- Komponente, potrebne za izdelavo polprevodniškega releja
- Polprevodniški rele z uporabo TRIAC - vezja
- Kako deluje ACS TRIAC (ASCT)?
- Polprevodniški rele z uporabo TRIAC - PCB Design
- Naročanje PCB pri PCBWay
- Sestavljanje polprevodniškega releja
- Programiranje ESP8266 za nadzor našega polprevodniškega releja
- Testiranje našega polprevodniškega releja
Releji so pogosti v mnogih stikalnih tokokrogih, kjer je potrebno krmiljenje (vklop ali izklop) izmenične obremenitve. Toda zaradi elektromehanskih lastnosti ima mehanski rele samoživljenje in lahko samo preklaplja stanje bremena in ne more izvajati drugih preklopnih operacij, kot sta zatemnitev ali nadzor hitrosti. Poleg tega elektromehanski rele proizvaja tudi zvoke klika in visokonapetostno iskro, kadar so velike induktivne obremenitve vklopljene ali izklopljene. Če želite izvedeti več o relejih, njihovi konstrukciji in vrstah, si lahko ogledate članek o delu relejev.
Najboljša alternativa za elektromehanski rele je polprevodniški rele. Polprevodniški rele je vrsta polprevodniškega releja, ki ga lahko uporabimo kot nadomestek elektromehanskega releja za nadzor električnih obremenitev. Nima tuljav in zato za delovanje ne potrebuje magnetnega polja. Prav tako nima vzmeti ali mehanskih kontaktov, zato ni obrabljen in lahko deluje z nizkim tokom. Ti polprevodniški releji, pogosto prepoznani kot SSR, uporabljajo polprevodnike, ki nadzorujejo funkcijo ON-OFF obremenitve, lahko pa se uporabljajo tudi za nadzor hitrosti motorjev in zatemnitve. V prejšnjih projektih smo uporabili tudi polprevodniško napravo, kot je TRIAC, za nadzor hitrosti motorja in za nadzor intenzitete svetlobe AC obremenitve.
V tem projektu bomo izdelali polprevodniški rele z eno samo komponento in nadzorovali izmenično obremenitev pri delovanju 230 VAC. Specifikacija, ki se uporablja tukaj, je omejena, izbrali smo 2A obremenitve za upravljanje s tem polprevodniškim relejem. Cilj je izdelati kompaktno tiskano vezje za polprevodniški rele, ki ga je mogoče neposredno povezati in krmiliti s 3,3 V GPIO nožicami Nodemcu ali ESP8266. Da bi to dosegli, smo iz PCBWay izdelali naše plošče PCB in jih bomo v tem projektu sestavili in preizkusili. Začnimo torej !!!
Komponente, potrebne za izdelavo polprevodniškega releja
- PCB
- ACST210-8BTR
- 330R upor ¼ vatov
- Priključni blok (300V 5A)
- 0805 LED s katero koli barvo
- Upor 150R
Polprevodniški rele z uporabo TRIAC - vezja
Glavna komponenta je ACS Triac ali ACST na kratko. Številka dela ACST je ACST210-8BTR. Vendar se upor R1 uporablja za povezavo mikrokrmilnika ali sekundarnega vezja (krmilno vezje) GND z nevtralnim izmeničnim tokom. Vrednost upora je lahko katera koli med 390R-470R ali pa se lahko uporablja tudi rahlo od tega.
Za več informacij o delovanju vezja je opisano v spodnjem oddelku. Kot smo že omenili, je glavni sestavni del T1, ACST210-8BTR. ACST je vrsta TRIAC-a in se imenuje tudi trioda za izmenični tok.
Kako deluje ACS TRIAC (ASCT)?
Preden razumete, kako deluje ACST, je pomembno razumeti, kako deluje TRIAC. TRIAC je elektronska komponenta s tremi terminali, ki pri sprožitvi s pomočjo svojih vrat vodi tok v katero koli smer. Tako se imenuje dvosmerni triodni tiristor. TRIAC ima tri terminale, kjer je "A1" anoda 1, "A2" anoda 2 in "G" vrata. Včasih se imenuje tudi Anoda 1 in Anoda 2 oziroma Glavni terminal 1 (MT1) oziroma Glavni terminal 2 (MT2). Zdaj je treba na vrata TRIAC zagotoviti majhno količino toka iz vira izmeničnega toka z uporabo Opto tiristorjev, na primer, kot je MOC3021.
Toda ACST se nekoliko razlikuje od običajnega TRIAC-a. ACST je vrsta TRIAC podjetja STMicroelectronics, vendar ga je mogoče neposredno povezati z enoto mikrokrmilnika in ga je mogoče sprožiti z majhno količino enosmernega toka, ne da bi potrebovali optični sklopnik. Glede na podatkovni list ACST ne zahteva nobenega snuber vezja tudi za 2A induktivne obremenitve.
