Cum conectați sarcina la unitatea de control pe microcircuite

Un articol despre diverse modalități de conectare a unei încărcări la unitatea de control a microcontrolerului folosind relee și tiristoare.

Toate echipamentele moderne, atât industriale cât și interne, sunt alimentate cu energie electrică. În același timp, întregul său circuit electric poate fi împărțit în două părți mari: dispozitive de control (controlere din cuvântul englez CONTROL - to control) și actuatoare.

În urmă cu aproximativ douăzeci de ani, unitățile de control au fost implementate pe microcircuite de grad mic și mediu de integrare. Acestea au fost seria de jetoane K155, K561, K133, K176 și altele asemenea. Se numesc circuite digitale logice, deoarece efectuează operații logice pe semnale, iar semnalele în sine sunt digitale (discrete).

La fel ca și contactele obișnuite: „închis - deschis”. Numai în acest caz, aceste stări sunt denumite, respectiv, „unitate logică” și „zero logic”. Tensiunea unității logice la ieșirea microcircuitului este cuprinsă în intervalul de la jumătate din tensiunea de alimentare până la valoarea sa totală, iar tensiunea zeroului logic pentru astfel de microcircuite este de obicei 0 ... 0,4V.

Algoritmul de funcționare al acestor unități de control a fost realizat datorită conexiunii corespunzătoare de microcircuite, iar numărul acestora a fost destul de mare.

În prezent, toate unitățile de control sunt dezvoltate pe baza microcontrolere de diferite tipuri. În acest caz, algoritmul de operare este stabilit nu printr-o conexiune de circuit a elementelor individuale, ci printr-un program „cusut” în microcontroler.

În acest sens, în loc de câteva zeci sau chiar sute de microcircuite, unitatea de control conține un microcontroler și o serie de microcircuite pentru interacțiunea cu „lumea exterioară”. Dar, în ciuda unei astfel de îmbunătățiri, semnalele unității de control a microcontrolerului sunt în continuare aceleași digitale ca cele ale microcircuitelor vechi.

Este clar că puterea unor astfel de semnale nu este suficientă pentru a porni o lampă puternică, un motor și doar un releu. În acest articol vom lua în considerare în ce moduri pot fi conectate sarcini puternice la microcircuite.

Cel mai mult modalități simple este de a porni sarcina prin releu. În figura 1, releul este pornit folosind tranzistorul VT1, în acest scop, o unitate logică este furnizată la baza sa prin intermediul rezistorului R1 de la microcircuit, tranzistorul se deschide și pornește releul, care, cu contactele sale (nu sunt arătate), pornește sarcina.

Cascada prezentată în figura 2 funcționează diferit: pentru a porni releul, la ieșirea microcircuitului trebuie să apară o logică 0, care va închide tranzistorul VT3. În acest caz, tranzistorul VT4 se va deschide și va porni releul. Cu ajutorul butonului SB3 puteți porni releul manual.

În ambele figuri, puteți vedea că paralel cu înfășurările releului, diodele sunt conectate și cu privire la tensiunea de alimentare în direcția opusă (care nu conduce). Scopul lor este de a suprima EMF de auto-inducție (poate fi de zece ori mai mult de tensiunea de alimentare) atunci când releul este oprit și să protejeze elementele circuitului.

Dacă în circuit nu există unul, două relee, dar mult mai multe, atunci pentru a le conecta cip specializat ULN2003Apermițând conectarea a până la șapte relee. Un astfel de circuit de comutare este prezentat în figura 3, iar în figura 4 este prezentat un releu modern de dimensiuni mici.

Figura 5 arată diagrama de conectare a sarcinii folosind tiristoare optocupleare TO125-12.5-6 (în loc de care, fără a schimba nimic în circuit, puteți conecta un releu). În acest circuit, trebuie să acordați atenție comutatorului tranzistorului realizat pe două tranzistoare VT3, VT4. Această complicație este cauzată de faptul că unele microcontrolere, de exemplu, AT89C51, AT89C2051, în timpul resetării, pornesc câteva milisecunde și mențin logica 1 pe toți pini.Dacă sarcina este conectată conform schemei prezentate în figura 1, atunci încărcarea va fi declanșată imediat la pornirea alimentării, ceea ce poate fi foarte nedorit.

