STM32 көмегімен қуатты цифрлық айнымалы ток: 15 қадам (суреттермен)

2024 Автор: John Day | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2024-01-30 10:22

Хесам Мошири, [email protected]

Айнымалы ток жүктемелері бізбен бірге өмір сүреді! Өйткені олар біздің айналамызда және кем дегенде тұрмыстық техникалар электр қуатымен қамтамасыз етілген. Өндірістік жабдықтардың көптеген түрлері бір фазалы 220В айнымалы токпен де қоректенеді. Сондықтан, біз жиі айнымалы ток жүктемесін толық бақылауды қажет ететін жағдайларға тап боламыз, мысалы, шам, айнымалы ток қозғалтқышы, шаңсорғыш, бұрғылау және т. тұрақты ток жүктемесі сияқты қарапайым. Біз басқа электронды схема мен стратегияны қолдануымыз керек. Сонымен қатар, егер айнымалы ток диммері цифрлық түрде жасалған болса, ол уақытты қажет ететін бағдарлама болып саналады және микроконтроллердің коды мұқият және тиімді жазылуы керек. Бұл мақалада мен 4000 Вт оқшауланған цифрлық диммерді енгіздім, ол екі бөліктен тұрады: негізгі тақта мен панель. Панель тақтасы екі түймені және жеті сегментті дисплейді ұсынады, бұл пайдаланушыға шығыс кернеуін біркелкі реттеуге мүмкіндік береді.

1 -қадам: 1 -сурет, айнымалы ток диммерінің тақтасының схемасы

IC1, D1 және R2 нөлдік қиылысу нүктелерін анықтау үшін қолданылады. Нөлдік қиылысу нүктелері айнымалы ток диммері үшін өте маңызды. IC1 [1] - гальваникалық оқшаулауды қамтамасыз ететін оптикалық қосқыш. R1 - шуды азайтатын және барлық өзгерістерді түсіруге мүмкіндік беретін тартылатын резистор.

IC3 - бұл 25А рейтингті Triac ST (2). Бұл жоғары ток көрсеткіші 4000 Вт күңгірттеу қуатын оңай алуға мүмкіндік береді, алайда Триак температурасы төмен және бөлме температурасына жақын болуы керек. Егер сіз жоғары қуат жүктемелерін басқарғыңыз келсе, үлкен радиаторды орнатуды немесе компонентті салқындату үшін желдеткішті пайдалануды ұмытпаңыз. Мәліметтер кестесіне сәйкес, бұл Triac әр түрлі қосымшаларда қолданыла алады: «Қолданбаларға статикалық реле, қызуды реттеу, асинхронды қозғалтқышты іске қосу тізбектері сияқты қосымшаларда ON/OFF функциясы кіреді немесе жарық диммерлерінде фазалық басқару үшін., қозғалтқыш жылдамдығын реттегіштер және ұқсас ».

C3 және R6, R4 және C4 - снайберлер. Қарапайым тілмен айтқанда, Snubber схемалары шуды азайту үшін қолданылады, дегенмен көбірек оқу үшін ST [3] ұсынған AN437 қосымшасына назар аударыңыз. IC3-бұл снубберсіз триак, бірақ мен сыртқы снуббер схемаларын қолдануды шештім.

IC2 - бұл IC3 -ті басқару үшін қолданылатын оптизоляторлық триак [4]. Ол сонымен қатар гальваникалық оқшаулауды жасайды. R5 IC2 диодты токты шектейді.

IC4 - цифрлық бөлшектер тізбектерінің қуатын беретін әйгілі AMS1117 3.3V кернеу реттегіші [5]. С1 кіріс шуды азайтады, ал С2 шығыс шуды азайтады. P1 - бұл құрылғыға сыртқы қуатты қосу үшін қолданылатын 2 істікшелі еркек XH қосқышы. 5 В -тан 9 В дейінгі кез келген кіріс кернеуі жеткілікті.

IC5 - STM32F030F4 микроконтроллері және тізбектің жүрегі [6]. Ол жүктемені бақылауға арналған барлық нұсқауларды береді. P2 - бұл микроконтроллерді SWD арқылы бағдарламалауға арналған интерфейсті қамтамасыз ететін 2*2 ерлер тақырыбы.