Zgornje vezje je ilustracija aplikacijskega vezja ACST. Linija je LIVE linija 230VAC, nevtralna linija pa je povezana s skupnim zatičem ACST. Upor vrat se uporablja za nadzor izhodnega toka. Vendar pa se ta upor lahko uporablja tudi v nevtralni liniji s tlemi ali pa ga je mogoče odpraviti, odvisno od izhodnega toka MCU.
Zgornja slika prikazuje pinout ACST. Ena zanimiva stvar je, da obstaja razlika med pinoutom s standardnim TRIAC in ACS TRIAC. Za primerjavo je spodaj prikazan standardni TRIAC izhod, to je BT136 TRIAC.
Kot lahko vidimo, ima ACST namesto T1 in T2 (Terminal 1 in Terminal 2) ACST Out in Common pins. Skupni zatič mora biti povezan z ozemljitvenim zatičem mikrokrmilnika. Tako ne deluje tako dvosmerno kot TRIAC. Tovor je treba priključiti zaporedno z ACST.
Polprevodniški rele z uporabo TRIAC - PCB Design
PCB je zasnovan v velikosti 24 mm / 15 mm. Ustrezen hladilnik je na voljo preko ACST z uporabo bakrene plasti. Vendar je posodobljeni Gerber za ta PCB na spodnji povezavi. Gerber se po testiranju posodobi, ker je prišlo do nekaj napak pri oblikovanju.
Med preskusom se uporablja enak PCB z drugačnim vezjem, kjer je podana določba MOC3021, vendar je pozneje odstranjena v posodobljenem Gerberju.
Celotno zasnovo PCB, vključno z datoteko Gerber in shemo, lahko prenesete s spodnje povezave.
- Prenesite datoteko Gerber in obliko PCB za polprevodniški rele
Naročanje PCB pri PCBWay
Po dokončnem oblikovanju lahko nadaljujete z naročanjem PCB:
1. korak: Pojdite na https://www.pcbway.com/, prijavite se, če ste prvič. Nato na zavihku Prototype PCB vnesite dimenzije PCB, število slojev in število PCB, ki ga potrebujete.
2. korak: Nadaljujte s klikom na gumb »Citiraj zdaj«. Preusmerjeni boste na stran, kjer boste nastavili nekaj dodatnih parametrov, kot so vrsta plošče, sloji, material za tiskano vezje, debelina in še več, večina je privzeto izbrana, če se odločite za katere koli posebne parametre, lahko izberete tukaj.
3. korak: Zadnji korak je nalaganje datoteke Gerber in nadaljevanje plačila. Da bi zagotovil nemoten postopek, PCBWAY pred nadaljevanjem plačila preveri, ali je vaša datoteka Gerber veljavna. Tako boste lahko prepričani, da je vaš PCB prijazen do izdelave in vas bo sprejel kot predan.
Sestavljanje polprevodniškega releja
Po nekaj dneh smo dobili PCB v ličnem paketu in kakovost PCB je bila kot vedno dobra. Zgornja in spodnja plast plošče sta prikazani spodaj.
Ker sem prvič sodeloval z ACST, se stvari niso iztekle po načrtu, kot sem že povedal. Moral sem narediti nekaj sprememb. Končno vezje po izvedbi vseh sprememb je prikazano spodaj. Spremembe vas ne skrbijo, ker so že narejene in posodobljene v datoteki Gerber, ki ste jo prenesli iz zgornjega razdelka.
Programiranje ESP8266 za nadzor našega polprevodniškega releja
Koda je preprosta. V ESP8266-01 sta na voljo dva zatiča GPIO. GPIO 0 je izbran kot zatič gumba, GPIO 2 pa kot relejski zatič. Ko se tipka gumba prebere, če pritisnete gumb, bo rele spremenil stanje ON ali OFF ali obratno. Za nemoteno delovanje pa se uporablja tudi zakasnitev izklopa. Več o razveljavitvi stikal lahko izveste v povezanem članku. Ker je koda zelo preprosta, o njej tukaj ne bomo razpravljali. Popolno kodo najdete na dnu te strani.
Testiranje našega polprevodniškega releja
Vezje je povezano z ESP8266-01 z 3,3 V virom napajanja. Za testiranje se uporablja tudi 100-vatna žarnica. Kot lahko vidite na zgornji sliki, sem naš modul ESP napajal z modulom za napajanje in uporabil dva gumba za vklop in izklop naše obremenitve.
Ko pritisnete gumb, se lučka vklopi. Kasneje po testiranju sem tako SSD rele kot modul ESP826 spajkal na eno ploščo, da sem dosegel kompaktno rešitev, kot je prikazano spodaj. Zdaj smo za predstavitev uporabili gumb za vklop tovora, v dejanski aplikaciji pa ga bomo vklopili na daljavo, tako da bomo napisali svoj program.
Celotno razlago in delujoči video si lahko ogledate na spodnji povezavi. Upam, da vam je bil projekt všeč in ste se naučili kaj koristnega. Če imate kakršna koli vprašanja, jih pustite v spodnjem oddelku za komentarje ali na naših forumih začnite razpravo o tem.