Cómo gestionar de forma segura una carga de 220 voltios con Arduino

Para el sistema Smart Home, la tarea principal es controlar los electrodomésticos desde un dispositivo de control, ya sea un microcontrolador tipo Arduino, un microordenador tipo Raspberry PI o cualquier otro. Pero hacer esto directamente no funciona, descubramos cómo administrar la carga de 220 V con Arduino.

Para controlar los circuitos de CA, el microcontrolador no es suficiente por dos razones:

1. A la salida microcontrolador Se genera una señal de voltaje constante.

2. La corriente a través del pin del microcontrolador generalmente está limitada a 20-40 mA.

Tenemos dos opciones para cambiar usando un relé o un triac. El triac puede ser reemplazado por dos tiristores activados en paralelo (esta es la estructura interna del triac). Echemos un vistazo más de cerca a esto.

220 control de carga En usando un triac y microcontrolador

La estructura interna del triac se muestra en la imagen a continuación.

El tiristor funciona de la siguiente manera: cuando se aplica un voltaje de polarización directa al tiristor (más al ánodo y menos al cátodo), no pasará corriente hasta que aplique un pulso de control al electrodo de control.

Escribí un impulso por una razón. A diferencia de un transistor, un tiristor es un interruptor semiconductor SEMI-CONTROLLED. Esto significa que cuando se elimina la señal de control, la corriente a través del tiristor continuará fluyendo, es decir. él permanecerá abierto. Para cerrarlo, debe interrumpir la corriente en el circuito o cambiar la polaridad del voltaje aplicado.

Esto significa que cuando mantiene un pulso positivo en el electrodo de control, necesita un tiristor en el circuito de CA para pasar solo la media onda positiva. El triac puede pasar corriente en ambas direcciones, pero porque Se compone de dos tiristores conectados entre sí.

Los pulsos de control en polaridad para cada uno de los tiristores internos deben corresponder a la polaridad de la media onda correspondiente, solo cuando se cumple esta condición, una corriente alterna fluirá a través del triac. En la práctica, dicho esquema se implementa en común controlador de potencia triac.

Como dije, el microcontrolador emite una señal de una sola polaridad, para coordinar la señal necesita usar un controlador construido en un opto simulador.

Por lo tanto, la señal enciende el LED interno del optoacoplador, abre el triac, que suministra la señal de control al triac de potencia T1. Como controlador óptico, se puede usar MOC3063 y similares, por ejemplo, la foto a continuación muestra MOC3041.

Circuito de cruce por cero: circuito detector de cruce por fase cero. Es necesario para la implementación de varios tipos de reguladores triac en un microcontrolador.

Si el circuito tampoco tiene un controlador óptico, donde la coordinación se organiza a través de un puente de diodos, pero en él, a diferencia de la versión anterior, no hay aislamiento galvánico. Esto significa que en la primera sobretensión, el puente puede romperse y el alto voltaje estará en la salida del microcontrolador, lo cual es malo.

Cuando enciende / apaga una carga potente, especialmente de naturaleza inductiva, como motores y electroimanes, se producen sobretensiones, por lo que debe instalar un circuito RC amortiguador en paralelo con todos los dispositivos semiconductores.

Relé y Unrduino

Para controlar relés con UnRduino necesita usar un transistor adicional para amplificar la corriente.

Tenga en cuenta que utilizamos un transistor bipolar con conductividad inversa (estructura NPN), puede ser un KT315 doméstico (querido y conocido por todos). El diodo es necesario para suprimir las sobretensiones de la EMF de autoinducción en la inductancia, esto es necesario para que el transistor no falle por un alto voltaje aplicado.Por qué sucede esto explicará la ley de conmutación: "La corriente en la inductancia no puede cambiar instantáneamente".

Y cuando el transistor está cerrado (eliminación del pulso de control), la energía del campo magnético acumulado en la bobina del relé debe ir a algún lado, por lo que se instala el diodo inverso. Una vez más, noto que el diodo está conectado en la dirección ATRÁS, es decir cátodo a positivo, ánodo a negativo.

Puede armar dicho esquema usted mismo, que es mucho más barato, además puede usar retransmitirclasificado para cualquier voltaje constante.

O compre un módulo listo para usar o un escudo completo con un relé para Arduino:

La foto muestra un escudo casero, por cierto, usó KT315G para amplificar la corriente, y debajo se ve el mismo escudo hecho en fábrica:

Estos son escudos de 4 canales, es decir puede incluir hasta cuatro líneas de 220 V. En detalle sobre escudos y relés, ya publicamos un artículo en el sitio: Escudos útiles para Arduino

El diagrama de conexión de la carga a un voltaje de 220 V a Arduino a través de un relé:

Conclusión

La gestión segura de la carga de CA significa ante todo microcontrolador de seguridad Toda la información descrita anteriormente es válida para cualquier microcontrolador, no solo la placa Arduino.

La tarea principal es proporcionar el voltaje y la corriente necesarios para controlar el triac o el relé y el aislamiento galvánico de los circuitos de control y el circuito de alimentación de CA.

Además de la seguridad para el microcontrolador, de esta manera se asegura para no recibir una descarga eléctrica durante el mantenimiento. Cuando trabaje con alto voltaje, debe seguir todas las reglas de seguridad, cumplir con PUE y PTEEP.

Estos esquemas pueden ser utilizados y para controlar potentes arrancadores y contactores. Los triacs y los relés en este caso actúan como un amplificador intermedio y un coordinador de señal. En dispositivos de conmutación potentes, las grandes corrientes de control de la bobina también dependen directamente de la potencia del contactor o arrancador.