Kuinka kytkeä kuorma mikropiirien ohjausyksikköön

Artikkeli erilaisista tavoista kytkeä kuorma mikrokontrollerin ohjausyksikköön releiden ja tiristorien avulla.

Kaikilla nykyaikaisilla laitteilla, sekä teollisuudessa että kotitalouksissa, käytetään sähköä. Samanaikaisesti sen koko sähköpiiri voidaan jakaa kahteen suureen osaan: ohjauslaitteet (ohjaimet englanninkielisestä sanasta CONTROL - to control) ja toimilaitteet.

Noin kaksikymmentä vuotta sitten, ohjausyksiköt otettiin käyttöön mikropiireissä, joiden integraatio on pieni ja keskisuuri. Nämä olivat sarjasta siruja K155, K561, K133, K176 ja vastaavia. Heitä kutsutaan logiikka-digitaalipiirit, koska ne suorittavat loogisia toimintoja signaaleille ja signaalit ovat itse digitaalisia (erillisiä).

Aivan kuten säännölliset kontaktit: “suljettu - auki”. Vain tässä tapauksessa näitä tiloja kutsutaan vastaavasti ”loogiseksi yksiköksi” ja “loogiseksi nollaksi”. Loogisen yksikön jännite mikropiirin ulostulossa on välillä puolet syöttöjännitteestä täyteen arvoon, ja loogisen nollan jännite sellaisille mikropiireille on yleensä 0 ... 0,4 V.

Tällaisten ohjausyksiköiden toimintaalgoritmi toteutettiin johtuen vastaavasta mikrosirien kytkemisestä, ja niiden lukumäärä oli melko suuri.

Tällä hetkellä kaikkia ohjausyksiköitä kehitetään erityyppiset mikro-ohjaimet. Tässä tapauksessa toimintaalgoritmia ei aseteta yksittäisten elementtien piiriliitännällä, vaan mikro-ohjaimessa "ommeltuilla" ohjelmilla.

Tältä osin useiden kymmenien tai jopa satojen mikropiirien sijasta ohjausyksikkö sisältää mikro-ohjaimen ja useita mikropiirejä vuorovaikutukseen "ulkomaailman" kanssa. Tällaisesta parannuksesta huolimatta mikro-ohjaimen ohjausyksikön signaalit ovat edelleen samat digitaaliset kuin vanhojen mikropiirien signaalit.

On selvää, että tällaisten signaalien teho ei riitä voimakkaan lampun, moottorin ja vain releen kytkemiseen päälle. Tässä artikkelissa tarkastellaan millä tavoin tehokkaat kuormat voidaan kytkeä mikropiireihin.

Eniten yksinkertainen tapa on kytkeä kuorma päälle releen kautta. Kuvassa 1 rele kytketään päälle transistoria VT1 käyttämällä, tätä tarkoitusta varten looginen yksikkö syötetään sen pohjaan vastuksen R1 kautta mikropiiristä, transistori aukeaa ja kytkee päälle releen, joka koskettimillaan (ei esitetty) käynnistää kuorman.

Kuviossa 2 esitetty kaskadi toimii eri tavalla: Jotta rele päästäisiin päälle, mikrosirun ulostuloon tulee ilmestyä logiikka 0, joka sulkee VT3-transistorin. Tässä tapauksessa transistori VT4 aukeaa ja käynnistää releen. SB3-painikkeella voit kytkeä releen päälle manuaalisesti.

Molemmissa kuvissa voit nähdä, että relekäämien rinnalla diodit on kytketty toisiinsa nähden (johtamatta) vastakkaiseen (johtamattomaan) suuntaan. Niiden tarkoituksena on tukahduttaa itse induktio EMF (se voi olla kymmenen tai enemmän kertaa syöttöjännite), kun rele kytketään pois päältä, ja suojata piirielementtejä.

Jos piirissä ei ole yhtä, kahta relettä, mutta paljon enemmän, kytke ne sitten erikoistunut siru ULN2003Amahdollistaa jopa seitsemän releen kytkemisen. Tällainen kytkentäpiiri on esitetty kuviossa 3 ja kuviossa 4 nykyaikaisen pienikokoisen releen ulkonäkö.

Kuvio 5 esittää kuorman kytkentäkaavio TO125-12.5-6 -optoeristimillä (Sen sijaan, että kytket relettä muuttamatta mitään piirissä). Tässä kaaviossa sinun tulee kiinnittää huomiota transistorin kytkimeen, joka on tehty kahdelle transistorille VT3, VT4. Tämä monimutkaisuus johtuu siitä, että jotkut mikrokontrollerit, esimerkiksi AT89C51, AT89C2051, nollauksen aikana kytkeytyvät päälle useita millisekuntia ja pitävät logiikkatasoa 1 kaikilla tapilla.Jos kuorma kytketään kuvassa 1 esitetyn kaavion mukaisesti, kuorma laukaistaan ​​heti virran kytkemisen yhteydessä, mikä voi olla erittäin toivottavaa.

