Budowa zwartej bryły o małej mocy

Przekaźniki są powszechne w wielu obwodach przełączających, w których wymagane jest sterowanie (włączanie lub wyłączanie) obciążenia AC. Jednak ze względu na charakterystykę elektromechaniczną przekaźnik mechaniczny ma własną żywotność, a ponadto może jedynie przełączać stan obciążenia i nie może wykonywać innych operacji przełączania, takich jak ściemnianie lub regulacja prędkości. Oprócz tego przekaźnik elektromechaniczny generuje również dźwięki kliknięcia i iskrę wysokiego napięcia, gdy duże obciążenia indukcyjne są włączane lub wyłączane. Możesz zapoznać się z artykułem o działaniu przekaźników, aby dowiedzieć się więcej o przekaźnikach, ich konstrukcji i typach.

Najlepszą alternatywą dla przekaźnika elektromechanicznego jest przekaźnik półprzewodnikowy. Przekaźnik półprzewodnikowy to rodzaj przekaźnika półprzewodnikowego, który może być używany jako substytut przekaźnika elektromechanicznego do sterowania obciążeniami elektrycznymi. Nie ma cewek, więc do działania nie potrzebuje pola magnetycznego. Nie ma również żadnych sprężyn ani styków mechanicznych, dzięki czemu nie ulega zużyciu i może pracować przy niskim prądzie. Te przekaźniki półprzewodnikowe często rozpoznawane jako SSR wykorzystują półprzewodniki, które sterują funkcją ON-OFF obciążenia, a także mogą być używane do sterowania prędkością silników, a także ściemniacza. W poprzednich projektach użyliśmy również urządzenia półprzewodnikowego, takiego jak TRIAC, do sterowania prędkością silnika i do kontrolowania natężenia światła obciążenia AC.

W tym projekcie wykonamy przekaźnik półprzewodnikowy z jednego elementu i będziemy sterować obciążeniem AC przy pracy 230VAC. Zastosowana tutaj specyfikacja jest ograniczona, wybraliśmy obciążenie 2A do obsługi za pomocą tego przekaźnika półprzewodnikowego. Celem jest zbudowanie kompaktowej płytki PCB dla przekaźnika półprzewodnikowego, który mógłby być bezpośrednio połączony i sterowany za pomocą pinów 3,3 V GPIO Nodemcu lub ESP8266. Aby to osiągnąć, wyprodukowaliśmy nasze płytki PCB z PCBWay i zmontujemy i przetestujemy to samo w tym projekcie. Więc zacznijmy !!!

Komponenty wymagane do zbudowania przekaźnika półprzewodnikowego

1. PCB
2. ACST210-8BTR
3. Rezystor 330R ¼ Watt
4. Blok zacisków (300 V 5 A)
5. 0805 LED w dowolnym kolorze
6. Rezystor 150R

Przekaźnik półprzewodnikowy wykorzystujący TRIAC - schemat obwodu

Głównym elementem jest ACS Triac lub w skrócie ACST. Numer części ACST to ACST210-8BTR. Jednak rezystor R1 jest używany do łączenia masy mikrokontrolera lub obwodu wtórnego (obwodu sterującego) z przewodem neutralnym AC. Wartość rezystora może wynosić dowolną wartość między 390R-470R lub może być używana w mniejszym stopniu.

Więcej informacji na temat działania obwodu opisano w poniższej sekcji. Jak wspomniano wcześniej, głównym komponentem jest T1, ACST210-8BTR. ACST jest rodzajem TRIAC i jest również nazywany triodą dla prądu przemiennego.

Jak działa ACS TRIAC (ASCT)?

Przed zrozumieniem, jak działa ACST, ważne jest, aby zrozumieć, jak działa TRIAC. TRIAC to trójzaciskowy element elektroniczny, który przewodzi prąd w dowolnym kierunku, gdy jest wyzwalany za pomocą bramki. Dlatego nazywany jest dwukierunkowym tyrystorem triodowym. TRIAC ma trzy zaciski, gdzie „A1” to anoda 1, „A2” to anoda 2, a „G” to bramka. Czasami jest również nazywany odpowiednio Anodą 1 i Anodą 2 lub Terminalem głównym 1 (MT1) i Terminalem głównym 2 (MT2). Teraz do bramki TRIAC należy zapewnić niewielką ilość prądu ze źródła prądu przemiennego za pomocą na przykład tyrystorów optycznych, takich jak MOC3021.

Ale ACST różni się nieco od zwykłego TRIAC. ACST jest rodzajem TRIAC firmy STMicroelectronics, ale może być bezpośrednio połączony z jednostką mikrokontrolera i może być wyzwalany przy użyciu niewielkiej ilości prądu stałego bez potrzeby stosowania transoptora. Zgodnie z arkuszem danych ACST nie wymaga żadnego obwodu tłumiącego, również dla 2A obciążenia indukcyjnego.

Powyższy obwód jest ilustracją obwodu aplikacji ACST. Linia to linia LIVE 230VAC, a linia neutralna jest połączona ze wspólnym pinem ACST. Rezystor bramkowy służy do sterowania prądem wyjściowym. Jednak rezystor ten może być również używany w linii neutralnej z masą lub można go wyeliminować w zależności od wyjścia prądowego MCU.

