Как да свържете товара към контролния блок върху микросхемите

Статия за различни начини за свързване на товар към контролния блок на микроконтролера с помощта на релета и тиристори.

Цялото модерно оборудване, както промишлено, така и битово, се захранва от електричество. В същото време цялата му електрическа верига може да бъде разделена на две големи части: контролни устройства (контролери от английската дума CONTROL - за управление) и задействащи устройства.

Преди около двадесет години контролните единици бяха внедрени върху микросхеми с малка и средна степен на интеграция. Това бяха сериите чипове K155, K561, K133, K176 и други подобни. Те са призовани логически цифрови схеми, тъй като те извършват логически операции върху сигнали, а самите сигнали са цифрови (дискретни).

Точно като редовни контакти: „затворен - отворен“. Само в този случай тези състояния се наричат ​​съответно "логическа единица" и "логическа нула". Напрежението на логическия блок на изхода на микросхемата е в диапазона от половината на захранващото напрежение до пълната му стойност, а напрежението на логическата нула за такива микросхеми обикновено е 0 ... 0,4 V.

Алгоритъмът на работа на такива блокове за управление се осъществи поради съответната връзка на микросхемите и техният брой беше доста голям.

В момента всички блокове за управление са разработени въз основа на микроконтролери от различни видове, В този случай алгоритъмът за работа се определя не от верижна връзка на отделни елементи, а от програма, „зашита“ в микроконтролера.

В тази връзка, вместо няколко десетки, или дори стотици микросхеми, управляващото устройство съдържа микроконтролер и редица микросхеми за взаимодействие с „външния свят“. Но въпреки подобно подобрение, сигналите на контролния блок на микроконтролера все още са същите цифрови като тези на старите микросхеми.

Ясно е, че силата на такива сигнали не е достатъчна, за да включи мощна лампа, двигател и просто реле. В тази статия ще разгледаме по какъв начин могат да се свържат мощни товари към микросхеми.

Най-много прости начини е да включите товара чрез релето, На фигура 1 релето се включва с помощта на транзистора VT1, като за целта се подава логическа единица към основата му през резистора R1 от микросхемата, транзисторът се отваря и включва релето, което със своите контакти (не е показано) се включва на товара.

Каскадата, показана на фигура 2, работи по различен начин: за да се включи релето, на изхода на микросхемата трябва да се появи логика 0, която ще затвори VT3 транзистора. В този случай транзисторът VT4 ще се отвори и ще включи релето. Използвайки бутона SB3, можете да включите релето ръчно.

И на двете фигури можете да видите, че успоредно на намотките на релето са свързани диоди и по отношение на захранващото напрежение в обратна (непроводяща) посока. Тяхната цел е да потиснат ЕМП на самоиндукция (може да бъде десет и повече пъти по-голямо от захранващото напрежение), когато релето е изключено и да защитят елементите на веригата.

Ако във веригата няма не едно, две релета, но много повече, тогава да ги свържете специализиран чип ULN2003Aпозволявайки свързване на до седем релета. Такава комутационна верига е показана на фигура 3, а на фигура 4 - появата на модерно реле с малък размер.

Фигура 5 показва диаграма на натоварване на връзката с използване на оптични двойни тиристори TO125-12.5-6 (вместо което без да променяте нищо във веригата, можете да свържете реле). В тази диаграма трябва да обърнете внимание на транзисторния превключвател, направен на два транзистора VT3, VT4. Това усложнение се причинява от факта, че някои микроконтролери, например AT89C51, AT89C2051, по време на нулиране се включват за няколко милисекунди и задържат логика 1 на всички пинове.Ако натоварването е свързано по схемата, показана на фигура 1, тогава товарът ще се задейства веднага, когато захранването е включено, което може да бъде много нежелателно.

За да се включи натоварването (в този случай светодиодите на оптрона тиристори V1, V2), към основата на транзистора VT3 трябва да се подаде логичен 0 през резистора R12, който ще отвори VT3 и VT4. Последният ще запали оптико-тиристорните светодиоди, които се отварят и включват мрежовото натоварване. Тиристорите с оптрони осигуряват галванична изолация от мрежата на самата управляваща верига, което повишава електрическата безопасност и надеждността на веригата.

Няколко думи за тиристори. Без да навлизаме в технически детайли и характеристики на токово напрежение, можем да кажем това тиристорни - Това е обикновен диод, те дори имат подобни обозначения. Но тиристорът има и контролен електрод. Ако към него се приложи положителен импулс по отношение на катода, дори и краткосрочен, тогава тиристорът ще се отвори.

В отворено състояние тиристорът ще остане, докато през него не потече ток в посока напред. Този ток трябва да е поне някаква стойност, наречена задържащ ток. В противен случай тиристорът просто няма да се включи. Можете да изключите тиристора само чрез прекъсване на веригата или чрез прилагане на напрежение с обратна полярност. Следователно, за да се пропуснат двете полувълни с променливо напрежение, се използва контра-паралелно свързване на два тиристора (виж фиг. 5).

За да не се прави такова включване се издават триаци или в буржоазни триаци. В тях вече в един случай са направени два тиристора, свързани една в друга - успоредно. Контролният електрод е често срещан.

Фигура 6 показва външния вид и щифта на тиристорите, а фигура 7 показва същото за триаците.

Фигура 8 показва схема за свързване на триак към микроконтролер (изход на микросхемата) използвайки специален оптотриак тип MOC3041 с ниска мощност.

Този драйвер вътре съдържа светодиод, свързан към щифтове 1 и 2 (фигурата показва изглед на микросхемата отгоре) и самия оптотриак, който при осветяване от светодиод се отваря (щифтове 6 и 4) и чрез резистор R1 свързва контролния електрод към анода , поради което се отваря мощен триак.

Резистор R2 е проектиран така, че триакът да не се отваря при липса на контролен сигнал по време на включване на захранването, а веригата C1, R3 е проектирана да потиска смущения по време на превключване. Вярно е, че MOC3041 не създава никакви специални смущения, тъй като има CROSS ZERO верига (преход на напрежение през 0), а включването става в момента, когато мрежовото напрежение премина само през 0.

Всички разглеждани вериги са галванично изолирани от мрежата, което гарантира надеждна работа и електрическа безопасност със значителна комутирана мощност.

Ако мощността е незначителна и галваничната изолация на контролера от мрежата не се изисква, тогава е възможно тиристорите да се свържат директно към микроконтролера. Подобна схема е показана на фигура 9.

Това е схема Произведени коледни гирляндиРазбира се в Китай. Тиристорни контролни електроди MCR 100-6 до резистори свързан директно към микроконтролера (разположен на платката под капка черно съединение). Мощността на управляващите сигнали е толкова малка, че консумацията на ток за всички четири едновременно, по-малка от 1 милиампер. В този случай обратното напрежение е до 800V, а токът е до 0.8A. Габаритните размери са същите като при транзисторите KT209.

Разбира се, в една кратка статия е невъзможно да се опишат всички схеми наведнъж, но изглежда, че те успяха да кажат основните принципи на своята работа. Тук няма специални затруднения, всички схеми са тествани на практика и като правило не носят скръб по време на ремонти или самостоятелно направени такива.

Електронна книга -Ръководство за начинаещи за AVR микроконтролери

Борис Aladyshkin