- Απαιτούμενα στοιχεία για τη δημιουργία ενός ρελέ στερεάς κατάστασης
- Ρελέ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας TRIAC - Διάγραμμα κυκλώματος
- Πώς λειτουργεί ένα ACS TRIAC (ASCT);
- Ρελέ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας TRIAC - PCB Design
- Παραγγελία PCB από PCBWay
- Συναρμολόγηση ρελέ στερεάς κατάστασης
- Προγραμματισμός ESP8266 για τον έλεγχο του ρελέ στερεάς κατάστασης
- Δοκιμή του ρελέ στερεάς κατάστασης
Τα ρελέ είναι κοινά σε πολλά κυκλώματα μεταγωγής όπου απαιτείται έλεγχος (ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση) φορτίου AC. Ωστόσο, λόγω του ηλεκτρομηχανικού χαρακτηριστικού, ένα μηχανικό ρελέ έχει αυτο-ζωή και επίσης μπορεί να αλλάξει μόνο την κατάσταση του φορτίου και δεν μπορεί να εκτελέσει άλλες λειτουργίες μεταγωγής, όπως εξασθένιση ή έλεγχο ταχύτητας. Εκτός από αυτό, ένα ηλεκτρομηχανικό ρελέ παράγει επίσης ήχους κλικ και σπινθήρα υψηλής τάσης όταν τεράστια επαγωγικά φορτία ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται. Μπορείτε να δείτε το άρθρο «Εργασία ρελέ» για να μάθετε περισσότερα σχετικά με τα ρελέ, την κατασκευή του και τους τύπους.
Η καλύτερη εναλλακτική λύση για ένα ηλεκτρομηχανικό ρελέ είναι ένα ρελέ στερεάς κατάστασης. Ένα ρελέ στερεάς κατάστασης είναι ένας τύπος ρελέ που βασίζεται σε ημιαγωγούς που μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως υποκατάστατο ενός ηλεκτρομηχανικού ρελέ για τον έλεγχο των ηλεκτρικών φορτίων. Δεν έχει πηνία και ως εκ τούτου δεν χρειάζεται μαγνητικό πεδίο για να λειτουργήσει. Επίσης, δεν έχει ελατήρια ή μηχανικές επαφές, επομένως δεν υπάρχει φθορά και μπορεί να λειτουργήσει με χαμηλό ρεύμα. Αυτά τα ρελέ στερεάς κατάστασης που συχνά αναγνωρίζονται ως SSR χρησιμοποιούν ημιαγωγούς που ελέγχουν τη λειτουργία ON-OFF του φορτίου καθώς και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον έλεγχο της ταχύτητας των κινητήρων καθώς και των dimmer. Χρησιμοποιήσαμε επίσης μια συσκευή στερεάς κατάστασης όπως το TRIAC για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα και για τον έλεγχο της έντασης του φωτός ενός φορτίου AC σε προηγούμενα έργα.
Σε αυτό το έργο, θα φτιάξουμε ένα ρελέ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας ένα μόνο στοιχείο και θα ελέγξουμε ένα φορτίο AC σε λειτουργία 230VAC. Η προδιαγραφή που χρησιμοποιείται εδώ είναι περιορισμένη, έχουμε επιλέξει 2Α φορτίου για λειτουργία με αυτό το ρελέ στερεάς κατάστασης. Ο στόχος είναι να δημιουργηθεί ένα συμπαγές PCB για ρελέ στερεάς κατάστασης που θα μπορούσε να διασυνδεθεί άμεσα και να ελεγχθεί με τις ακίδες 3.3V GPIO των Nodemcu ή ESP8266. Για να το πετύχουμε, έχουμε κατασκευάσει τις πλακέτες PCB από το PCBWay και θα συναρμολογήσουμε και θα δοκιμάσουμε το ίδιο σε αυτό το έργο. Ας ξεκινήσουμε λοιπόν !!!
Απαιτούμενα στοιχεία για τη δημιουργία ενός ρελέ στερεάς κατάστασης
- Ένα PCB
- ACST210-8BTR
- 330R αντίσταση ¼ Watt
- Τερματικό μπλοκ (300V 5A)
- 0805 LED με οποιοδήποτε χρώμα
- Αντίσταση 150R
Ρελέ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας TRIAC - Διάγραμμα κυκλώματος
Το κύριο συστατικό είναι το ACS Triac ή το ACST για συντομία. Ο αριθμός εξαρτήματος του ACST είναι ACST210-8BTR. Ωστόσο, η αντίσταση R1 χρησιμοποιείται για τη σύνδεση του μικροελεγκτή ή του δευτερεύοντος κυκλώματος (κύκλωμα ελέγχου) GND με το AC Neutral. Η τιμή της αντίστασης μπορεί να είναι οτιδήποτε μεταξύ 390R-470R ή μπορεί να χρησιμοποιηθεί ελαφρώς από ότι επίσης.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία του κυκλώματος, περιγράφεται στην παρακάτω ενότητα. Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, το κύριο συστατικό είναι το T1, ACST210-8BTR. Το ACST είναι ένας τύπος TRIAC και ονομάζεται επίσης τρίδιο για εναλλασσόμενο ρεύμα.