Pentru a porni încărcarea (în acest caz, LED-urile tiristoarelor optocuplare V1, V2), la baza tranzistorului VT3 trebuie furnizat 0 logic prin rezistența R12, care va deschide VT3 și VT4. Acesta din urmă va aprinde ledurile opto-tiristor care se deschid și pornesc sarcina rețelei. Tiristorii Optocoupler asigură o izolare galvanică de rețeaua circuitului de control în sine, ceea ce crește siguranța electrică și fiabilitatea circuitului.

Câteva cuvinte despre tiristori. Fără a intra în detalii tehnice și caracteristici de tensiune curentă, putem spune asta tiristoare - Aceasta este o diodă simplă, au chiar și desemnări similare. Însă tiristorul are și un electrod de control. Dacă i se aplică un impuls pozitiv în raport cu catodul, chiar și pe termen scurt, atunci tiristorul se va deschide.

În stare deschisă, tiristorul va rămâne până când un curent curge prin el în direcția înainte. Acest curent trebuie să fie cel puțin o valoare numită curent de reținere. În caz contrar, tiristorul pur și simplu nu se va porni. Puteți opri tiristorul doar prin ruperea circuitului sau prin aplicarea unei tensiuni de polaritate inversă. Prin urmare, pentru a pierde ambele jumătăți de undă de tensiune alternativă, se utilizează conexiunea contra-paralelă a două tiristoare (a se vedea Fig. 5).

Pentru a nu face o astfel de includere sunt emise triace sau în triacuri burgheze. În ele deja într-un caz sunt realizate două tiristoare, conectate în sens opus - în paralel. Electrodul de control este obișnuit.

Figura 6 arată aspectul și identificarea tiristoarelor, iar Figura 7 arată același lucru pentru triaci.

Figura 8 arată schema pentru conectarea unui triac la un microcontroller (ieșire microcircuit) folosind un optotriac special cu putere redusă MOC3041.

Acest driver conține un LED conectat la pinii 1 și 2 (figura prezintă o vedere a microcircuitului de sus) și optotriac în sine, care, atunci când este luminat de un LED, se deschide (pinii 6 și 4) și, prin rezistența R1, conectează electrodul de control la anod. , datorită căreia se deschide un triac puternic.

Rezistența R2 este proiectată astfel încât triacul să nu se deschidă în absența unui semnal de control la momentul alimentării, iar circuitul C1, R3 este proiectat pentru a suprima interferențele în momentul comutării. Adevărat, MOC3041 nu creează nicio interferență specială, deoarece are un circuit CROSS ZERO (tranziție de tensiune prin 0), iar pornirea are loc în momentul în care tensiunea de alimentare a trecut doar prin 0.

Toate circuitele considerate sunt izolate galvanic de rețea, ceea ce asigură o funcționare fiabilă și siguranță electrică cu putere comutată semnificativă.

Dacă puterea este nesemnificativă și izolarea galvanică a controlerului din rețea nu este necesară, atunci este posibil să conectați tiristoarele direct la microcontroler. În schema 9 este prezentată o schemă similară.

Acesta este un circuit Ghirlanda de Crăciun produsăDesigur în China. Electrozi de control tiristori MCR 100-6 până la rezistențe conectat direct la microcontroler (situat pe placă sub o picătură de compus negru). Puterea semnalelor de control este atât de mică încât consumul curent pentru toate cele patru simultan, mai puțin de 1 miliampere. În acest caz, tensiunea inversă este de până la 800V, iar curentul este de până la 0,8A. Dimensiunile generale sunt aceleași ca pentru tranzistoarele KT209.

Desigur, într-un scurt articol este imposibil de descris toate schemele simultan, dar, se pare, au reușit să spună principiile de bază ale activității lor. Nu există dificultăți speciale aici, toate schemele sunt testate în practică și, de regulă, nu aduc durere în timpul reparațiilor sau a celor făcute de sine.

Carte electronică -Ghid pentru începători pentru microcontrolere AVR

Boris Aladyshkin