Hur man ansluter belastningen till styrenheten på mikrokretsar

En artikel om olika sätt att ansluta en last till en mikrokontrollenhet med reläer och tyristorer.

All modern utrustning, både industriell och inhemsk, drivs med el. Samtidigt kan hela den elektriska kretsen delas upp i två stora delar: styrenheter (styrenheter från det engelska ordet CONTROL - to control) och ställdon.

För ungefär tjugo år sedan implementerades styrenheter på mikrokretsar med liten och medelhög integration. Dessa var serien med chips K155, K561, K133, K176 och liknande. De kallas logiska digitala kretsareftersom de utför logiska operationer på signaler och själva signalerna är digitala (diskreta).

Precis som vanliga kontakter: “stängt - öppet”. Endast i detta fall kallas dessa tillstånd respektive ”logisk enhet” och ”logisk noll”. Spänningen hos den logiska enheten vid utgången från mikrokretsen är i intervallet från halva matningsspänningen till dess fulla värde, och spänningen för den logiska noll för sådana mikrokretsar är vanligtvis 0 ... 0,4V.

Driftsalgoritmen för sådana styrenheter utfördes på grund av motsvarande anslutning av mikrokretsar, och deras antal var ganska stort.

För närvarande är alla styrenheter utvecklade baserade på mikrokontroller av olika typer. I detta fall fastställs operationsalgoritmen inte av en kretsanslutning av enskilda element, utan av ett program "sytt" i mikrokontrollern.

I detta avseende innehåller styrenheten i stället för flera tiotals eller till och med hundratals mikrokretsar en mikrokontroller och ett antal mikrokretsar för interaktion med "omvärlden". Men trots en sådan förbättring är signalerna från styrenheten för mikrokontroller fortfarande desamma som för gamla mikrokretsar.

Det är uppenbart att kraften i sådana signaler inte räcker för att slå på en kraftfull lampa, motor och bara ett relä. I den här artikeln kommer vi att överväga på vilka sätt kan kraftfulla laster anslutas till mikrokretsar.

Det mest enkla sätt är att sätta på lasten genom reläet. I figur 1 slås reläet på med hjälp av transistorn VT1, för detta ändamål tillförs en logisk enhet till sin bas genom motståndet R1 från mikrokretsen, transistorn öppnar och slår på reläet, som med sina kontakter (inte visat) sätter på lasten.

Kaskaden som visas i figur 2 fungerar annorlunda: för att slå på reläet måste en logik 0 visas vid utgången från mikrokretsen, som stänger VT3-transistorn. I detta fall öppnar transistorn VT4 och slår på reläet. Med SB3-knappen kan du slå på reläet manuellt.

I båda figurerna kan du se att parallellt med relälindningarna är dioder anslutna och med avseende på matningsspänningen i motsatt (icke ledande) riktning. Deras syfte är att undertrycka självinducerande EMF (det kan vara tio eller fler gånger matningsspänningen) när reläet stängs av och skydda kretselementen.

Om kretsen inte är en, två reläer, men mycket mer, kommer för deras anslutning specialiserat chip ULN2003Avilket möjliggör anslutning av upp till sju reläer. En sådan omkopplingskrets visas i figur 3, och i figur 4 ser utseendet på ett modernt litet storlek relä.

Figur 5 visar lastanslutningsdiagram med optokopplare-tyristorer TO125-12.5-6 (istället för utan att ändra något i kretsen kan du ansluta ett relä). I detta diagram bör du uppmärksamma transistoromkopplaren på två transistorer VT3, VT4. Denna komplikation orsakas av det faktum att vissa mikrokontroller, till exempel AT89C51, AT89C2051, vid återställning, slår på i flera millisekunder och håller logik 1 på alla stift.Om lasten är ansluten enligt schemat som visas i figur 1, kommer belastningen att utlösas omedelbart när strömmen slås på, vilket kan vara mycket oönskat.

