Jak podłączyć ładunek do jednostki sterującej na mikroukładach

Artykuł na temat różnych sposobów podłączania obciążenia do jednostki sterującej mikrokontrolera za pomocą przekaźników i tyrystorów.

Wszystkie nowoczesne urządzenia, zarówno przemysłowe, jak i domowe, są zasilane energią elektryczną. Jednocześnie cały jego obwód elektryczny można podzielić na dwie duże części: urządzenia sterujące (sterowniki od angielskiego słowa KONTROLA - sterowanie) i siłowniki.

Około dwudziestu lat temu jednostki sterujące zostały wdrożone na mikroukładach o małym i średnim stopniu integracji. Były to serie układów K155, K561, K133, K176 i tym podobne. Nazywają się logiczne układy cyfrowe, ponieważ wykonują logiczne operacje na sygnałach, a same sygnały są cyfrowe (dyskretne).

Podobnie jak w przypadku zwykłych kontaktów: „zamknięte - otwarte”. Tylko w tym przypadku stany te nazywane są odpowiednio „jednostką logiczną” i „logicznym zerem”. Napięcie jednostki logicznej na wyjściu mikroukładu mieści się w zakresie od połowy napięcia zasilającego do pełnej wartości, a napięcie logicznego zera dla takich mikroukładów wynosi zwykle 0 ... 0,4 V.

Algorytm działania takich jednostek sterujących został przeprowadzony ze względu na odpowiednie połączenie mikroukładów, a ich liczba była dość duża.

Obecnie wszystkie jednostki sterujące są opracowywane na podstawie mikrokontrolery różnych typów. W tym przypadku algorytm działania jest ustalany nie przez połączenie obwodu poszczególnych elementów, ale przez program „zszyty” w mikrokontrolerze.

Pod tym względem, zamiast kilkudziesięciu, a nawet setek mikroukładów, jednostka sterująca zawiera mikrokontroler i szereg mikroukładów do interakcji ze „światem zewnętrznym”. Jednak pomimo takiej poprawy sygnały jednostki sterującej mikrokontrolera są nadal takie same cyfrowe jak sygnały starych mikroukładów.

Oczywiste jest, że moc takich sygnałów nie wystarcza, aby włączyć mocną lampę, silnik i tylko przekaźnik. W tym artykule rozważymy w jaki sposób potężne obciążenia mogą być podłączone do mikroukładów.

Najbardziej proste sposoby włączają obciążenie za pomocą przekaźnika. Na ryc. 1 przekaźnik włącza się za pomocą tranzystora VT1, w tym celu jednostka logiczna jest dostarczana do jego podstawy przez rezystor R1 z mikroukładu, tranzystor otwiera się i włącza przekaźnik, który wraz ze swoimi stykami (nie pokazano) włącza obciążenie.

Kaskada pokazana na rysunku 2 działa inaczej: aby włączyć przekaźnik, na wyjściu mikroukładu musi pojawić się logika 0, która zamknie tranzystor VT3. W takim przypadku tranzystor VT4 otworzy się i włączy przekaźnik. Za pomocą przycisku SB3 można ręcznie włączyć przekaźnik.

Na obu rysunkach widać, że równolegle do uzwojenia przekaźnika połączone są diody oraz w odniesieniu do napięcia zasilania w kierunku przeciwnym (nieprzewodzącym). Ich celem jest tłumienie samoindukcyjnego pola elektromagnetycznego (może to być dziesięciokrotnie lub więcej razy napięcie zasilania), gdy przekaźnik jest wyłączony, i ochrona elementów obwodu.

Jeśli w obwodzie nie ma jednego, dwóch przekaźników, ale znacznie więcej, to je podłącz specjalistyczny układ ULN2003Aumożliwiając podłączenie do siedmiu przekaźników. Taki obwód przełączający pokazano na rycinie 3, a na rycinie 4 wygląd nowoczesnego małego przekaźnika.

Rysunek 5 pokazuje schemat połączeń obciążenia z wykorzystaniem tyrystorów transoptorów TO125-12.5-6 (zamiast tego bez zmiany czegokolwiek w obwodzie można podłączyć przekaźnik). W tym obwodzie należy zwrócić uwagę na przełącznik tranzystorowy wykonany na dwóch tranzystorach VT3, VT4. Ta komplikacja jest spowodowana faktem, że niektóre mikrokontrolery, na przykład AT89C51, AT89C2051, podczas resetowania włączają się na kilka milisekund i utrzymują poziom logiczny 1 na wszystkich pinach.Jeśli obciążenie zostanie podłączone zgodnie ze schematem pokazanym na rycinie 1, wówczas obciążenie zostanie uruchomione natychmiast po włączeniu zasilania, co może być bardzo niepożądane.

