Ako pripojiť záťaž na riadiacu jednotku na mikroobvodoch

Článok o rôznych spôsoboch pripojenia záťaže k riadiacej jednotke mikrokontroléra pomocou relé a tyristorov.

Všetky moderné zariadenia, priemyselné aj domáce, sú napájané elektrinou. Zároveň je možné celý jeho elektrický obvod rozdeliť na dve veľké časti: ovládacie zariadenia (ovládače z anglického slova CONTROL - na ovládanie) a ovládače.

Asi pred dvadsiatimi rokmi boli riadiace jednotky implementované na mikroobvodoch malého a stredného stupňa integrácie. Išlo o sériu čipov K155, K561, K133, K176 a podobne. Hovoria sa logické digitálne obvody, pretože vykonávajú logické operácie so signálmi a samotné signály sú digitálne (diskrétne).

Rovnako ako bežné kontakty: „zatvorené - otvorené“. Iba v tomto prípade sa tieto stavy nazývajú „logická jednotka“ a „logická nula“. Napätie logickej jednotky na výstupe z mikroobvodov je v rozsahu od polovice napájacieho napätia do svojej plnej hodnoty a napätie logickej nuly pre takéto mikroobvody je obvykle 0 ... 0,4 V.

Algoritmus prevádzky takýchto riadiacich jednotiek sa uskutočňoval z dôvodu zodpovedajúceho spojenia mikroobvodov a ich počet bol pomerne veľký.

V súčasnosti sú všetky riadiace jednotky vyvíjané na základe mikrokontroléry rôznych typov, V tomto prípade nie je operačný algoritmus stanovený nie obvodovým spojením jednotlivých prvkov, ale programom „šitým“ v mikrokontroléri.

V tomto ohľade namiesto niekoľkých desiatok alebo dokonca stoviek mikroobvodov obsahuje riadiaca jednotka mikrokontrolér a niekoľko mikroobvodov na interakciu s „vonkajším svetom“. Napriek takémuto zlepšeniu sú však signály riadiacej jednotky mikrokontroléra stále rovnaké ako signály starých mikroobvodov.

Je zrejmé, že sila takýchto signálov nestačí na zapnutie výkonnej žiarovky, motora a iba relé. V tomto článku sa budeme zaoberať akým spôsobom môžu byť silné záťaže pripojené k mikroobvodom.

Najviac jednoduché spôsoby zapínania záťaže pomocou relé, Na obrázku 1 je relé zapnuté pomocou tranzistora VT1, na tento účel je do jeho základne privádzaná logická jednotka cez rezistor R1 z mikroobvodu, tranzistor sa otvára a zapína relé, ktoré svojimi kontaktmi (neznázornené) zapína záťaž.

Kaskáda znázornená na obrázku 2 funguje odlišne: aby sa zaplo relé, musí sa na výstupe mikroobvodu, ktorý uzavrie tranzistor VT3, objaviť logická 0. V tomto prípade tranzistor VT4 otvorí a zapne relé. Pomocou tlačidla SB3 môžete relé zapnúť manuálne.

Na oboch obrázkoch vidíte, že paralelne s vinutím relé sú pripojené diódy a vzhľadom na napájacie napätie v opačnom (nevodivom) smere. Ich účelom je potlačiť samoindukčný EMF (môže byť desaťkrát alebo viackrát vyšší ako napájacie napätie), keď je relé vypnuté, a chrániť prvky obvodu.

Ak v obvode nie je jedno, dve relé, ale oveľa viac, potom ich zapojiť špecializovaný čip ULN2003Aumožňuje pripojenie až siedmich relé. Taký spínací obvod je zobrazený na obrázku 3 a na obrázku 4 vzhľad moderného relé malej veľkosti.

Obrázok 5 ukazuje načítať schému zapojenia pomocou tyristorov optočlenov TO125-12.5-6 (namiesto toho môžete bez zmeny čokoľvek v okruhu pripojiť relé). V tomto diagrame by ste mali venovať pozornosť tranzistorovému spínaču vytvorenému na dvoch tranzistoroch VT3, VT4. Táto komplikácia je spôsobená skutočnosťou, že niektoré mikrokontroléry, napríklad AT89C51, AT89C2051, sa počas resetovania zapínajú na niekoľko milisekúnd a na všetkých pinoch udržiavajú logickú úroveň 1.Ak je záťaž pripojená podľa schémy znázornenej na obrázku 1, záťaž sa spustí okamžite po zapnutí napájania, čo môže byť veľmi nežiaduce.

Za účelom zapnutia záťaže (v tomto prípade LED diódy optočlenových tyristorov V1, V2) by sa mala do základne tranzistora VT3 privádzať logická 0 cez odpor R12, ktorý otvorí VT3 a VT4. Ten rozsvieti opto-tyristorové LED, ktoré sa otvoria a zapnú záťaž siete. Optočlenové tyristory poskytujú galvanické oddelenie od siete samotného riadiaceho obvodu, čo zvyšuje elektrickú bezpečnosť a spoľahlivosť obvodu.

Pár slov o tyristoroch. Môžeme to povedať bez toho, aby sme sa zaoberali technickými podrobnosťami a charakteristikami prúdového napätia tyristor - Toto je jednoduchá dióda, majú dokonca podobné označenia. Ale tyristor má tiež kontrolnú elektródu. Ak sa na ňu aplikuje pozitívny impulz vzhľadom na katódu, aj keď je krátkodobý, tyristor sa otvorí.

