So schließen Sie die Last an Mikroschaltungen an die Steuereinheit an

Ein Artikel über verschiedene Möglichkeiten, eine Last mithilfe von Relais und Thyristoren an eine Mikrocontroller-Steuereinheit anzuschließen.

Alle modernen Geräte, sowohl für Industrie- als auch für Haushaltszwecke, werden mit Strom betrieben. Gleichzeitig kann der gesamte Stromkreis in zwei große Teile unterteilt werden: Steuergeräte (Steuerungen vom englischen Wort CONTROL - zu steuern) und Aktuatoren.

Vor etwa zwanzig Jahren wurden Steuereinheiten auf Mikroschaltungen mit kleinem und mittlerem Integrationsgrad implementiert. Dies waren die Chipserien K155, K561, K133, K176 und dergleichen. Sie werden gerufen logische digitale Schaltungen, da sie logische Operationen an Signalen ausführen und die Signale selbst digital (diskret) sind.

Genau wie bei regulären Kontakten: „geschlossen - offen“. Nur in diesem Fall werden diese Zustände als "logische Einheit" bzw. "logische Null" bezeichnet. Die Spannung der Logikeinheit am Ausgang der Mikroschaltung liegt im Bereich von der Hälfte der Versorgungsspannung bis zu ihrem vollen Wert, und die Spannung der logischen Null für solche Mikroschaltungen beträgt üblicherweise 0 ... 0,4 V.

Der Betriebsalgorithmus solcher Steuereinheiten wurde aufgrund der entsprechenden Verbindung von Mikroschaltungen implementiert, und ihre Anzahl war ziemlich groß.

Derzeit werden alle Steuergeräte basierend auf entwickelt Mikrocontroller verschiedener Typen. In diesem Fall wird der Betriebsalgorithmus nicht durch eine Schaltungsverbindung einzelner Elemente festgelegt, sondern durch ein Programm, das im Mikrocontroller "zusammengefügt" ist.

In dieser Hinsicht enthält die Steuereinheit anstelle von mehreren zehn oder sogar Hunderten von Mikroschaltungen einen Mikrocontroller und eine Anzahl von Mikroschaltungen zur Interaktion mit der "Außenwelt". Trotz einer solchen Verbesserung sind die Signale der Mikrocontroller-Steuereinheit immer noch dieselben digital wie die der alten Mikroschaltungen.

Es ist klar, dass die Leistung solcher Signale nicht ausreicht, um eine leistungsstarke Lampe, einen Motor und nur ein Relais einzuschalten. In diesem Artikel werden wir betrachten Auf welche Weise können leistungsstarke Lasten an Mikroschaltungen angeschlossen werden?.

Am meisten Einfache Möglichkeiten sind das Einschalten der Last über das Relais. In Fig. 1 wird das Relais unter Verwendung des Transistors VT1 eingeschaltet. Zu diesem Zweck wird eine logische Einheit über den Widerstand R1 von der Mikroschaltung an seine Basis geliefert, der Transistor öffnet und schaltet das Relais ein, das mit seinen Kontakten (nicht gezeigt) die Last einschaltet.

Die in Abbildung 2 gezeigte Kaskade funktioniert anders: Um das Relais einzuschalten, muss am Ausgang der Mikroschaltung eine logische 0 erscheinen, die den VT3-Transistor schließt. In diesem Fall öffnet der Transistor VT4 und schaltet das Relais ein. Mit der Taste SB3 können Sie das Relais manuell einschalten.

In beiden Abbildungen sehen Sie, dass parallel zu den Relaiswicklungen Dioden angeschlossen sind und sich in Bezug auf die Versorgungsspannung in der entgegengesetzten (nicht leitenden) Richtung befinden. Ihr Zweck ist es, die selbstinduktive EMK (sie kann das Zehnfache oder mehr der Versorgungsspannung betragen) zu unterdrücken, wenn das Relais ausgeschaltet ist, und die Schaltungselemente zu schützen.

Wenn es in der Schaltung nicht ein, zwei Relais gibt, sondern viel mehr, dann um sie anzuschließen Spezialchip ULN2003AErmöglicht den Anschluss von bis zu sieben Relais. Eine solche Schaltschaltung ist in Abbildung 3 und in Abbildung 4 das Erscheinungsbild eines modernen kleinen Relais dargestellt.

Abbildung 5 zeigt Lastanschlussdiagramm mit Optokoppler-Thyristoren TO125-12.5-6 (Stattdessen können Sie ein Relais anschließen, ohne etwas an der Schaltung zu ändern.) In diesem Diagramm sollten Sie auf den Transistorschalter achten, der an zwei Transistoren VT3, VT4 angebracht ist. Diese Komplikation wird durch die Tatsache verursacht, dass einige Mikrocontroller, z. B. AT89C51, AT89C2051, während des Zurücksetzens mehrere Millisekunden lang eingeschaltet werden und die logische 1 an allen Pins gedrückt halten.Wenn die Last gemäß dem in Abbildung 1 gezeigten Schema angeschlossen wird, wird die Last sofort ausgelöst, wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, was sehr unerwünscht sein kann.

