceğim.
Power Katı ile başlayalım:

*POWER KATI
5V   Çıkış: 250mA  (Genel haberleşme entegreleri ve düşük güçlü 5V ihtiyaçları için)
3V3 Çıkış: 100mA (MCU ve diğer entegre beslemeleri)

[Elektroemre]

Power katını tartışalım.

TVS'Nin değeri ve görevi:
Girişe, hattaki anlık glitch'ler için SMAJ24A TVS koydum. Testlerimde Vishay marka SMAJ24A TVS 27,5V'ta 10mA akım çekiyor. 24V SMPS bağlantıları için değerin uygun olduğunu düşünüyorum ama ama durumua göre SMAJ26A veya SMAJ28A kullanılabilir. Bu konuda saha deneyimi olan bir arkadaşın yorum bizim için değerli.

TVS'nin yönlü olması: Bu ters beselemeye karşı hoş bir çözüm olmasada koruma. Ancak hatta güçlü bir SMPS varsa veya sigorta yoksa/değeri yüksekse 1-2 saniye içerisinde TVS'yi bozabilir. TVS'nin yönsüz olması daha mı iyidir?

Yada anlık yüksek voltajlardan devremizi korumak için TVS'ye alternatif ne kullanabiliriz?

[Elektroemre]

Power kısmı devam:

Step-Down Regülator:

Power katında en önemli kısımlardan biride esas kontrolü sağlayacak olan MCU ve düşük güçlü entegreleri besleyecek kısım.
MCP16301HT entegresini seçtim. Datasheetin'de uygulamlar arasında "24v Industrial Input DC-DC conversiyon" yazmakta. Toplamda da 600mA çıkış akımı verebilmekte. Ben 5V kısmında 250mA, 3V3 üzerinden de 100mA çekileceğini varsaydım. Yani entegremizden toplam 350mA çıkış akımı çekeceğiz.

Alışkanlık olarak 4007 diyot üzerinden regülatöre giriş yaptım. Aynı devrede birden fazla DC-DC konverter var ise bu şekilde diyot üzerinden beslemeyi tercih ediyorum. Diyot ve 100uF sayesinde ana 24V beslemeye göre anlık voltaj düşüş ve dalgalanmalardan bir miktar daha az etkileneceğini farz ediyorum. (diyot sonrası kısmın)

Bu kullanımın pratikte öngöremediğim ne gibi sonuçları olabilir?

[Elektroemre]

Diğer sorular aklımızı kurcalarken yavaştan giriş kısımlarını tasarlayalım 

Şuana kadar gördüğüm tüm PLC'lerde dijital girişler optokuplör üzerinden yapılmış. Giriş tasarımı için daha önce Analyzer hocamızın paylaşmış olduğu Delta marka PLC'yi referans alalım.

Fotoğraflardan tam takip edemiyorum ama aşağı yukarı tahmin ettiğim şekilde bir şema çizip ilk mesaja eklerim müsait olduğumda.

Konu linki:
https://www.picproje.org/index.php/topic,50469.msg397267.html

[skara1214]

girişleri optocoupler ile yapılmalı. mosfet olarak pwm frekansı önemli hızlı ise mosfet driver gerekebilir; yavaşsa level convertor yeter. hatta direk logic level mosfet kullanılırsa daha güzel olur.

[skara1214]

yönlü tvs nin hızı yönsüze göre daha yüksektir. bir tanesi ns mertebesinde diğeri ps mertebesinde cevap verir. İkiside iş görür sıkıntı yok. step mode convertordan sonra linear convertor uygundur sıkıntı çıkarmaz. ben çıkışlarda genelde 1k üzerinden çıkoyorum zira kısa devre koruması gibi oluyor.

[Elektroemre]

@skara1214 hocam bilgiler için teşekkür ediyorum. Çıkışların hızlı olmadığını farzedersek kısa devre koruması/akım limitleme/sıcaklık koruması  vb gibi özellikler için "akıllı mosfet" olarak geçen entegreleri kullanmayı düşünüyorum. Mesela VND5T100. Endüstriyel uygulamalarda neler kullanımlmakta? Direk bir mosfet konup geçilmekte mi?

[skara1214]

akım koruması için resettable fuse olarak geçen ptc kullanılmakta. akım limitleme mosfetsiz olmaz. sıcaklık koruma termistor ile sağlanır. ama spesifik bir sıcaklık varsa siz sensör  opamp  mosfet üçlüsü kullanarak ayar yapabilirsiniz.

[skara1214]

biraz daha ekstrem durumlar için yüksek voltajda gdt(gas discharge tube) de kullanılır. (genelde yıldırım tehlikesi ola yerlerde...)

[Elektroemre]

@skara1214 hocam bu gdt(gas discharge tube) ilgimi çekti. Diyelimki toprak arazi üzerinde çeşitli sensor node'larımız mevcut. Ana sistemimize de 4 kablo ile bağlı (2 power 2 data) bu durumda yıldırım gibi tehlikeden çekinmeli miyiz? Çekinmeli isek GDT'nin bize bu uygulamada faydası olur mu?

[skara1214]

bir ağaçta takılıysa tabiki beklemelisiniz. tipik yıldırım riski taşıyan yerlerde kullanılmalı. Ben her bir noda izole convertor ile girerdim. giriş ve çıkışlarıda opto ile yapardım. gerekli güvenliği sağlar diye düşünüyorum

[CaFFeiNe]

delta plc'deki U9 çipi (5V için) mc33063 olması lazım doğru muyum? (veya 34063)

[Elektroemre]

@skara1214 hocam teşekkürler.

@CaFFeiNe hocam doğrudur, Analyzer hocam şöyle yazmış "U9 MC33063 DC-DC Converter"
Link: https://www.picproje.org/index.php/topic,50469.msg379729.html#msg379729

[mert3162]

Proje çok güzel anlattığınız gas dicharge tube falan demişsiniz oraları anlamadım tvs falan bana baya uzak kaldı.

kartın programlama dili ne olacak onu merak ettim bir devasında ben bir plc icinde stm32f103 görmüştüm markayı hatırlayamadım.japon markalara benziyor gibiydi tam hatırlayamadım.


http://www.codeforge.com/s/0/PLC--STM32F103


işlemci olarak ne düşünüyorsunuz ?


Toplu yapım-alım söz konusu olursa almak isterim proje bitiminde.pcb vs hatta çizimindede yardımcı olmak isterdim ama sizin istediğiniz formatta çizemeyebilirim.

[Elektroemre]

@mert3162 konu açış amacımda nihani bir kart ya da ürün tasarımı yok.

Amaç; 24V Endüstriyel kontrol için gerekli en temel olarak kabul edilecek bölümlerin "referans tasarımını" oluşturmak.
İhtiyacı olan kişiler bu referans tasarımlar ile kendi ihtiyaçlarına göre tasarım yapabilirler.

Özellikle MCU konusunu hiç anmadım bile. Ortalık savaş alanına döner maazallah