Kako spojiti opterećenje na upravljačku jedinicu na mikro krugovima

Članak o različitim načinima spajanja opterećenja na upravljačku jedinicu mikrokontrolera pomoću releja i tiristora.

Sva moderna oprema, industrijska i kućna, napaja se električnom energijom. Istodobno se cijeli njegov električni krug može podijeliti u dva velika dijela: upravljački uređaji (kontroleri od engleske riječi CONTROL - za upravljanje) i aktuatori.

Prije dvadesetak godina, kontrolne jedinice implementirane su na mikrovezama malog i srednjeg stupnja integracije. To su bile serije čipova K155, K561, K133, K176 i slično. Oni su pozvani logički digitalni sklopovi, budući da obavljaju logičke operacije na signalima, a sami signali su digitalni (diskretni).

Baš kao i redoviti kontakti: "zatvoreno - otvoreno". Samo se u ovom slučaju ta stanja nazivaju, "logička jedinica" i "logička nula". Napon logičke jedinice na izlazu mikro kruga nalazi se u rasponu od polovine napona napajanja do njegove pune vrijednosti, a napon logičke nule za takva mikro kruga obično je 0 ... 0,4 V.

Algoritam rada takvih upravljačkih jedinica izveden je zbog odgovarajućeg povezivanja mikro krugova, a njihov broj bio je prilično velik.

Trenutno su sve upravljačke jedinice razvijene na temelju mikrokontroleri raznih vrsta, U ovom se slučaju algoritam rada postavlja ne vezom pojedinačnih elemenata krugom, već programom "prošaranim" u mikrokontroleru.

S tim u vezi, umjesto nekoliko desetaka, pa čak i stotina mikro krugova, upravljačka jedinica sadrži mikrokontroler i niz mikro krugova za interakciju s "vanjskim svijetom". No, unatoč takvom poboljšanju, signali upravljačke jedinice mikrokontrolera i dalje su isti digitalni kao oni iz starih mikro krugova.

Jasno je da snaga takvih signala nije dovoljna za uključivanje moćne svjetiljke, motora i samo releja. U ovom ćemo članku razmotriti na koji način se moćna opterećenja mogu povezati s mikrovezama.

Najviše jednostavni načini je uključivanje opterećenja putem releja, Na slici 1. relej je uključen pomoću tranzistora VT1, u tu svrhu se putem otpornika R1 od mikrokontrolera dovodi do njegove logičke jedinice, tranzistor se otvara i uključuje relej koji svojim kontaktima (nije prikazan) uključuje opterećenje.

Kaskada prikazana na slici 2 djeluje drugačije: da bi se uključio relej, na izlazu mikro kruga mora se pojaviti logika 0 koja će zatvoriti VT3 tranzistor. U tom slučaju će se tranzistor VT4 otvoriti i uključiti relej. Pomoću gumba SB3 relej možete ručno uključiti.

Na obje slike možete vidjeti da su paralelno s namotima releja povezane diode i s obzirom na napon napajanja u suprotnom (neprovodnom) smjeru. Njihova je svrha suzbijanje samoinduktivnog EMF-a (može biti deset ili više puta od napajanja naponom) kada je relej isključen i zaštititi elemente kruga.

Ako u krugu nema jedan, dva releja, ali mnogo više, onda ih spojiti specijalizirani čip ULN2003Aomogućujući povezivanje do sedam releja. Takav prekidački krug prikazan je na slici 3, a na slici 4 izgled modernog releja male veličine.

Slika 5 pokazuje dijagram povezivanja s optoelektorskim tiristorima TO125-12.5-6 (umjesto toga bez promjene u krugu, možete spojiti relej). Na ovom dijagramu trebali biste obratiti pozornost na tranzistorsku sklopku izrađenu na dva tranzistora VT3, VT4. Ova komplikacija je uzrokovana činjenicom da se neki mikrokontroleri, na primjer, AT89C51, AT89C2051, tijekom resetiranja uključuju nekoliko milisekundi i drže logiku 1 na svim pinovima.Ako je opterećenje povezano prema shemi prikazanoj na slici 1, tada se opterećenje aktivira odmah kada se uključi napajanje, što može biti vrlo nepoželjno.

