- Súčasti potrebné na zostavenie polovodičového relé
- Polovodičové relé pomocou schémy TRIAC
- Ako funguje ACS TRIAC (ASCT)?
- Polovodičové relé využívajúce návrh TRIAC - PCB
- Objednávanie DPS z PCBWay
- Montáž polovodičového relé
- Programovanie ESP8266 na riadenie nášho polovodičového relé
- Testuje sa naše polovodičové relé
Relé sú bežné v mnohých spínacích obvodoch, kde je potrebné riadiť (zapínať alebo vypínať) záťaž striedavým prúdom. Ale kvôli elektromechanickej charakteristike má mechanické relé svoj život, a tiež môže iba prepínať stav záťaže a nemôže vykonávať ďalšie spínacie operácie, ako je stmievanie alebo regulácia otáčok. Okrem toho elektromechanické relé tiež produkuje zvuky kliknutia a iskru vysokého napätia, keď sú zapnuté alebo vypnuté obrovské indukčné záťaže. Môžete sa pozrieť na článok o práci relé, kde nájdete viac informácií o relé, ich konštrukcii a typoch.
Najlepšou alternatívou pre elektromechanické relé je polovodičové relé. Polovodičové relé je druh polovodičového relé, ktoré možno použiť ako náhradu za elektromechanické relé na riadenie elektrických záťaží. Nemá žiadne cievky, a preto na svoju činnosť nepotrebuje magnetické pole. Nemá tiež žiadne pružiny ani mechanické kontakty, preto nedochádza k ich opotrebovaniu a môže pracovať pri nízkom prúde. Tieto polovodičové relé, ktoré sa často označujú ako SSR, používajú polovodiče, ktoré riadia funkciu ON-OFF záťaže a dajú sa použiť na riadenie otáčok motorov aj stmievača. V predchádzajúcich projektoch sme tiež použili polovodičové zariadenie ako TRIAC na riadenie otáčok motora a na riadenie intenzity svetla striedavého prúdu.
V tomto projekte vyrobíme polovodičové relé s použitím jediného komponentu a budeme riadiť záťaž AC v prevádzke 230VAC. Tu použitá špecifikácia je obmedzená, vybrali sme 2A záťaže, ktorá sa má prevádzkovať pomocou tohto polovodičového relé. Cieľom je vytvoriť kompaktný PCB pre polovodičové relé, ktoré by bolo možné priamo prepojiť a ovládať pomocou 3.3V GPIO pinov Nodemcu alebo ESP8266. Aby sme to dosiahli, vyrobili sme naše dosky s plošnými spojmi z PCBWay a v tomto projekte ich zmontujeme a otestujeme. Tak poďme na to !!!
Súčasti potrebné na zostavenie polovodičového relé
- DPS
- ACST210-8BTR
- Rezistor 330R ¼ Watt
- Svorkovnica (300 V, 5 A)
- 0805 LED s ľubovoľnou farbou
- Rezistor 150R
Polovodičové relé pomocou schémy TRIAC
Hlavnou zložkou je ACS Triac alebo skrátene ACST. Číslo dielu ACST je ACST210-8BTR. Rezistor R1 sa však používa na pripojenie mikrokontroléra alebo sekundárneho obvodu (riadiaceho obvodu) GND k neutrálu striedavého prúdu. Hodnota rezistora môže byť čokoľvek medzi 390R-470R alebo môže byť použitá aj nepatrnejšie.
Ďalšie informácie o práci obvodu sú opísané v nasledujúcej časti. Ako už bolo spomenuté, hlavnou súčasťou je T1, ACST210-8BTR. ACST je typ TRIAC a nazýva sa tiež trioda pre striedavý prúd.
Ako funguje ACS TRIAC (ASCT)?
Pred pochopením toho, ako funguje ACST, je dôležité pochopiť, ako funguje TRIAC. TRIAC je elektronický komponent s tromi svorkami, ktorý pri spustení pomocou hradla vedie prúd v obidvoch smeroch. Takto sa nazýva obojsmerný triódový tyristor. TRIAC má tri terminály, kde „A1“ je anóda 1, „A2“ je anóda 2 a „G“ je brána. Niekedy sa tiež označuje ako anóda 1 a anóda 2 alebo hlavný terminál 1 (MT1) a hlavný terminál 2 (MT2). Teraz je potrebné, aby brána TRIAC poskytovala malé množstvo prúdu zo zdroja striedavého prúdu pomocou opto tyristorov, napríklad MOC3021.
Ale ACST sa trochu líši od normálneho TRIAC. ACST je typ TRIAC od STMicroelectronics, ale môže byť priamo prepojený s jednotkou mikrokontroléra a môže byť spustený pomocou malého množstva DC bez potreby optočlenu. Podľa technického listu ACST nevyžaduje žiadny tlmiaci obvod aj pre 2A indukčnej záťaže.
Vyššie uvedený obvod je ilustráciou aplikačného obvodu ACST. Vedenie je ŽIVÉ vedenie 230VAC a neutrálne vedenie je spojené so spoločným pinom ACST. Hradlový rezistor sa používa na riadenie výstupného prúdu. Tento rezistor však možno použiť aj v neutrálnej linke so zemou alebo ho možno vylúčiť v závislosti na prúdovom výstupe MCU.
