Vytváří kompaktní pevný disk s nízkou spotřebou

Relé jsou běžná v mnoha spínacích obvodech, kde je vyžadováno ovládání (zapnutí nebo vypnutí) zátěže střídavým proudem. Ale vzhledem k elektromechanické charakteristice má mechanické relé vlastní život a také může pouze přepínat stav zátěže a nemůže provádět další spínací operace, jako je stmívání nebo regulace rychlosti. Kromě toho elektromechanické relé také produkuje zvuky kliknutí a vysokonapěťovou jiskru, když jsou zapnuty nebo vypnuty velké indukční zátěže. Můžete se podívat na článek o práci relé, kde se dozvíte více o relé, jeho konstrukci a typech.

Nejlepší alternativou pro elektromechanické relé je polovodičové relé. Polovodičové relé je druh polovodičového relé, které lze použít jako náhradu za elektromechanické relé pro řízení elektrických zátěží. Nemá žádné cívky, a proto k provozu nepotřebuje magnetické pole. Rovněž nemá žádné pružiny nebo mechanické kontakty, proto nedochází k opotřebení a může pracovat na nízkém proudu. Toto polovodičové relé, které je často považováno za SSR, využívá polovodiče, které řídí funkci ON-OFF zátěže a lze je použít k řízení otáček motorů i stmívače. V předchozích projektech jsme také použili polovodičové zařízení, jako je TRIAC, pro řízení otáček motoru a pro řízení intenzity světla zátěže střídavým proudem.

V tomto projektu vyrobíme polovodičové relé pomocí jedné komponenty a budeme řídit střídavé zatížení v provozu 230VAC. Zde použitá specifikace je omezená, vybrali jsme 2A zátěže, která má být provozována pomocí tohoto polovodičového relé. Cílem je vytvořit kompaktní desku plošných spojů pro polovodičové relé, které by bylo možné přímo propojit a ovládat pomocí 3.3V GPIO pinů Nodemcu nebo ESP8266. Abychom toho dosáhli, vyrobili jsme naše desky plošných spojů z PCBWay a v tomto projektu je sestavíme a otestujeme. Pojďme tedy začít !!!

Komponenty potřebné k vytvoření polovodičového relé

PCB
ACST210-8BTR
Rezistor 330R ¼ Watt
Svorkovnice (300 V 5 A)
0805 LED s libovolnou barvou
150R rezistor

Polovodičové relé využívající TRIAC - obvodové schéma

Hlavní složkou je ACS Triac nebo zkráceně ACST. Číslo dílu ACST je ACST210-8BTR. Rezistor R1 se však používá k propojení mikrokontroléru nebo sekundárního obvodu (řídicího obvodu) GND se střídavým neutrálem. Hodnota rezistoru může být cokoli mezi 390R-470R nebo může být použita i nepatrněji.

Další informace o fungování obvodu jsou popsány v následující části. Jak již bylo zmíněno dříve, hlavní součástí je T1, ACST210-8BTR. ACST je typ TRIAC a také se nazývá trioda pro střídavý proud.

Jak funguje ACS TRIAC (ASCT)?

Než pochopíte, jak funguje ACST, je důležité pochopit, jak funguje TRIAC. TRIAC je tříkoncová elektronická součástka, která při spuštění pomocí své brány vede proud v obou směrech. Nazývá se tedy obousměrný triodový tyristor. TRIAC má tři terminály, kde „A1“ je anoda 1, „A2“ je anoda 2 a „G“ je brána. Někdy se také označuje jako anoda 1 a anoda 2 nebo hlavní terminál 1 (MT1) a hlavní terminál 2 (MT2). Nyní je třeba, aby brána TRIAC poskytovala malé množství proudu ze zdroje střídavého proudu pomocí opto tyristorů, například MOC3021.

Ale ACST se trochu liší od normálního TRIAC. ACST je typ TRIAC od STMicroelectronics, ale lze jej přímo propojit s jednotkou mikrokontroléru a lze jej spustit pomocí malého množství stejnosměrného proudu bez nutnosti použití optočlenu. Podle datového listu ACST nevyžaduje žádný tlumící obvod také pro 2A indukční zátěže.

Výše uvedený obvod je ilustrací aplikačního obvodu ACST. Linka je ŽIVÁ linka 230VAC a neutrální linka je spojena se společným kolíkem ACST. Hradlový rezistor se používá k řízení výstupního proudu. Tento rezistor však lze použít také v neutrálním vedení se zemí nebo ho lze eliminovat v závislosti na proudovém výstupu MCU.

Výše uvedený obrázek ilustruje zapojení ACST. Jedna zajímavá věc je, že existuje rozdíl mezi pinoutem se standardním TRIAC a ACS TRIAC. Níže je pro srovnání uveden standardní pinout TRIAC, jedná se o pinout BT136 TRIAC.

