Kā savienot slodzi ar vadības bloku uz mikroshēmām

Raksts par dažādiem veidiem, kā savienot kravu ar mikrokontrolleru vadības bloku, izmantojot relejus un tiristorus.

Visas modernās iekārtas - gan rūpnieciskās, gan sadzīves - darbina ar elektrību. Tajā pašā laikā visu tās elektrisko ķēdi var sadalīt divās lielās daļās: vadības ierīcēs (kontrolieri no angļu valodas vārda CONTROL - vadīt) un izpildmehānismos.

Apmēram pirms divdesmit gadiem vadības bloki tika ieviesti mazas un vidējas pakāpes integrācijas mikroshēmās. Tās bija mikroshēmu sērijas K155, K561, K133, K176 un tamlīdzīgas. Viņus sauc loģiskās digitālās shēmas, jo tie veic loģiskas operācijas ar signāliem, un paši signāli ir digitāli (diskrēti).

Tāpat kā regulāri kontakti: “slēgts - atvērts”. Tikai šajā gadījumā šos stāvokļus attiecīgi sauc par “loģisko vienību” un “loģisko nulli”. Loģiskās vienības spriegums pie mikroshēmas izejas ir diapazonā no puses barošanas sprieguma līdz tā pilnīgai vērtībai, un loģiskās nulles spriegums šādām mikroshēmām parasti ir 0 ... 0,4 V.

Šādu vadības bloku darbības algoritms tika veikts atbilstošā mikroshēmu savienojuma dēļ, un to skaits bija diezgan liels.

Pašlaik visas vadības vienības ir izstrādātas, pamatojoties uz dažādu veidu mikrokontrolleri. Šajā gadījumā darbības algoritmu nosaka nevis atsevišķu elementu savienojums ar ķēdi, bet gan programma, kas “iesieta” mikrokontrollerī.

Šajā sakarā vairāku desmitu vai pat simtu mikroshēmu vietā vadības bloks satur mikrokontrolleru un vairākas mikroshēmas mijiedarbībai ar “ārpasauli”. Bet, neskatoties uz šādu uzlabojumu, mikrokontrolleru vadības bloka signāli joprojām ir tādi paši kā digitālie kā veco mikroshēmu signāli.

Ir skaidrs, ka ar šādu signālu jaudu nepietiek, lai ieslēgtu jaudīgu lampu, motoru un tikai releju. Šajā rakstā mēs apsvērsim kādā veidā jaudīgas kravas var savienot ar mikroshēmām.

Visvairāk vienkāršs veids ir ieslēgt kravu caur releju. 1. attēlā relejs tiek ieslēgts, izmantojot tranzistoru VT1, šim nolūkam caur rezistoru R1 no mikroshēmas uz tā pamatni tiek piegādāta loģiska vienība, tranzistors atveras un ieslēdz releju, kurš ar kontaktiem (nav parādīts) ieslēdz slodzi.

2. attēlā parādītā kaskāde darbojas savādāk: lai ieslēgtu releju, mikroshēmas izejā jāparādās loģiskai 0, kas aizver VT3 tranzistoru. Šajā gadījumā tranzistors VT4 atvērsies un ieslēgs releju. Izmantojot pogu SB3, releju var ieslēgt manuāli.

Abos attēlos var redzēt, ka paralēli releja tinumiem ir savienotas diodes un attiecībā pret barošanas spriegumu pretējā (nevadošā) virzienā. To mērķis ir apspiest pašindukcijas EML (tas var būt desmit vai vairāk reizes lielāks par barošanas spriegumu), kad relejs ir izslēgts, un aizsargāt ķēdes elementus.

Ja ķēdē nav viena, divu releju, bet daudz vairāk, tad, lai tos savienotu specializēta mikroshēma ULN2003Aļaujot savienot līdz septiņiem relejiem. Šāda komutācijas shēma ir parādīta 3. attēlā, un 4. attēlā - moderna maza izmēra releja izskats.

5. attēlā parādīts slodzes savienojuma shēma, izmantojot TO125-12.5-6 optoru tiristorus (tā vietā, neko nemainot ķēdē, varat pievienot releju). Šajā shēmā jums jāpievērš uzmanība tranzistora slēdzim, kas izgatavots uz diviem tranzistoriem VT3, VT4. Šo komplikāciju izraisa fakts, ka daži mikrokontrolleri, piemēram, AT89C51, AT89C2051, atiestatīšanas laikā ieslēdzas vairākas milisekundes un tur 1. loģikas līmeni uz visām tapām.Ja slodze ir savienota saskaņā ar shēmu, kas parādīta 1. attēlā, slodze tiks iedarbināta tūlīt pēc strāvas ieslēgšanas, kas var būt ļoti nevēlami.

