Cómo conectar la carga a la unidad de control en microcircuitos

Un artículo sobre varias formas de conectar una carga a una unidad de control de microcontrolador utilizando relés y tiristores.

Todos los equipos modernos, tanto industriales como domésticos, funcionan con electricidad. Al mismo tiempo, todo su circuito eléctrico se puede dividir en dos grandes partes: dispositivos de control (controladores de la palabra inglesa CONTROL - para controlar) y actuadores.

Hace unos veinte años, se implementaron unidades de control en microcircuitos de pequeño y mediano grado de integración. Estas fueron las series de chips K155, K561, K133, K176 y similares. Se llaman circuitos digitales lógicos, ya que realizan operaciones lógicas en las señales, y las señales en sí son digitales (discretas).

Al igual que los contactos normales: "cerrado - abierto". Solo en este caso estos estados se denominan, respectivamente, "unidad lógica" y "cero lógico". El voltaje de la unidad lógica en la salida del microcircuito está en el rango de la mitad del voltaje de suministro a su valor total, y el voltaje del cero lógico para tales microcircuitos es generalmente 0 ... 0.4V.

El algoritmo de operación de tales unidades de control se llevó a cabo debido a la conexión correspondiente de microcircuitos, y su número fue bastante grande.

Actualmente, todas las unidades de control se desarrollan en base a microcontroladores de varios tipos. En este caso, el algoritmo de operación se establece no mediante una conexión de circuito de elementos individuales, sino mediante un programa "cosido" en el microcontrolador.

A este respecto, en lugar de varias decenas, o incluso cientos de microcircuitos, la unidad de control contiene un microcontrolador y varios microcircuitos para interactuar con el "mundo exterior". Pero, a pesar de tal mejora, las señales de la unidad de control del microcontrolador siguen siendo las mismas digitales que las de los antiguos microcircuitos.

Está claro que el poder de tales señales no es suficiente para encender una lámpara potente, un motor y solo un relé. En este artículo consideraremos de qué manera se pueden conectar cargas potentes a microcircuitos.

Lo mas formas simples es encender la carga a través del relé. En la Figura 1, el relé se enciende usando el transistor VT1, para este propósito, se suministra una unidad lógica a su base a través de la resistencia R1 desde el microcircuito, el transistor se abre y enciende el relé, que, con sus contactos (no mostrados), enciende la carga.

La cascada que se muestra en la figura 2 funciona de manera diferente: para encender el relé, debe aparecer un 0 lógico en la salida del microcircuito, que cerrará el transistor VT3. En este caso, el transistor VT4 se abrirá y encenderá el relé. Usando el botón SB3 puede encender el relé manualmente.

En ambas figuras, puede ver que en paralelo a los devanados del relé, los diodos están conectados y con respecto a la tensión de alimentación en la dirección opuesta (no conductora). Su propósito es suprimir el EMF de autoinducción (puede ser diez o más veces la tensión de alimentación) cuando el relé está apagado y proteger los elementos del circuito.

Si el circuito no es uno, dos relés, sino mucho más, entonces para su conexión se emite chip especializado ULN2003Apermitiendo la conexión de hasta siete relés. Tal circuito de conmutación se muestra en la Figura 3, y en la Figura 4, la apariencia de un relé moderno de pequeño tamaño.

La figura 5 muestra Diagrama de conexión de carga con tiristores de optoacoplador TO125-12.5-6 (en lugar de que sin cambiar nada en el circuito, puede conectar un relé). En este diagrama, debe prestar atención al interruptor de transistor realizado en dos transistores VT3, VT4. Esta complicación es causada por el hecho de que algunos microcontroladores, por ejemplo, AT89C51, AT89C2051, durante el reinicio, se encienden durante varios milisegundos y mantienen la lógica 1 en todos los pines.Si la carga se conecta de acuerdo con el esquema que se muestra en la Figura 1, la carga se activará inmediatamente cuando se encienda la alimentación, lo que puede ser muy indeseable.