Powyższy obraz ilustruje wyprowadzenia ACST. Jedną interesującą rzeczą jest to, że istnieje różnica między wyprowadzeniami ze standardowym TRIACEM a ACS TRIAC. Standardowe wyprowadzenia TRIAC pokazano poniżej dla porównania, jest to wyprowadzenie TRIAC BT136.

Jak widać, zamiast T1 i T2 (Terminal 1 i Terminal 2), ACST ma piny Out i Common. Wspólny pin należy połączyć z bolcem uziemienia mikrokontrolera. W związku z tym nie działa tak dwukierunkowo jak TRIAC. Obciążenie powinno być połączone szeregowo z ACST.

Przekaźnik półprzewodnikowy wykorzystujący TRIAC - projekt PCB

Płytka została zaprojektowana w rozmiarze 24mm / 15mm. Odpowiedni radiator jest zapewniony w poprzek ACST przy użyciu warstwy miedzi. Jednak zaktualizowany Gerber dla tej płytki drukowanej jest dostępny w linku poniżej. Gerber jest aktualizowany po testach, ponieważ wystąpiły błędy projektowe.

Podczas testu używana jest ta sama wielkość PCB z innym obwodem, w którym podano MOC3021, ale jest on później usuwany w zaktualizowanym Gerber.

Kompletny projekt PCB, w tym plik Gerber i schemat, można pobrać z linku poniżej.

• Pobierz plik Gerber i projekt PCB dla przekaźnika półprzewodnikowego

Zamawianie PCB w PCBWay

Teraz po sfinalizowaniu projektu można przystąpić do zamawiania PCB:

Krok 1: Wejdź na https://www.pcbway.com/, zarejestruj się, jeśli to Twój pierwszy raz. Następnie w zakładce Prototyp PCB wprowadź wymiary swojej płytki PCB, liczbę warstw i liczbę potrzebnych PCB.

Krok 2: Kontynuuj, klikając przycisk „Cytuj teraz”. Zostaniesz przeniesiony na stronę, na której możesz ustawić kilka dodatkowych parametrów, takich jak typ płytki, warstwy, materiał na PCB, grubość i więcej, większość z nich jest wybierana domyślnie, jeśli decydujesz się na jakiekolwiek określone parametry, możesz wybrać to tutaj.

Krok 3: Ostatnim krokiem jest załadowanie pliku Gerber i kontynuacja płatności. Aby upewnić się, że proces przebiega bezproblemowo, PCBWAY sprawdza, czy plik Gerber jest prawidłowy przed przystąpieniem do płatności. W ten sposób możesz mieć pewność, że Twoja płytka drukowana jest przyjazna dla produkcji i dotrze do Ciebie zgodnie z zobowiązaniem.

Montaż przekaźnika półprzewodnikowego

Po kilku dniach otrzymaliśmy PCB w zgrabnym opakowaniu, a jakość PCB była jak zawsze dobra. Poniżej pokazano górną i dolną warstwę płyty.

Ponieważ był to pierwszy raz, kiedy pracowałem z ACST, sprawy nie poszły zgodnie z planem, jak powiedziałem wcześniej. Musiałem dokonać pewnych zmian. Ostatni obwód po wprowadzeniu wszystkich zmian pokazany jest poniżej. Nie musisz się martwić o zmiany, ponieważ są one już wprowadzone i zaktualizowane w pliku Gerber pobranym z powyższej sekcji.

Programowanie ESP8266 do sterowania naszym przekaźnikiem półprzewodnikowym

Kod jest prosty. W ESP8266-01 dostępne są dwa piny GPIO. GPIO 0 jest wybrane jako pin przycisku, a GPIO 2 jest wybrane jako pin przekaźnika. Po odczytaniu pinu przycisku naciśnięcie przycisku spowoduje zmianę stanu przekaźnika na ON lub OFF lub odwrotnie. Jednak w celu zapewnienia bezproblemowego działania stosowane jest również opóźnienie odbicia. Możesz dowiedzieć się więcej o odbijaniu przełączników w powiązanym artykule. Ponieważ kod jest bardzo prosty, nie będziemy go tutaj omawiać. Pełny kod można znaleźć na dole tej strony.

Testowanie naszego przekaźnika półprzewodnikowego

Obwód jest połączony z ESP8266-01 ze źródłem zasilania 3,3 V. Do celów testowych używana jest również żarówka 100-watowa. Jak widać na powyższym obrazku, zasiliłem nasz moduł ESP za pomocą modułu zasilania płytki prototypowej i użyłem dwóch przycisków do włączania i wyłączania naszego obciążenia.

Po naciśnięciu przycisku światło zostaje włączone. Później, po przetestowaniu, przylutowałem zarówno przekaźnik półprzewodnikowy, jak i moduł ESP826 do jednej płytki, aby uzyskać kompaktowe rozwiązanie, jak pokazano poniżej. Teraz w celach demonstracyjnych użyliśmy przycisku do włączenia obciążenia, ale w rzeczywistej aplikacji włączymy je zdalnie, pisząc odpowiednio nasz program.

Pełne wyjaśnienie i działający film można zobaczyć w linku poniżej. Mam nadzieję, że podobał Ci się projekt i nauczyłeś się czegoś przydatnego. Jeśli masz jakieś pytania, zostaw je w sekcji komentarzy poniżej lub skorzystaj z naszych forów, aby rozpocząć dyskusję na ten temat.