Um die Last einzuschalten (in diesem Fall die LEDs der Optokoppler-Thyristoren V1, V2), sollte der Basis des Transistors VT3 über den Widerstand R12 eine logische 0 zugeführt werden, wodurch VT3 und VT4 geöffnet werden. Letzteres leuchtet die Opto-Thyristor-LEDs auf, die die Netzwerklast öffnen und einschalten. Optokoppler-Thyristoren bieten eine galvanische Trennung vom Netzwerk des Steuerkreises selbst, was die elektrische Sicherheit und Zuverlässigkeit des Schaltkreises erhöht.

Ein paar Worte zu Thyristoren. Ohne auf technische Details und Strom-Spannungs-Eigenschaften einzugehen, können wir das sagen Thyristor - Dies ist eine einfache Diode, sie haben sogar ähnliche Bezeichnungen. Der Thyristor hat aber auch eine Steuerelektrode. Wenn ein positiver Impuls in Bezug auf die Kathode auch kurzfristig an sie angelegt wird, öffnet sich der Thyristor.

Im geöffneten Zustand bleibt der Thyristor so lange bestehen, bis ein Strom in Vorwärtsrichtung durch ihn fließt. Dieser Strom muss mindestens einen Wert haben, der als Haltestrom bezeichnet wird. Andernfalls lässt sich der Thyristor einfach nicht einschalten. Sie können den Thyristor nur ausschalten, indem Sie den Stromkreis unterbrechen oder eine Spannung mit umgekehrter Polarität anlegen. Um beide Halbwellen der Wechselspannung zu übersehen, wird daher eine gegenparallele Verbindung zweier Thyristoren verwendet (siehe Fig. 5).

Um eine solche Aufnahme nicht zu machen, werden ausgegeben Triacs oder in bürgerlichen Triacs. In ihnen sind bereits in einem Fall zwei Thyristoren hergestellt, die gegensätzlich verbunden sind - parallel. Die Steuerelektrode ist üblich.

Fig. 6 zeigt das Aussehen und die Pinbelegung der Thyristoren, und Fig. 7 zeigt dasselbe für Triacs.

Abbildung 8 zeigt Schema zum Anschließen eines Triac an einen Mikrocontroller (Mikroschaltungsausgang) unter Verwendung eines speziellen Low-Power-Optotriac Typ MOC3041.

Dieser Treiber im Inneren enthält eine LED, die mit den Pins 1 und 2 verbunden ist (die Abbildung zeigt eine Ansicht der Mikroschaltung von oben), und den Optotriac selbst, der sich bei Beleuchtung durch eine LED öffnet (Pins 6 und 4) und über den Widerstand R1 die Steuerelektrode mit der Anode verbindet , wodurch sich ein mächtiger Triac öffnet.

Der Widerstand R2 ist so ausgelegt, dass der Triac zum Zeitpunkt des Einschaltens ohne Steuersignal nicht öffnet, und die Kette C1, R3 ist so ausgelegt, dass Interferenzen zum Zeitpunkt des Schaltens unterdrückt werden. Der MOC3041 erzeugt zwar keine besonderen Störungen, da er über eine CROSS ZERO-Schaltung (Spannungsübergang durch 0) verfügt und das Einschalten in dem Moment erfolgt, in dem die Netzspannung nur durch 0 fließt.

Alle betrachteten Stromkreise sind galvanisch vom Netz getrennt, was einen zuverlässigen Betrieb gewährleistet elektrische Sicherheit mit erheblicher Schaltleistung.

Wenn die Leistung vernachlässigbar ist und keine galvanische Trennung des Controllers vom Netzwerk erforderlich ist, können die Thyristoren direkt an den Mikrocontroller angeschlossen werden. Ein ähnliches Schema ist in Abbildung 9 dargestellt.

Dies ist eine Schaltung Weihnachtsgirlande produziertNatürlich in China. Thyristorsteuerelektroden MCR 100-6 durch Widerstände direkt an den Mikrocontroller angeschlossen (befindet sich auf der Platine unter einem Tropfen schwarzer Verbindung). Die Leistung der Steuersignale ist so gering, dass der Stromverbrauch für alle vier gleichzeitig weniger als 1 Milliampere beträgt. In diesem Fall beträgt die Sperrspannung bis zu 800 V und der Strom bis zu 0,8 A. Die Gesamtabmessungen sind die gleichen wie bei KT209-Transistoren.

Natürlich ist es in einem kurzen Artikel unmöglich, alle Schemata gleichzeitig zu beschreiben, aber anscheinend haben sie es geschafft, die Grundprinzipien ihrer Arbeit zu erläutern. Hier gibt es keine besonderen Schwierigkeiten, die Schemata werden alle in der Praxis getestet und bringen in der Regel keinen Kummer während der Reparatur oder Eigenproduktion.

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Boris Aladyshkin