Vyššie uvedený obrázok ilustruje zapojenie ACST. Jedna zaujímavá vec je, že je rozdiel medzi pinoutom so štandardným TRIAC a ACS TRIAC. Ďalej je pre porovnanie uvedený štandardný konektor TRIAC. Jedná sa o konektor BT136 TRIAC.
Ako vidíme, namiesto T1 a T2 (terminál 1 a terminál 2) má ACST piny Out a Common. Spoločný kolík musí byť pripojený k uzemňovaciemu kolíku mikrokontroléra. Nepôsobí tak obojsmerne ako TRIAC. Záťaž by mala byť zapojená do série s ACST.
Polovodičové relé využívajúce návrh TRIAC - PCB
DPS je navrhnutá vo veľkosti 24 mm / 15 mm. Adekvátny chladič je poskytovaný cez ACST pomocou medenej vrstvy. Aktualizovaný Gerber pre túto DPS je však uvedený v nižšie uvedenom odkaze. Gerber je po testovaní aktualizovaný, pretože sa vyskytli chyby v dizajne.
Počas testu sa používa PCB rovnakej veľkosti s rôznym obvodom, kde je uvedená rezerva MOC3021, ale tá je neskôr odstránená v aktualizovanom Gerber.
Kompletný dizajn DPS vrátane súboru Gerber a schémy si môžete stiahnuť z odkazu nižšie.
- Stiahnite si súbor Gerber a PCB Design pre polovodičové relé
Objednávanie DPS z PCBWay
Teraz po dokončení návrhu môžete pokračovať v objednávaní DPS:
Krok 1: Prejdite na stránku https://www.pcbway.com/ a zaregistrujte sa, ak ste prvýkrát. Potom na karte Prototyp PCB zadajte rozmery vašej PCB, počet vrstiev a požadovaný počet PCB.
Krok 2: Pokračujte kliknutím na tlačidlo „Citovať teraz“. Prejdete na stránku, kde môžete nastaviť niekoľko ďalších parametrov, ako napríklad typ dosky, vrstvy, materiál pre PCB, hrúbka a ďalšie. Väčšina z nich je vybratá predvolene. Ak sa rozhodnete pre akékoľvek konkrétne parametre, môžete zvoliť je to tu.
Krok 3: Posledným krokom je nahranie súboru Gerber a pokračovanie v platbe. Pred pokračovaním v platbe PCBWAY overuje, či je váš súbor Gerber platný, aby sa ubezpečil, že proces je hladký. Týmto spôsobom si môžete byť istí, že vaša doska s plošnými spojmi je vhodná pre výrobu a že sa k vám dostane ako zaviazaná.
Montáž polovodičového relé
Po niekoľkých dňoch sme dostali náš DPS v úhľadnom balení a kvalita DPS bola ako vždy dobrá. Horná vrstva a spodná vrstva dosky sú zobrazené nižšie.
Pretože to bolo pre mňa prvýkrát, čo som pracoval s ACST, nešlo to podľa plánu, ako som povedal predtým. Musel som urobiť nejaké zmeny. Posledný okruh po vykonaní všetkých zmien je uvedený nižšie. So zmenami si nemusíte robiť starosti, pretože sú už vykonané a aktualizované v súbore Gerber, ktorý ste si stiahli z vyššie uvedenej časti.
Programovanie ESP8266 na riadenie nášho polovodičového relé
Kód je jednoduchý. V ESP8266-01 sú k dispozícii dva piny GPIO. GPIO 0 je vybraný ako pin tlačidla a GPIO 2 je vybraný ako pin relé. Po načítaní kolíka tlačidla, po stlačení tlačidla, relé zmení stav ZAPNUTÝ alebo VYPNUTÝ alebo naopak. Pre bezproblémovú prevádzku sa však používa aj oneskorenie odskoku. Viac informácií o odblokovaní prepínača sa dozviete v prepojenom článku. Pretože je kód veľmi jednoduchý, nebudeme ho tu rozoberať. Celý kód nájdete v spodnej časti tejto stránky.
Testuje sa naše polovodičové relé
Obvod je prepojený s ESP8266-01 s napájacím zdrojom 3,3 V. Na testovacie účely sa používa aj 100-wattová žiarovka. Ako vidíte na obrázku vyššie, náš modul ESP som napájal napájacím modulom nepájivého poľa a pomocou dvoch tlačidiel zapínal a vypínal svoju záťaž.
Po stlačení tlačidla sa svetlo rozsvieti. Neskôr po testovaní som spájkoval polovodičové relé aj modul ESP826 na jednej doske, aby som dosiahol kompaktné riešenie, ako je znázornené nižšie. Teraz sme na demonštračné účely použili tlačidlo na zapnutie záťaže, ale v skutočnej aplikácii ju zapneme na diaľku príslušným zápisom nášho programu.
Celé vysvetlenie a pracovné video nájdete v nižšie uvedenom odkaze. Dúfam, že sa vám projekt páčil a dozvedeli ste sa niečo užitočné, ak máte akékoľvek otázky, nechajte ich v časti s komentármi nižšie alebo použite diskusné fóra na tému naše diskusné fóra.