Aby włączyć obciążenie (w tym przypadku diody LED tyrystorów transoptorowych V1, V2), logiczne 0 powinno zostać dostarczone do podstawy tranzystora VT3 przez rezystor R12, który otworzy VT3 i VT4. Ta ostatnia zaświeci diody LED opto-tyrystorowe, które otwierają się i włączają obciążenie sieci. Tyrystory transoptorów zapewniają izolację galwaniczną od sieci samego obwodu sterującego, co zwiększa bezpieczeństwo elektryczne i niezawodność obwodu.

Kilka słów o tyrystorach. Bez wchodzenia w szczegóły techniczne i charakterystyki prądowo-napięciowe możemy to powiedzieć tyrystor - To prosta dioda, mają nawet podobne oznaczenia. Ale tyrystor ma również elektrodę kontrolną. Jeśli zostanie zastosowany pozytywny impuls względem katody, nawet krótkotrwały, tyrystor otworzy się.

W stanie otwartym tyrystor pozostanie, dopóki nie przepłynie przez niego prąd w kierunku do przodu. Prąd ten musi mieć co najmniej pewną wartość zwaną prądem podtrzymującym. W przeciwnym razie tyrystor po prostu się nie włączy. Tyrystor można wyłączyć tylko poprzez przerwanie obwodu lub przyłożenie napięcia o odwrotnej polaryzacji. Dlatego w celu przeoczenia obu półfal napięcia przemiennego stosuje się połączenie równoległe dwóch tyrystorów (patrz ryc. 5).

Aby nie dokonać takiego włączenia, wydawane są triaki lub w burżuazyjnych triakach. W nich już w jednym przypadku powstają dwa tyrystory, połączone przeciwnie - równolegle. Elektroda kontrolna jest powszechna.

Rycina 6 pokazuje wygląd tyrystorów, a rycina 7 to samo dla triaków.

Rysunek 8 pokazuje schemat podłączenia triaka do mikrokontrolera (wyjście mikroukładu) za pomocą specjalnego optotriaka małej mocy typu MOC3041.

Ten sterownik wewnątrz zawiera diodę LED podłączoną do pinów 1 i 2 (rysunek pokazuje widok mikroukładu z góry) i sam optotriak, który, oświetlony diodą LED, otwiera się (pin 6 i 4) i poprzez rezystor R1 łączy elektrodę sterującą z anodą , dzięki czemu otwiera się potężny triak.

Rezystor R2 jest zaprojektowany w taki sposób, że triak nie otwiera się przy braku sygnału sterującego w momencie włączenia, a łańcuch C1, R3 jest zaprojektowany tak, aby tłumić zakłócenia w momencie przełączania. To prawda, że ​​MOC3041 nie powoduje żadnych specjalnych zakłóceń, ponieważ ma obwód KRZYŻ ZEROWANIA (przejście napięcia przez 0), a włączanie następuje w momencie, gdy napięcie sieciowe przechodzi tylko przez 0.

Wszystkie rozpatrywane obwody są galwanicznie odizolowane od sieci, co zapewnia niezawodne działanie i bezpieczeństwo elektryczne ze znaczną mocą przełączaną.

Jeśli moc jest znikoma, a galwaniczna izolacja sterownika od sieci nie jest wymagana, możliwe jest podłączenie tyrystorów bezpośrednio do mikrokontrolera. Podobny schemat pokazano na rycinie 9.

To jest obwód Wyprodukowano świąteczną girlandęOczywiście w Chinach. Tyrystorowe elektrody kontrolne MCR 100-6 do rezystory podłączony bezpośrednio do mikrokontrolera (znajdującego się na płycie pod kroplą czarnego związku). Moc sygnałów sterujących jest tak mała, że ​​pobór prądu dla wszystkich czterech naraz jest mniejszy niż 1 miliamper. W takim przypadku napięcie wsteczne wynosi do 800 V, a prąd do 0,8 A. Wymiary gabarytowe są takie same jak dla tranzystorów KT209.

Oczywiście w jednym krótkim artykule nie można opisać wszystkich schematów jednocześnie, ale wydaje się, że udało im się opowiedzieć podstawowe zasady swojej pracy. Nie ma tu żadnych szczególnych trudności, wszystkie programy są testowane w praktyce i z reguły nie powodują żalu podczas napraw lub własnej produkcji.

E-book -Przewodnik dla początkujących po mikrokontrolerach AVR

Boris Aladyshkin