V otvorenom stave tyristor zostane, kým ním preteká prúd v smere dopredu. Tento prúd musí byť aspoň nejaká hodnota nazývaná prídržný prúd. Inak sa tyristor jednoducho nezapne. Tyristor môžete vypnúť iba prerušením obvodu alebo použitím napätia opačnej polarity. Preto, aby sa vynechali obe polovičné vlny striedavého napätia, používa sa protiľahlé paralelné spojenie dvoch tyristorov (pozri obr. 5).

Aby nedošlo k takémuto zaradeniu, vydávajú sa triaky alebo u buržoáznych triakov. V nich sa už v jednom prípade vyrábajú dva tyristory, ktoré sú vzájomne spojené - paralelne. Kontrolná elektróda je bežná.

Obrázok 6 zobrazuje vzhľad a pinout tyristorov a obrázok 7 to isté pre triaky.

Obrázok 8 ukazuje schéma pripojenia triaka k mikrokontroléru (výstup mikroobvodu) pomocou špeciálneho optického žiariča MOC3041 s nízkym príkonom.

Tento ovládač vo vnútri obsahuje LED pripojenú na kolíky 1 a 2 (obrázok ukazuje pohľad na mikroobvod zhora) a samotný optotriak, ktorý, keď je osvetlený LED diódou, sa otvorí (kolíky 6 a 4) a prostredníctvom odporu R1 pripojí riadiacu elektródu k anóde. , vďaka ktorému sa otvára silný triak.

Rezistor R2 je skonštruovaný tak, aby sa triak neotvoril v neprítomnosti riadiaceho signálu v čase zapnutia a reťazec C1, R3 je určený na potlačenie interferencie v čase prepínania. Je pravda, že MOC3041 nevytvára žiadne zvláštne rušenie, pretože má obvod CROSS ZERO (prechod napätia cez 0) a zapnutie nastane v okamihu, keď sieťové napätie prešlo iba cez 0.

Všetky uvažované obvody sú galvanicky oddelené od siete, čo zaisťuje spoľahlivú prevádzku a elektrická bezpečnosť so značným spínaným výkonom.

Ak je výkon zanedbateľný a galvanické oddelenie regulátora od siete nie je potrebné, je možné tyristory pripojiť priamo k mikrokontroléru. Podobná schéma je znázornená na obrázku 9.

Toto je obvod Vyrobené vianočné venceSamozrejme v Číne. Tyristorové riadiace elektródy MCR 100-6 až rezistory pripojený priamo k mikrokontroléru (umiestnený na doske pod kvapkou čiernej zlúčeniny). Výkon riadiacich signálov je taký malý, že aktuálna spotreba všetkých štyroch súčasne, menšia ako 1 miliampéra. V tomto prípade je spätné napätie až 800 V a prúd až 0,8 A. Celkové rozmery sú rovnaké ako pre tranzistory KT209.

V jednom krátkom článku samozrejme nie je možné popísať všetky systémy naraz, zdá sa však, že sa im podarilo povedať základné princípy ich práce. Nie sú tu žiadne zvláštne ťažkosti, všetky schémy sa testujú v praxi a spravidla neprinášajú zármutok počas opráv alebo vlastnej výroby.

E-kniha -Príručka pre začiatočníkov k mikrokontrolérom AVR

boris Aladyshkin

Comments

[#1]

vďaka autorovi! Respect!

[#2]

Vitajte! Mám taký problém, rozhodol som sa skúsiť vyrobiť v aute zariadenie, ktoré nastaví požadovanú teplotu a bude ho podporovať samo. Použil som ovládač ATtiny2313, v skutočnosti je všetko pripravené (program je napísaný, indikácia je hotová, ...), ale urobil som to všetko doma a nejako vysielal činnosť motora kachle (ktorý by sa mal zapnúť, keď teplota klesne pod vopred stanovenú prahovú hodnotu) Vzal som jednoduchá LED. Potom to všetko pretiahol do garáže, aby skontroloval skutočné podmienky, ale motor sa nenaštartuje. pretože Som začiatočník, celkom nerozumiem prečo! Tranzistor získal KT818A. Mám predpoklad, že jednoducho nie je dostatok prúdu, ktorý je dodávaný do základne tranzistora na jeho otvorenie. Ak je to tak, musíte pridať menej výkonný tranzistor (mám BC-807-25)? Ale neviem, ako to všetko správne pripojiť, pretože Imax BC-807-25 Imax má kolektor 1,2 A a Imax KT818A má základňu 3 A. Takže musíte pridať obmedzovací odpor (ukáže sa, že je 10 Ohmov)?

[#3]

Skutočnosť, že KT818A má prúd Imax bázy 3A (podľa adresára), neznamená, že základný prúd bude rovnako ako v skutočnej kaskáde. Tento parameter naznačuje, že pri výpočte kaskády je potrebné prijať opatrenia, aby sa zabezpečilo, že základný prúd počas prevádzky nepresiahne tieto 3A. Na tento účel sa používajú rôzne opatrenia, vrátane odporu obmedzujúceho prúd. Ale ak ste to vyskúšali bez tohto odporu a tranzistor zostal neporušený, ale nedošlo k žiadnemu zapnutiu, to znamená, že kaskáda má nedostatočný zisk a je potrebné pridať predzosilňovač. Aby ste však tento problém vyriešili, musíte poznať nielen pasové údaje použitého tranzistora, ale aj parametre záťaže (v prípade motora - prevádzkový prúd, ako aj počiatočný prúd). Možno má zmysel dať reliéfu.