Hoe de belasting op de besturingseenheid op microcircuits wordt aangesloten

Een artikel over verschillende manieren om een ​​belasting aan te sluiten op een microcontroller-regeleenheid met behulp van relais en thyristoren.

Alle moderne apparatuur, zowel industriële als huishoudelijke, wordt aangedreven door elektriciteit. Tegelijkertijd kan het hele elektrische circuit worden verdeeld in twee grote delen: besturingsapparaten (controllers van het Engelse woord CONTROL - om te besturen) en actuatoren.

Ongeveer twintig jaar geleden werden regeleenheden geïmplementeerd in microcircuits met een kleine en gemiddelde mate van integratie. Dit waren de serie chips K155, K561, K133, K176 en dergelijke. Ze heten logische digitale circuits, omdat ze logische bewerkingen op signalen uitvoeren en de signalen zelf digitaal (discreet) zijn.

Net als gewone contacten: "gesloten - open". Alleen in dit geval worden deze toestanden respectievelijk "logische eenheid" en "logische nul" genoemd. De spanning van de logische eenheid aan de uitgang van de microschakeling ligt in het bereik van de helft van de voedingsspanning tot de volledige waarde en de spanning van de logische nul voor dergelijke microschakelingen is meestal 0 ... 0,4 V.

Het operatie-algoritme van dergelijke regeleenheden werd uitgevoerd vanwege de overeenkomstige aansluiting van microschakelingen en hun aantal was behoorlijk groot.

Momenteel zijn alle regeleenheden ontwikkeld op basis van microcontrollers van verschillende typen. In dit geval wordt het bewerkingsalgoritme niet vastgelegd door een circuitverbinding van afzonderlijke elementen, maar door een programma dat in de microcontroller is "genaaid".

In dit opzicht bevat de besturingseenheid in plaats van enkele tientallen of zelfs honderden microschakelingen een microcontroller en een aantal microschakelingen voor interactie met de "buitenwereld". Maar ondanks een dergelijke verbetering zijn de signalen van de besturingseenheid van de microcontroller nog steeds digitaal van die van oude microschakelingen.

Het is duidelijk dat de kracht van dergelijke signalen niet voldoende is om een ​​krachtige lamp, motor en alleen een relais in te schakelen. In dit artikel zullen we overwegen op welke manieren kunnen krachtige belastingen worden aangesloten op microschakelingen.

Het meest eenvoudige manieren is om de belasting via het relais in te schakelen. In figuur 1 wordt het relais ingeschakeld met behulp van de transistor VT1, voor dit doel wordt een logische eenheid aan zijn basis geleverd via de weerstand R1 vanuit de microschakeling, de transistor opent en schakelt het relais in, dat met zijn contacten (niet getoond) de belasting inschakelt.

De cascade in figuur 2 werkt anders: om het relais in te schakelen, moet een logische 0 verschijnen aan de uitgang van de microschakeling, die de VT3-transistor sluit. In dit geval zal de transistor VT4 openen en het relais inschakelen. Met de SB3-knop kunt u het relais handmatig inschakelen.

In beide figuren ziet u dat parallel aan de relaisspoelen diodes zijn aangesloten en ten opzichte van de voedingsspanning in de tegenovergestelde (niet-geleidende) richting. Hun doel is het onderdrukken van de zelfinductie-EMF (dit kan tien of meer keer de voedingsspanning zijn) wanneer het relais is uitgeschakeld en de circuitelementen beschermen.

Als er in het circuit niet één, twee relais zijn, maar veel meer, dan kunt u ze verbinden gespecialiseerde chip ULN2003Awaardoor aansluiting van maximaal zeven relais mogelijk is. Een dergelijk schakelcircuit wordt getoond in figuur 3 en in figuur 4 het uiterlijk van een modern klein relais.

Figuur 5 toont laad aansluitschema met behulp van TO125-12.5-6 optocoupler thyristors (in plaats daarvan zonder iets in het circuit te veranderen, kunt u een relais aansluiten). In dit circuit moet je letten op de transistorschakelaar die op twee transistors VT3, VT4 is gemaakt. Deze complicatie wordt veroorzaakt door het feit dat sommige microcontrollers, bijvoorbeeld AT89C51, AT89C2051, tijdens reset enkele milliseconden inschakelen en logisch niveau 1 op alle pinnen houden.Als de belasting wordt aangesloten volgens het schema dat wordt getoond in figuur 1, wordt de belasting onmiddellijk geactiveerd wanneer de stroom wordt ingeschakeld, wat zeer ongewenst kan zijn.