Kako bi se uključilo opterećenje (u ovom slučaju LED diode tiristora optoelektronike V1, V2), na otpornost na otpornik R12 mora se unijeti logički broj 0, koji će otvoriti VT3 i VT4. Potonji će upaliti opto-tiristorske LED diode koje se otvaraju i uključuju mrežno opterećenje. Tiristori optoparnika pružaju galvansku izolaciju od mreže samog upravljačkog kruga, što povećava električnu sigurnost i pouzdanost kruga.

Nekoliko riječi o tiristorima. Ne ulazimo u tehničke detalje i karakteristike napona struje, to možemo reći tiristor - Ovo je jednostavna dioda, čak imaju slične oznake. Ali tiristor ima i upravljačku elektrodu. Ako se na njega primijeni pozitivan impuls u odnosu na katodu, čak i kratkoročno, tada će se tiristor otvoriti.

U otvorenom stanju tiristor će ostati sve dok struja ne teče kroz njega u smjeru prema naprijed. Ova struja mora biti barem neka vrijednost koja se naziva zadržavajuća struja. Inače se tiristor jednostavno neće uključiti. Tiristor možete isključiti samo prekidom kruga ili primjenom napona obrnute polarnosti. Stoga, da bi propustili oba polu-vala naizmjeničnog napona, koristi se paralelno spajanje dva tiristora (vidi Sliku 5).

Da se takvo uključivanje ne izdaje triacs ili u buržoaskim trijacima. Kod njih su već u jednom slučaju napravljena dva tiristora, međusobno povezana - paralelno. Uobičajena je upravljačka elektroda.

Slika 6 prikazuje izgled i iscjedak tiristora, a slika 7 isti je za trijake.

Slika 8 pokazuje shema za spajanje trijaca na mikrokontroler (izlaz mikro kruga) pomoću posebnog optotrijačkog tipa male snage MOC3041.

Ovaj vozač unutar sadrži LED spojen na pinove 1 i 2 (slika prikazuje pogled mikrocirkulama odozgo) i sam optotrijak koji se, kada se osvijetli LED-om, otvori (igle 6 i 4) i putem otpornika R1 poveže upravljačku elektrodu s anodom , zbog koje se otvara snažni triac.

Otpornik R2 dizajniran je tako da se triac ne otvori ako nema kontrolnog signala u trenutku uključivanja, a lanac C1, R3 dizajniran je za suzbijanje smetnji u trenutku prebacivanja. Istina, MOC3041 ne stvara nikakve posebne smetnje, jer ima CROSS ZERO krug (prijelaz napona kroz 0), a uključivanje se događa u trenutku kada je napon mreže prošao samo kroz 0.

Svi razmatrani krugovi galvanski su izolirani od mreže, što osigurava pouzdan rad i električna sigurnost sa značajnom preklopljenom snagom.

Ako je snaga zanemariva i galvanska izolacija regulatora od mreže nije potrebna, tiristere je moguće spojiti izravno na mikrokontroler. Slična je shema prikazana na slici 9.

Ovo je krug Proizveden božićni vijenacNaravno u Kini. Tiristorske upravljačke elektrode MCR 100-6 do otpornici spojeni izravno na mikrokontroler (nalazi se na ploči ispod kapljice crnog spoja). Snaga upravljačkih signala je toliko mala da trenutna potrošnja za sve četiri odjednom, manja od 1 miliamper. U ovom slučaju je obrnuti napon do 800V, a struja do 0,8A. Ukupne dimenzije su iste kao i za tranzistore KT209.

Naravno, u jednom kratkom članku nemoguće je opisati sve sheme odjednom, ali, čini se, uspjeli su reći osnovne principe svog rada. Ovdje nema posebnih poteškoća, svi se programi testiraju u praksi i u pravilu ne donose tugu tijekom popravka ili samostalno izrađenih.

E-knjiga -Vodič za početnike AVR mikrokontrolera

Boris Aladyshkin