Πώς να συνδέσετε το φορτίο στη μονάδα ελέγχου σε μικροκυκλώματα

Ένα άρθρο σχετικά με διάφορους τρόπους σύνδεσης ενός φορτίου σε μια μονάδα ελέγχου μικροελεγκτή χρησιμοποιώντας ρελέ και θυρίστορ.

Όλος ο σύγχρονος εξοπλισμός, τόσο βιομηχανικός όσο και οικιακός, τροφοδοτείται με ηλεκτρική ενέργεια. Ταυτόχρονα, ολόκληρο το ηλεκτρικό του κύκλωμα μπορεί να χωριστεί σε δύο μεγάλα μέρη: συσκευές ελέγχου (ελεγκτές από την αγγλική λέξη CONTROL - για έλεγχο) και ενεργοποιητές.

Περίπου είκοσι χρόνια πριν, οι μονάδες ελέγχου εφαρμόστηκαν σε μικροκυκλώματα μικρού και μεσαίου βαθμού ολοκλήρωσης. Αυτές ήταν η σειρά των μάρκες Κ155, Κ561, Κ133, Κ176 και τα παρόμοια. Καλούνται λογικά ψηφιακά κυκλώματα, δεδομένου ότι εκτελούν λογικές πράξεις στα σήματα και τα ίδια τα σήματα είναι ψηφιακά (διακριτά).

Ακριβώς όπως οι κανονικές επαφές: "κλειστά - ανοικτά". Μόνο στην περίπτωση αυτή οι καταστάσεις αυτές ονομάζονται, αντίστοιχα, "λογική μονάδα" και "λογικό μηδέν". Η τάση της λογικής μονάδας στην έξοδο του μικροκυκλώματος κυμαίνεται από το μισό της τάσης τροφοδοσίας μέχρι την πλήρη τιμή της και η τάση του λογικού μηδενός για τέτοια μικροκυκλώματα είναι συνήθως 0 ... 0.4V.

Ο αλγόριθμος λειτουργίας τέτοιων μονάδων ελέγχου πραγματοποιήθηκε λόγω της αντίστοιχης σύνδεσης των μικροκυκλωμάτων και ο αριθμός τους ήταν αρκετά μεγάλος.

Επί του παρόντος, όλες οι μονάδες ελέγχου αναπτύσσονται με βάση μικροελεγκτές διαφόρων τύπων. Σε αυτή την περίπτωση, ο αλγόριθμος λειτουργίας δεν καθορίζεται από μια σύνδεση κυκλώματος μεμονωμένων στοιχείων, αλλά από ένα πρόγραμμα "ραμμένο" στον μικροελεγκτή.

Από αυτή την άποψη, αντί για αρκετές δεκάδες ή και εκατοντάδες μικροκυκλώματα, η μονάδα ελέγχου περιέχει έναν μικροελεγκτή και έναν αριθμό μικροκυκλωμάτων για αλληλεπίδραση με τον "εξωτερικό κόσμο". Όμως, παρά τη βελτίωση αυτή, τα σήματα της μονάδας ελέγχου μικροελεγκτή εξακολουθούν να είναι τα ίδια ψηφιακά με αυτά των παλιών μικροκυκλωμάτων.

Είναι σαφές ότι η ισχύς τέτοιων σημάτων δεν αρκεί για να ενεργοποιήσετε έναν ισχυρό λαμπτήρα, τον κινητήρα και απλά ένα ρελέ. Σε αυτό το άρθρο θα εξετάσουμε με ποιον τρόπο μπορείτε να συνδέσετε ισχυρά φορτία στα μικροτσίπ.

Το περισσότερο απλοί τρόποι είναι να ενεργοποιήσετε το φορτίο μέσω του ρελέ. Στο Σχήμα 1, ο ηλεκτρονόμος τίθεται σε λειτουργία χρησιμοποιώντας το τρανζίστορ VT1, για το σκοπό αυτό, μια λογική μονάδα τροφοδοτείται στη βάση του μέσω της αντίστασης R1 από το μικροκύκλωμα, το τρανζίστορ ανοίγει και ενεργοποιεί το ρελέ, το οποίο, με τις επαφές του (δεν φαίνονται)

Ο καταρράκτης που φαίνεται στο σχήμα 2 λειτουργεί διαφορετικά: για να ενεργοποιηθεί ο ηλεκτρονόμος, πρέπει να εμφανιστεί μια λογική 0 στην έξοδο του μικροκυκλώματος, η οποία θα κλείσει το τρανζίστορ VT3. Σε αυτή την περίπτωση, το τρανζίστορ VT4 θα ανοίξει και θα ενεργοποιήσει το ρελέ. Χρησιμοποιώντας το κουμπί SB3 μπορείτε να ενεργοποιήσετε το ρελέ χειροκίνητα.