Jak vidíme, místo T1 a T2 (terminál 1 a terminál 2) má ACST piny Out a Common. Společný kolík musí být spojen s uzemňovacím kolíkem mikrokontroléru. Nepůsobí tedy tak obousměrně jako TRIAC. Zátěž by měla být zapojena do série s ACST.

Polovodičové relé využívající TRIAC - PCB Design

Deska plošných spojů je navržena ve velikosti 24 mm / 15 mm. Odpovídající chladič je poskytován přes ACST pomocí měděné vrstvy. Aktualizovaný Gerber pro tuto desku plošných spojů je však uveden v odkazu níže. Gerber je po testování aktualizován, protože došlo k určitým konstrukčním chybám.

Během testu se používá stejná velikost PCB s odlišným obvodem, kde je uvedena rezerva MOC3021, ale ta je později odstraněna v aktualizovaném Gerberu.

Kompletní design desek plošných spojů včetně souboru Gerber a schématu lze stáhnout z níže uvedeného odkazu.

Stáhněte si soubor Gerber a PCB Design pro polovodičové relé

Objednání desky plošných spojů z PCBWay

Nyní po dokončení návrhu můžete pokračovat v objednávání desky plošných spojů:

Krok 1: Vstupte na https://www.pcbway.com/, zaregistrujte se, pokud jste poprvé. Poté na kartě Prototyp desky plošných spojů zadejte rozměry desky plošných spojů, počet vrstev a požadovaný počet desek plošných spojů.

Krok 2: Pokračujte kliknutím na tlačítko „Citovat nyní“. Budete přesměrováni na stránku, kde můžete nastavit několik dalších parametrů, jako je typ desky, vrstvy, materiál pro PCB, tloušťka a další, většina z nich je vybrána ve výchozím nastavení, pokud se rozhodnete pro konkrétní parametry, můžete vybrat je to tady.

Krok 3: Posledním krokem je nahrání souboru Gerber a pokračování platby. Před pokračováním v platbě PCBWAY ověří, zda je váš soubor Gerber platný, aby byl proces hladký. Tímto způsobem si můžete být jisti, že vaše deska plošných spojů je přátelská k výrobě a dostane se k vám jako oddaná.

Sestavení polovodičového relé

Po několika dnech jsme dostali naše PCB v úhledném balení a kvalita PCB byla jako vždy dobrá. Horní vrstva a spodní vrstva desky jsou zobrazeny níže.

Jelikož se mi poprvé pracovalo s ACST, nešlo to podle plánu, jak jsem řekl dříve. Musel jsem udělat nějaké změny. Konečný obvod po provedení všech změn je uveden níže. Se změnami si nemusíte dělat starosti, protože jsou již provedeny a aktualizovány v souboru Gerber, který jste stáhli z výše uvedené části.

Programování ESP8266 pro ovládání našeho polovodičového relé

Kód je jednoduchý. V ESP8266-01 jsou k dispozici dva piny GPIO. GPIO 0 je vybrán jako pin tlačítka a GPIO 2 je vybrán jako reléový pin. Po přečtení kolíku tlačítka, pokud je tlačítko stisknuto, relé změní stav ZAPNUTO nebo VYPNUTO nebo naopak. Pro bezproblémový provoz se však používá také zpoždění odskoku. Další informace o debouncingu přepínače se dozvíte v propojeném článku. Protože je kód velmi jednoduchý, nebudeme ho zde diskutovat. Celý kód naleznete ve spodní části této stránky.

Testování našeho polovodičového relé

Obvod je připojen k ESP8266-01 pomocí zdroje napájení 3,3 V. Pro účely testování se také používá 100W žárovka. Jak vidíte na výše uvedeném obrázku, napájel jsem náš modul ESP napájecím modulem napájecího pole a pomocí dvou tlačítek jsme zapínali a vypínali naši zátěž.

Po stisknutí tlačítka se světlo rozsvítí. Později po testování jsem připájel polovodičové relé i modul ESP826 na jednu desku, abych dosáhl kompaktního řešení, jak je znázorněno níže. Nyní jsme pro demonstrační účely použili tlačítko k zapnutí zátěže, ale ve skutečné aplikaci ji zapneme na dálku odpovídajícím způsobem napsáním našeho programu.

Úplné vysvětlení a pracovní video naleznete v odkazu níže. Doufám, že se vám projekt líbil a dozvěděli jste se něco užitečného. Pokud máte nějaké dotazy, nechte je prosím v sekci komentářů níže nebo k zahájení diskuse o tomto tématu použijte naše fóra.