Lai ieslēgtu slodzi (šajā gadījumā optoelementu tiristoru V1, V2 gaismas diodes), tranzistora VT3 pamatnei caur rezistoru R12, kas atvērs VT3 un VT4, jāpiegādā loģiska 0. Pēdējais iedegs opto-tiristora gaismas diodes, kas atver un ieslēdz tīkla slodzi. Optoelementu tiristori nodrošina galvanisku izolāciju no pašas vadības ķēdes tīkla, kas palielina ķēdes elektrisko drošību un uzticamību.

Daži vārdi par tiristoriem. Neiedziļinoties tehniskās detaļās un strāvas-sprieguma raksturlielumos, mēs to varam teikt tiristoru - Šī ir vienkārša diode, viņiem pat ir līdzīgi apzīmējumi. Bet tiristoram ir arī vadības elektrods. Ja tam tiek pielietots pozitīvs impulss, pat īstermiņa, pret katodu, tiristors atvērsies.

Atvērtā stāvoklī tiristors paliks, kamēr caur to plūst strāva priekšējā virzienā. Šai strāvai jābūt vismaz kādai vērtībai, ko sauc par turēšanas strāvu. Pretējā gadījumā tiristors vienkārši neieslēdzas. Tiristoru var izslēgt, tikai pārtraucot ķēdi vai pieliekot apgrieztas polaritātes spriegumu. Tāpēc, lai izlaistu abus maiņstrāvas pusviļņus, tiek izmantots divu tiristoru pretparalēlais savienojums (sk. 5. att.).

Lai neveicinātu šādu iekļaušanu, tiek izdoti triacs vai buržuāziskos triakos. Tajos jau vienā gadījumā tiek izgatavoti divi tiristori, savienoti pretēji - paralēli. Vadības elektrods ir izplatīts.

6. attēlā parādīts tiristoru izskats un izvietojums, bet 7. attēlā - triakiem.

8. attēlā parādīts shēma triac pievienošanai mikrokontrolleram (mikroshēmas izeja) izmantojot īpašu mazjaudas optotriac tipu MOC3041.

Šis draiveris iekšpusē satur gaismas diodi, kas savienota ar 1. un 2. tapu (attēlā ir redzams mikroshēmas skats no augšas), un pašu optotriac, kas, apgaismojot ar LED, atveras (6. un 4. tapa) un caur rezistoru R1 savieno vadības elektrodu ar anodu. , kuru dēļ atveras jaudīga triaka.

Rezistors R2 ir konstruēts tā, ka triaka neatveras, ja ieslēgšanas laikā nepastāv vadības signāls, un ķēde C1, R3 ir paredzēta, lai nomāktu traucējumus pārslēgšanas laikā. Tiesa, MOC3041 nerada īpašus traucējumus, jo tam ir CROSS ZERO ķēde (sprieguma pāreja caur 0), un ieslēgšana notiek brīdī, kad tīkla spriegums iziet tikai caur 0.

Visas aplūkotās shēmas ir galvaniski izolētas no tīkla, kas nodrošina drošu darbību un elektriskā drošība ar ievērojamu ieslēgtu jaudu.

Ja jauda ir niecīga un regulatora galvaniskā izolācija no tīkla nav nepieciešama, tad tiristorus ir iespējams savienot tieši ar mikrokontrolleri. Līdzīga shēma parādīta 9. attēlā.

Šī ir ķēde Izgatavota Ziemassvētku vītneProtams, Ķīnā. Tiristoru vadības elektrodi MCR 100-6 cauri rezistori savienots tieši ar mikrokontrolleri (atrodas uz tāfeles zem piliena melna savienojuma). Vadības signālu jauda ir tik maza, ka strāvas patēriņš visiem četriem vienlaikus ir mazāks par 1 miliampēru. Šajā gadījumā reversais spriegums ir līdz 800V, un strāva ir līdz 0,8A. Kopējie izmēri ir tādi paši kā KT209 tranzistoriem.

Protams, vienā īsā rakstā nav iespējams aprakstīt visas shēmas vienlaikus, taču šķiet, ka viņiem izdevās pateikt sava darba pamatprincipus. Šeit nav īpašu grūtību, visas shēmas tiek pārbaudītas praksē un, kā likums, remonta vai pašražošanas laikā nesniedz skumjas.

E-grāmata -Iesācēja rokasgrāmata AVR mikrokontrolleriem

Boriss Aladyshkin