Και στα δύο σχήματα, μπορείτε να δείτε ότι παράλληλα με τις περιελίξεις του ρελέ, συνδέονται οι δίοδοι και σε σχέση με την τάση τροφοδοσίας στην αντίθετη (μη αγώγιμη) κατεύθυνση. Σκοπός τους είναι να καταστείλουν το EMF αυτοεπικοινωνίας (μπορεί να είναι δέκα ή περισσότερες φορές η τάση τροφοδοσίας) όταν ο ηλεκτρονόμος είναι απενεργοποιημένος και προστατεύουν τα στοιχεία του κυκλώματος.

Εάν στο κύκλωμα δεν υπάρχει κανένας, δύο ρελέ, αλλά πολύ περισσότερα, στη συνέχεια να τα συνδέσετε εξειδικευμένο τσιπ ULN2003Aεπιτρέποντας τη σύνδεση έως και επτά ρελέ. Ένα τέτοιο κύκλωμα μεταγωγής παρουσιάζεται στο σχήμα 3, και στο σχήμα 4 η εμφάνιση ενός σύγχρονου μικρού μεγέθους ρελέ.

Το σχήμα 5 δείχνει διάγραμμα σύνδεσης φορτίου χρησιμοποιώντας θύρες TO125-12.5-6 optocoupler (αντί του οποίου χωρίς να αλλάξετε τίποτα στο κύκλωμα, μπορείτε να συνδέσετε ένα ρελέ). Σε αυτό το κύκλωμα, θα πρέπει να δώσετε προσοχή στον διακόπτη τρανζίστορ που γίνεται σε δύο τρανζίστορ VT3, VT4. Αυτή η επιπλοκή οφείλεται στο γεγονός ότι ορισμένοι μικροελεγκτές, για παράδειγμα, AT89C51, AT89C2051, κατά τη διάρκεια της επαναφοράς, ανάβουν για αρκετά χιλιοστά του δευτερολέπτου και διατηρούν το λογικό επίπεδο 1 σε όλες τις ακίδες.Αν το φορτίο είναι συνδεδεμένο σύμφωνα με το σχήμα που φαίνεται στο σχήμα 1, τότε το φορτίο θα ενεργοποιηθεί αμέσως μόλις ενεργοποιηθεί η τροφοδοσία, κάτι που μπορεί να είναι πολύ ανεπιθύμητο.

Προκειμένου να ενεργοποιηθεί το φορτίο (στην περίπτωση αυτή τα LED των οπτικών συζευκτών V1, V2), θα πρέπει να παρέχεται λογική 0 στη βάση του τρανζίστορ VT3 μέσω της αντίστασης R12, η ​​οποία θα ανοίξει τα VT3 και VT4. Το τελευταίο θα ανάβει τα LED opto-thyristor που ανοίγουν και ενεργοποιούν το φορτίο δικτύου. Τα θυρίστορ οπτικού σπειρώματος παρέχουν γαλβανική απομόνωση από το ίδιο το κύκλωμα ελέγχου, γεγονός που αυξάνει την ηλεκτρική ασφάλεια και αξιοπιστία του κυκλώματος.

Λίγα λόγια για τα θυρίστορ. Χωρίς να καταλήξουμε σε τεχνικές λεπτομέρειες και χαρακτηριστικά τάσης ρεύματος, μπορούμε να το πούμε θυρίστορ - Αυτή είναι μια απλή δίοδος, έχουν ακόμη και παρόμοιες ονομασίες. Όμως, ο θυροστάτης έχει επίσης ένα ηλεκτρόδιο ελέγχου. Αν εφαρμοστεί θετικό παλμό σε σχέση με την κάθοδο, ακόμη και βραχυπρόθεσμα, τότε θα ανοίξει ο θυροστάτης.

Στην ανοιχτή κατάσταση, ο θυροστάτης θα παραμείνει μέχρι να ρέει ρεύμα μέσα από αυτό προς την εμπρόσθια κατεύθυνση. Αυτό το ρεύμα πρέπει να είναι τουλάχιστον κάποια τιμή που ονομάζεται ρεύμα συγκράτησης. Διαφορετικά, ο θυροστάτης απλά δεν θα ανάψει. Μπορείτε να απενεργοποιήσετε το θυρίστορ μόνο με το σπάσιμο του κυκλώματος ή με την εφαρμογή τάσης αντίστροφης πολικότητας. Συνεπώς, για να χάσει και τα δύο ημι-κύματα εναλλασσόμενης τάσης, χρησιμοποιείται παράλληλη σύνδεση δύο θυρίστορ (βλ. Σχήμα 5).