Πώς λειτουργεί ένα ACS TRIAC (ASCT);
Πριν κατανοήσετε πώς λειτουργεί ένα ACST, είναι σημαντικό να κατανοήσετε πώς λειτουργεί το TRIAC. Το TRIAC είναι ένα ηλεκτρονικό εξάρτημα τριών ακροδεκτών που τρέχει ρεύμα προς οποιαδήποτε κατεύθυνση όταν ενεργοποιείται χρησιμοποιώντας την πύλη. Επομένως ονομάζεται αμφίδρομη θυρίστορ τριόδου. Το TRIAC έχει τρία τερματικά όπου το "A1" είναι Anode 1, το "A2" είναι το Anode 2 και το "G" είναι το Gate. Μερικές φορές, αναφέρεται επίσης ως Anode 1 και Anode 2 ή Main Terminal 1 (MT1) και Main Terminal 2 (MT2) αντίστοιχα. Τώρα, στην πύλη ενός TRIAC πρέπει να παρέχεται μια μικρή ποσότητα ρεύματος από την πηγή AC χρησιμοποιώντας Opto thyristors, για παράδειγμα, όπως το MOC3021.
Όμως, το ACST είναι λίγο διαφορετικό από το κανονικό TRIAC. Το ACST είναι ένας τύπος TRIAC από την STMicroelectronics, αλλά μπορεί να συνδεθεί απευθείας με μια μονάδα μικροελεγκτή και μπορεί να ενεργοποιηθεί χρησιμοποιώντας μια μικρή ποσότητα DC χωρίς να χρειαστεί ένας οπτικοζεύκτης. Σύμφωνα με το δελτίο δεδομένων, το ACST δεν απαιτεί κανένα κύκλωμα snubber και για 2A του επαγωγικού φορτίου.
Το παραπάνω κύκλωμα είναι μια απεικόνιση του κυκλώματος εφαρμογής του ACST. Η γραμμή είναι η ζωντανή γραμμή του 230VAC και η ουδέτερη γραμμή συνδέεται με τον κοινό πείρο του ACST. Η αντίσταση πύλης χρησιμοποιείται για τον έλεγχο του ρεύματος εξόδου. Ωστόσο, αυτή η αντίσταση μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στην ουδέτερη γραμμή με το έδαφος ή μπορεί να εξαλειφθεί ανάλογα με την τρέχουσα έξοδο MCU.
Η παραπάνω εικόνα απεικονίζει το pinout του ACST. Ένα ενδιαφέρον πράγμα είναι ότι υπάρχει μια διαφορά μεταξύ του pinout με το πρότυπο TRIAC και του ACS TRIAC. Ένα τυπικό pinout TRIAC φαίνεται παρακάτω για σύγκριση, είναι ένα pinout BT136 TRIAC.
Όπως μπορούμε να δούμε, αντί για T1 και T2 (Terminal 1 και Terminal 2), το ACST έχει καρφίτσες Out και Common. Ο κοινός πείρος πρέπει να συνδεθεί με τον πείρο γείωσης του μικροελεγκτή. Έτσι, δεν ενεργεί τόσο αμφίδρομα όσο το TRIAC. Το φορτίο πρέπει να συνδεθεί εν σειρά με το ACST.
Ρελέ στερεάς κατάστασης χρησιμοποιώντας TRIAC - PCB Design
Το PCB έχει σχεδιαστεί σε μέγεθος 24mm / 15mm. Η κατάλληλη ψύκτρα παρέχεται κατά μήκος του ACST χρησιμοποιώντας το στρώμα χαλκού. Ωστόσο, το ενημερωμένο Gerber για αυτό το PCB παρέχεται στον παρακάτω σύνδεσμο. Το Gerber ενημερώνεται μετά τη δοκιμή επειδή υπήρχαν κάποια λάθη στο σχεδιασμό.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, χρησιμοποιείται το ίδιο μέγεθος PCB με το διαφορετικό κύκλωμα όπου παρέχεται πρόβλεψη του MOC3021 αλλά αργότερα αφαιρείται στο ενημερωμένο Gerber.
Μπορείτε να κατεβάσετε την πλήρη σχεδίαση PCB, συμπεριλαμβανομένου του αρχείου Gerber και του σχηματικού, από τον παρακάτω σύνδεσμο.
- Κατεβάστε το αρχείο Gerber και το σχεδιασμό PCB για ρελέ στερεάς κατάστασης
Παραγγελία PCB από PCBWay
Τώρα μετά την ολοκλήρωση του σχεδιασμού, μπορείτε να προχωρήσετε στην παραγγελία του PCB:
Βήμα 1: Μπείτε στο https://www.pcbway.com/, εγγραφείτε εάν αυτή είναι η πρώτη σας φορά. Στη συνέχεια, στην καρτέλα Πρωτότυπο PCB, εισαγάγετε τις διαστάσεις του PCB σας, τον αριθμό των επιπέδων και τον αριθμό των PCB που χρειάζεστε.