För att sätta på lasten (i detta fall lysdioderna för optokopplare-tyristorerna V1, V2), bör en logisk 0 tillföras basen på transistorn VT3 genom motståndet R12, som öppnar VT3 och VT4. Den senare lyser upp opto-tyristor-lysdioderna som öppnar och slår på nätverksbelastningen. Optokopplare-tyristorer ger galvanisk isolering från själva styrkretsens nätverk, vilket ökar kretsens elektriska säkerhet och tillförlitlighet.

Några ord om tyristorer. Utan att gå in på tekniska detaljer och strömspänningsegenskaper kan vi säga det tyristor - Det här är en enkel diod, de har till och med liknande beteckningar. Men tyristorn har också en kontrollelektrod. Om en positiv impuls med avseende på katoden appliceras på den, även på kort sikt, kommer tyristorn att öppnas.

I öppet tillstånd kommer tyristorn att förbli tills en ström flyter genom den i framåtriktningen. Denna ström måste vara minst ett värde som kallas hållströmmen. Annars kommer tyristorn helt enkelt inte att slås på. Du kan stänga av tyristorn endast genom att bryta kretsen eller genom att applicera en omvänd polaritetsspänning. För att missa båda halvvågorna av växelspänning används därför motparallell anslutning av två tyristorer (se fig. 5).

För att inte göra en sådan inkludering utfärdas triacs eller i borgerliga triaks. I dem är i ett fall redan två tyristorer gjorda, kopplade motsatta - parallellt. Kontrollelektroden är vanlig.

Figur 6 visar utseendet och utspänningen av tyristorerna, och figur 7 visar samma för triacer.

Figur 8 visar schema för anslutning av en triac till en mikrokontroller (mikrokretsutgång) med en speciell lågeffekt optotriac typ MOC3041.

Denna drivrutin inuti innehåller en LED ansluten till stift 1 och 2 (figuren visar en vy av mikrokretsen ovanifrån) och själva optotriaken, som, när den är upplyst med en LED, öppnar (stift 6 och 4) och, genom motstånd R1, ansluter styrelektroden till anoden , på grund av vilken en kraftfull triac öppnas.

Motstånd R2 är utformad så att triacen inte öppnas i frånvaro av en styrsignal vid tidpunkten för uppstart, och kedjan Cl, R3 är utformad för att undertrycka störningar vid omkopplingstillfället. Det är riktigt att MOC3041 inte skapar någon speciell interferens, eftersom den har en CROSS ZERO-krets (spänningsövergång genom 0), och kopplingen sker just då nätspänningen bara passerade genom 0.

Alla betraktade kretsar är galvaniskt isolerade från elnätet, vilket säkerställer tillförlitlig drift och elsäkerhet med betydande kopplad effekt.

Om strömmen är obetydlig och den galvaniska isoleringen av styrenheten från nätverket inte krävs, är det möjligt att ansluta tyristorerna direkt till mikrokontrollern. Ett liknande schema visas i figur 9.

Detta är en krets Julkrans produceradNaturligtvis i Kina. Tyristor styrelektroder MCR 100-6 till och med motstånd ansluten direkt till mikrokontrollern (finns på kortet under en droppe svart sammansättning). Styrsignalernas effekt är så liten att strömförbrukningen för alla fyra samtidigt, mindre än 1 milliampere. I detta fall backspänningen upp till 800V och ström upp till 0,8A. Övergripande dimensioner är desamma som för KT209-transistorer.

Naturligtvis är det i en kort artikel omöjligt att beskriva alla scheman samtidigt, men det verkar som om de lyckades berätta de grundläggande principerna för sitt arbete. Det finns inga speciella svårigheter här, alla scheman testas i praktiken och ger som regel inte sorg under reparationer eller självgjorda.

E-bok -Nybörjarguide för AVR-mikrokontroller

Boris Aladyshkin