Kuormituksen (tässä tapauksessa optoerottimien tyristorien V1, V2 LEDit) kytkemiseksi päälle tulee toimittaa looginen 0 transistorin VT3 kannalle vastuksen R12 kautta, joka avaa VT3: n ja VT4: n. Jälkimmäinen syttyy optiotyristorin merkkivaloihin, jotka avaavat ja kytkevät verkkokuorman päälle. Optoerottimet tarjoavat galvaanisen eristyksen itse ohjauspiirin verkosta, mikä lisää piirin sähköturvallisuutta ja luotettavuutta.

Muutama sana tyristorista. Tutkimatta teknisiä yksityiskohtia ja virta- ja jänniteominaisuuksia voidaan sanoa Thyristor - Tämä on yksinkertainen diodi, heillä on jopa samanlaiset nimitykset. Mutta tyristorissa on myös ohjauselektrodi. Jos katodiin kohdistuu positiivinen impulssi, edes lyhytaikaisesti, tyristori aukeaa.

Avoimessa tilassa tyristori pysyy, kunnes virta virtaa sen läpi eteenpäin. Tämän virran on oltava vähintään jokin arvo, jota kutsutaan pitovirtaksi. Muutoin tyristori ei yksinkertaisesti käynnisty. Voit kytkeä tyristorin pois päältä vain katkaisemalla piirin tai asettamalla käänteisen napaisuuden jännitteen. Siksi kummankin vaihtojännitteen puoliaallon menettämiseksi käytetään kahden tiristorin vasta-rinnakkaisliitäntää (katso kuva 5).

Jotta tällaista sisällyttämistä ei tehdä, myönnetään triakit tai porvarillisissa triaseissa. Niissä tehdään jo yhdessä tapauksessa kaksi tyristoria, jotka on kytketty vastakkaiseen suuntaan - rinnakkain. Ohjauselektrodi on yleinen.

Kuvio 6 esittää tyristorien ulkonäköä ja uraa, ja kuvio 7 esittää samaa triakseille.

Kuvio 8 esittää kaavio triacin kytkemiseksi mikro-ohjaimeen (mikropiiriulostulo) käyttämällä erityistä pienitehoista optotriac-tyyppiä MOC3041.

Tämä sisällä oleva ohjain sisältää nappiin 1 ja 2 kytketyn LEDin (kuvassa on näkymä mikropiiristä) ylhäältä ja itse optotriac, joka LEDin valaistaessa avautuu (nastat 6 ja 4) ja yhdistää vastuksen R1 kautta ohjauselektrodin anodiin , jonka seurauksena voimakas triac aukeaa.

Vastus R2 on suunniteltu siten, että triakki ei avaudu ilman ohjaussignaalia käynnistyksen yhteydessä, ja ketju C1, R3 on suunniteltu vaimentamaan häiriöitä kytkentähetkellä. Totta, MOC3041 ei aiheuta mitään erityisiä häiriöitä, koska siinä on CROSS ZERO -piiri (jännitteenmuutos 0: n läpi), ja kytkeminen päälle tapahtuu silloin, kun verkkojännite kulki vain 0: n läpi.

Kaikki tarkastellut piirit on galvaanisesti erotettu verkosta, mikä varmistaa luotettavan toiminnan ja sähköturvallisuus jolla on merkittävä kytkentäteho.

Jos teho on merkityksetön ja säätimen galvaanista eristämistä verkosta ei tarvita, silloin on mahdollista kytkeä tiristorit suoraan mikro-ohjaimeen. Samanlainen kaavio on esitetty kuvassa 9.

Tämä on piiri Joulun seppele tuotettuTietenkin Kiinassa. Tiristorin ohjauselektrodit MCR 100-6 - vastukset kytketty suoraan mikro-ohjaimeen (sijaitsee taululla pisaran mustan yhdisteen alla). Ohjaussignaalien teho on niin pieni, että virrankulutus kaikille neljälle kerralla, alle 1 milliampeeri. Tässä tapauksessa käänteinen jännite on jopa 800 V ja virta enintään 0,8A. Kokomitat ovat samat kuin KT209-transistoreilla.

Tietenkin yhdessä lyhyessä artikkelissa on mahdotonta kuvailla kaikkia järjestelmiä kerralla, mutta näyttää siltä, ​​että he onnistuivat kertomaan työnsä perusperiaatteet. Tässä ei ole erityisiä vaikeuksia, kaikki järjestelmät testataan käytännössä eivätkä yleensä tuota surua korjauksen tai itsetehtyjen aikana.

E-kirja -Aloittelijan opas AVR-mikrokontrollereihin

Boris Aladyshkin