Βήμα 2: Συνεχίστε κάνοντας κλικ στο κουμπί «Προσφορά τώρα». Θα μεταφερθείτε σε μια σελίδα όπου θα ορίσετε μερικές επιπλέον παραμέτρους όπως τον τύπο πίνακα, τα επίπεδα, το υλικό για PCB, το πάχος και πολλά άλλα, τα περισσότερα από αυτά επιλέγονται από προεπιλογή, εάν επιλέγετε συγκεκριμένες παραμέτρους, μπορείτε να επιλέξετε εδώ.
Βήμα 3: Το τελευταίο βήμα είναι να ανεβάσετε το αρχείο Gerber και να προχωρήσετε στην πληρωμή. Για να βεβαιωθείτε ότι η διαδικασία είναι ομαλή, το PCBWAY επαληθεύει εάν το αρχείο Gerber είναι έγκυρο πριν προχωρήσετε στην πληρωμή. Με αυτόν τον τρόπο, μπορείτε να είστε σίγουροι ότι το PCB σας είναι φιλικό στην κατασκευή και θα σας φτάσει ως δεσμευμένο.
Συναρμολόγηση ρελέ στερεάς κατάστασης
Μετά από λίγες ημέρες, λάβαμε το PCB μας σε ένα τακτοποιημένο πακέτο και η ποιότητα του PCB ήταν καλή όπως πάντα. Το άνω στρώμα και το κάτω στρώμα του πίνακα φαίνονται παρακάτω.
Δεδομένου ότι ήταν η πρώτη φορά που συνεργάστηκα με την ACST, τα πράγματα δεν πήγαν σύμφωνα με το σχέδιο όπως είπα προηγουμένως. Έπρεπε να κάνω κάποιες αλλαγές. Το τελικό κύκλωμα μετά την πραγματοποίηση όλων των αλλαγών φαίνεται παρακάτω. Δεν χρειάζεται να ανησυχείτε για τις αλλαγές, επειδή έχουν ήδη πραγματοποιηθεί και ενημερωθεί στο αρχείο Gerber που κατεβάσατε από την παραπάνω ενότητα.
Προγραμματισμός ESP8266 για τον έλεγχο του ρελέ στερεάς κατάστασης
Ο κωδικός είναι απλός. Δύο καρφίτσες GPIO είναι διαθέσιμες στο ESP8266-01. Το GPIO 0 επιλέγεται ως πείρος κουμπιού και το GPIO 2 επιλέγεται ως πείρος ρελέ. Όταν διαβάζεται ο πείρος του κουμπιού, εάν πατηθεί το κουμπί, το ρελέ θα αλλάξει την κατάσταση ON ή OFF ή το αντίστροφο. Ωστόσο, για τη λειτουργία χωρίς προβλήματα, χρησιμοποιείται επίσης καθυστέρηση κατάργησης. Μπορείτε να μάθετε περισσότερα σχετικά με το διακόπτη της κατάργησης στο συνδεδεμένο άρθρο. Δεδομένου ότι ο κώδικας είναι πολύ απλός, δεν θα το συζητήσουμε εδώ. Ο πλήρης κωδικός βρίσκεται στο κάτω μέρος αυτής της σελίδας.
Δοκιμή του ρελέ στερεάς κατάστασης
Το κύκλωμα συνδέεται με το ESP8266-01 με πηγή ισχύος 3.3V. Επίσης, ένας λαμπτήρας 100 Watt χρησιμοποιείται για δοκιμές. Όπως μπορείτε να δείτε στην παραπάνω εικόνα, έχω ενεργοποιήσει τη μονάδα ESP με μια μονάδα τροφοδοσίας breadboard και χρησιμοποίησα δύο κουμπιά για να ενεργοποιήσω και να απενεργοποιήσουμε το φορτίο μας.
Όταν πατηθεί το κουμπί, το φως ανάβει. Αργότερα μετά τη δοκιμή, συγκολλήσαμε τόσο το ρελέ στερεάς κατάστασης όσο και τη μονάδα ESP826 σε μια ενιαία πλακέτα για να επιτύχω μια συμπαγή λύση όπως φαίνεται παρακάτω. Τώρα για σκοπούς επίδειξης, χρησιμοποιήσαμε ένα κουμπί για να ενεργοποιήσουμε το φορτίο, αλλά στην πραγματική εφαρμογή, θα το ενεργοποιήσουμε από απόσταση γράφοντας το πρόγραμμά μας ανάλογα.
Η πλήρης εξήγηση και το βίντεο εργασίας μπορείτε να δείτε στον παρακάτω σύνδεσμο. Ελπίζω να απολαύσατε το έργο και να μάθετε κάτι χρήσιμο, εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, αφήστε το στην παρακάτω ενότητα σχολίων ή χρησιμοποιήστε τα φόρουμ μας για να ξεκινήσετε μια συζήτηση σχετικά με αυτό.