Προκειμένου να μην γίνει αυτή η συμπερίληψη εκδίδονται triacs ή στα αστικά τριακ. Σε αυτά ήδη σε μία περίπτωση κατασκευάζονται δύο θυρίστορ, που συνδέονται στην αντίθετη κατεύθυνση - παράλληλα. Το ηλεκτρόδιο ελέγχου είναι κοινό.

Το Σχήμα 6 δείχνει την εμφάνιση και την αποκοπή των θυρίστορ και το Σχήμα 7 δείχνει το ίδιο για τα τριακ.

Το σχήμα 8 δείχνει Σχέδιο για τη σύνδεση ενός τριακ σε έναν μικροελεγκτή (έξοδος μικροκυκλώματος) με χρήση ειδικού τύπου optotriac MOC3041 χαμηλής ισχύος.

Αυτός ο οδηγός στο εσωτερικό του περιέχει ένα LED που συνδέεται με τους ακροδέκτες 1 και 2 (το σχήμα δείχνει την όψη του μικροκυκλώματος από πάνω) και το ίδιο το optotriac, το οποίο, όταν φωτίζεται από μια λυχνία LED, ανοίγει (ακίδες 6 και 4) και μέσω της αντίστασης R1 συνδέει το ηλεκτρόδιο ελέγχου με την άνοδο , λόγω του οποίου ανοίγει ένα ισχυρό τριακ.

Ο αντιστάτης R2 έχει σχεδιαστεί έτσι ώστε το triac να μην ανοίγει απουσία σήματος ελέγχου κατά την ενεργοποίηση και η αλυσίδα C1, R3 έχει σχεδιαστεί για να καταστέλλει την παρεμβολή κατά τη στιγμή της μεταγωγής. Είναι αλήθεια ότι το MOC3041 δεν δημιουργεί καμία ειδική παρεμβολή, καθώς έχει ένα κύκλωμα CROSS ZERO (μετάβαση τάσης μέσω 0) και η ενεργοποίηση πραγματοποιείται τη στιγμή που μόνο η τάση δικτύου περάσει από 0.

Όλα τα εξεταζόμενα κυκλώματα είναι γαλβανικά απομονωμένα από το δίκτυο, πράγμα που εξασφαλίζει αξιόπιστη λειτουργία και ηλεκτρική ασφάλεια με σημαντική ισχύ μεταγωγής.

Εάν η ισχύς είναι αμελητέα και δεν απαιτείται γαλβανική απομόνωση του ελεγκτή από το δίκτυο, τότε είναι δυνατή η σύνδεση των θυρίστορ απευθείας στον μικροελεγκτή. Ένα παρόμοιο σχήμα παρουσιάζεται στο Σχήμα 9.

Αυτό είναι ένα κύκλωμα Χριστούγεννα γιρλάντα παράγεταιΦυσικά στην Κίνα. Ηλεκτρόδια ελέγχου θυροστοιχείων MCR 100-6 μέσω αντιστάσεις συνδεδεμένο απευθείας με τον μικροελεγκτή (που βρίσκεται στη σανίδα κάτω από μια σταγόνα μαύρης ένωσης). Η ισχύς των σημάτων ελέγχου είναι τόσο μικρή που η τρέχουσα κατανάλωση και για τις τέσσερις ταυτόχρονα, λιγότερο από 1 milliampere. Σε αυτή την περίπτωση, η αντίστροφη τάση είναι μέχρι 800V και το ρεύμα είναι μέχρι 0.8A. Οι συνολικές διαστάσεις είναι ίδιες με αυτές των τρανζίστορ KT209.

Φυσικά, σε ένα σύντομο άρθρο είναι αδύνατο να περιγράψουμε όλα τα συστήματα ταυτόχρονα, αλλά φαινόταν ότι κατάφεραν να πούμε τις βασικές αρχές της δουλειάς τους. Δεν υπάρχουν ιδιαίτερες δυσκολίες εδώ, τα συστήματα ελέγχονται όλα στην πράξη και, κατά κανόνα, δεν προκαλούν θλίψη κατά τη διάρκεια επισκευών ή αυτοπαραγωγής.

Ηλεκτρονικό βιβλίο -Οδηγός αρχαρίων για τους μικροελεγκτές AVR

Μπόρις Aladyshkin