Om de belasting in te schakelen (in dit geval de LED's van de optocoupler thyristors V1, V2), moet een logische 0 worden geleverd aan de basis van de transistor VT3 via de weerstand R12, die VT3 en VT4 opent. Deze laat de opto-thyristor LED's oplichten die openen en de netwerkbelasting inschakelen. Optocoupler thyristoren zorgen voor galvanische isolatie van het netwerk van het stuurcircuit zelf, wat de elektrische veiligheid en betrouwbaarheid van het circuit verhoogt.

Een paar woorden over thyristoren. Zonder in te gaan op technische details en stroomspanningskenmerken, kunnen we dat zeggen thyristor - Dit is een eenvoudige diode, ze hebben zelfs vergelijkbare aanduidingen. Maar de thyristor heeft ook een stuurelektrode. Als er een positieve impuls met betrekking tot de kathode op wordt toegepast, zelfs op korte termijn, dan zal de thyristor openen.

In de open toestand zal de thyristor blijven totdat een stroom erdoorheen stroomt in de voorwaartse richting. Deze stroom moet ten minste een waarde zijn die de houdstroom wordt genoemd. Anders zal de thyristor gewoon niet inschakelen. U kunt de thyristor alleen uitschakelen door het circuit te onderbreken of door een spanning met omgekeerde polariteit aan te leggen. Daarom wordt, om beide halfgolven van wisselspanning te missen, een contra-parallelle verbinding van twee thyristoren gebruikt (zie figuur 5).

Om een ​​dergelijke opname niet te maken worden uitgegeven triacs of in burgerlijke triacs. In hen worden al in één geval twee thyristors gemaakt, die tegenover elkaar zijn verbonden - parallel. De stuurelektrode is gebruikelijk.

Figuur 6 toont het uiterlijk en de pinout van de thyristors, en figuur 7 toont hetzelfde voor triacs.

Figuur 8 toont schema voor het aansluiten van een triac op een microcontroller (microcircuituitgang) met behulp van een speciale low-power optotriac type MOC3041.

Deze driver bevat een LED aangesloten op pennen 1 en 2 (de afbeelding toont een weergave van de microschakeling van bovenaf) en de optotriac zelf, die, wanneer verlicht door een LED, opent (pennen 6 en 4) en, via weerstand R1, de stuurelektrode verbindt met de anode , waardoor een krachtige triac opent.

De weerstand R2 is zodanig ontworpen dat de triac niet opent in afwezigheid van een stuursignaal op het moment van opstarten, en de ketting C1, R3 is ontworpen om interferentie te onderdrukken op het moment van schakelen. Toegegeven, de MOC3041 veroorzaakt geen speciale interferentie, omdat deze een CROSS ZERO-circuit heeft (spanningsovergang door 0) en inschakelen vindt plaats op het moment dat de netspanning alleen door 0 ging.

Alle beschouwde circuits zijn galvanisch gescheiden van het lichtnet, wat zorgt voor een betrouwbare werking en elektrische veiligheid met aanzienlijk geschakeld vermogen.

Als de stroom te verwaarlozen is en de galvanische isolatie van de controller van het netwerk niet vereist is, is het mogelijk om de thyristors rechtstreeks op de microcontroller aan te sluiten. Een soortgelijk schema wordt getoond in figuur 9.

Dit is een circuit Kerstslinger geproduceerdNatuurlijk in China. Thyristor stuurelektroden MCR 100-6 tot en met weerstanden rechtstreeks aangesloten op de microcontroller (op het bord onder een druppel zwarte verbinding). Het vermogen van de besturingssignalen is zo klein dat het stroomverbruik voor alle vier tegelijk, minder dan 1 milliampère. In dit geval is de omgekeerde spanning maximaal 800V en de stroom maximaal 0,8A. Algemene afmetingen zijn hetzelfde als voor KT209-transistors.

Natuurlijk is het in een kort artikel onmogelijk om alle schema's in één keer te beschrijven, maar het lijkt erop dat ze erin slaagden de basisprincipes van hun werk te vertellen. Er zijn hier geen speciale problemen, de schema's worden allemaal in de praktijk getest en brengen in de regel geen rouw teweeg tijdens reparaties of zelfproductie.

E-boek -Beginnershandleiding voor AVR-microcontrollers

Boris Aladyshkin