Para encender la carga (en este caso, los LED de los tiristores de optoacoplador V1, V2), se debe suministrar un 0 lógico a la base del transistor VT3 a través de la resistencia R12, que abrirá VT3 y VT4. Este último iluminará los LED opto-tiristores que se abren y encienden la carga de la red. Los tiristores optoacopladores proporcionan aislamiento galvánico de la red del circuito de control en sí, lo que aumenta la seguridad eléctrica y la confiabilidad del circuito.

Algunas palabras sobre tiristores. Sin entrar en detalles técnicos y características de voltaje de corriente, podemos decir que tiristor - Este es un diodo simple, incluso tienen designaciones similares. Pero el tiristor también tiene un electrodo de control. Si se le aplica un impulso positivo con respecto al cátodo, incluso a corto plazo, se abrirá el tiristor.

En estado abierto, el tiristor permanecerá hasta que una corriente fluya a través de él en dirección hacia adelante. Esta corriente debe ser al menos un valor llamado corriente de retención. De lo contrario, el tiristor simplemente no se encenderá. Puede apagar el tiristor solo rompiendo el circuito o aplicando un voltaje de polaridad inversa. Por lo tanto, para omitir ambas medias ondas de voltaje alterno, se usa la conexión en paralelo de dos tiristores (ver Fig. 5).

Para no hacer tal inclusión se emiten triacs o en triacos burgueses. En ellos ya en un caso se fabrican dos tiristores, conectados en opuesto - paralelo. El electrodo de control es común.

La Figura 6 muestra la apariencia y la distribución de los tiristores, y la Figura 7 muestra lo mismo para los triacs.

La figura 8 muestra esquema para conectar un triac a un microcontrolador (salida de microcircuito) utilizando un optotriaco especial de baja potencia tipo MOC3041.

Este controlador en el interior contiene un LED conectado a los pines 1 y 2 (la figura muestra una vista del microcircuito desde arriba) y el propio optotriac, que, cuando se ilumina con un LED, se abre (pines 6 y 4) y, a través de la resistencia R1, conecta el electrodo de control al ánodo , debido a que se abre un poderoso triac.

La resistencia R2 está diseñada para que el triac no se abra en ausencia de una señal de control en el momento del encendido, y la cadena C1, R3 está diseñada para suprimir la interferencia en el momento de la conmutación. Es cierto que el MOC3041 no crea ninguna interferencia especial, ya que tiene un circuito CROSS ZERO (transición de voltaje a través de 0), y el encendido se produce en el momento en que la tensión de red solo pasa a través de 0.

Todos los circuitos considerados están aislados galvánicamente de la red eléctrica, lo que garantiza un funcionamiento confiable y seguridad electrica con potencia conmutada significativa.

Si la potencia es insignificante y no se requiere el aislamiento galvánico del controlador de la red, entonces es posible conectar los tiristores directamente al microcontrolador. Un esquema similar se muestra en la Figura 9.

Este es un circuito Guirnalda de navidad producidaPor supuesto en China Electrodos de control de tiristores MCR 100-6 a través resistencias conectado directamente al microcontrolador (ubicado en la placa debajo de una gota de compuesto negro). El poder de las señales de control es tan pequeño que el consumo de corriente para los cuatro a la vez, menos de 1 miliamperio. En este caso, el voltaje inverso es de hasta 800V y la corriente es de hasta 0.8A. Las dimensiones totales son las mismas que para los transistores KT209.

Por supuesto, en un breve artículo es imposible describir todos los esquemas a la vez, pero, al parecer, lograron contar los principios básicos de su trabajo. Aquí no hay dificultades especiales, todos los esquemas se prueban en la práctica y, por regla general, no causan dolor durante las reparaciones o los que se hacen a sí mismos.

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Boris Aladyshkin