R7 және R8 - батырмалар үшін тартылатын резисторлар. Сондықтан MCU түймелерінің кіріс түйреуіштері белсенді-төмен ретінде бағдарламаланған. MC8 мәліметтер кестесіне сәйкес шуды азайту үшін C8, C9 және C10 қолданылады. L1, C5, C6 және C7 жеткізу шуын азайтады, сонымен қатар кіріс шуын күштірек сүзуді қамтамасыз ету үшін бірінші ретті LC сүзгісін (Pi) құрастырады.

IDC1-бұл 2*7 (14 істікшелі) еркек IDC коннекторы, ол 14 жақты тегіс кабель арқылы негізгі тақта мен панель тақтасы арасында дұрыс байланыс орнатуға арналған.

ПХД орналасуы [негізгі тақта]

2-суретте аналық платаның ПХД орналасуы көрсетілген. Бұл екі қабатты ПХД дизайны. Қуат компоненттері тесік арқылы, ал сандық компоненттер SMD болып табылады.

2 -қадам: 2 -сурет, Айнымалы ток реттегішінің ПХД орналасуы

Суретте анық көрсетілгендей, тақта екі бөлікке бөлінген және IC1 мен IC2 көмегімен оптикалық оқшауланған. Мен сондай -ақ ПХД -де IC2 және IC3 бойынша оқшаулау аралығын жасадым. Жоғары ток өткізетін жолдар үстіңгі және астыңғы қабаттардың көмегімен күшейтіліп, Vias көмегімен байланған. IC3 тақтаның шетіне орналастырылған, сондықтан радиаторды орнату оңайырақ. IC5 қоспағанда, компоненттерді дәнекерлеуде қиындықтар болмауы керек. Түйректер жұқа және бір -біріне жақын. Түйреуіштер арасында дәнекерлеу көпірлерін жасамау үшін абай болу керек.

TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] және STM32F030F4 [11] үшін өнеркәсіптік бағаланған SamacSys компоненттік кітапханаларын қолдану менің жобалау уақытымды едәуір қысқартып, мүмкін болатын қателердің алдын алды. Егер мен осы схемалық белгілер мен ПХД іздерін нөлден құруды жоспарлап отырсам, қанша уақыт жоғалтқанымды елестете алмаймын. Samacsys компоненттерінің кітапханаларын пайдалану үшін сіз өзіңіздің сүйікті CAD бағдарламалық жасақтамасына [12] плагинді қолдана аласыз немесе кітапханаларды компонентті іздеу жүйесінен жүктей аласыз. SamacSys қызметтерінің/компоненттерінің барлық кітапханалары ақысыз. Мен Altium Designer қолдандым, сондықтан мен SamacSys Altium плагинін қолдануды жөн көрдім (3 -сурет).

3 -қадам: 3 -сурет, SamacSys Altium плагинінен таңдалған компоненттік кітапханалар

4 -суретте тақтаның жоғарғы және төменгі жағынан 3D көріністері көрсетілген. 5 -суретте монтаждалған ПХД жоғарыдан көрсетілген, ал 6 -суретте жинақталған негізгі тақтаның ПХД -сы төменгі көріністен көрсетілген. Компоненттердің көпшілігі жоғарғы қабатта дәнекерленген. Төменгі қабатта SMD төрт компоненті дәнекерленген. 6-суретте ПХД-нің оқшаулау аралығы айқын көрінеді.

4 -қадам: 4 -сурет, ПХД тақтасынан 3D көріністері

5 -қадам: 5/6 -сурет, Жиналған аналық плата ПХД (жоғарғы көрініс/төменгі көрініс)

Схеманы талдау [панель] 7 -суретте панельдің схемасы көрсетілген. SEG1-екі цифрлы мультиплексті жалпы катодты жеті сегмент.

6 -қадам: 7 -сурет, айнымалы токтың диммер панелінің схемасы

R1-R7 резисторлары жеті сегментті жарықдиодты токты шектейді. IDC1-бұл 7*2 (14 түйреуіш) еркек IDC қосқышы, сондықтан 14 жолды жалпақ сым негізгі тақтаға қосылуды қамтамасыз етеді. SW1 және SW2 - сенсорлы батырмалар. P1 және P2-2 істікшелі XH еркек қосқыштары. Мен оларды борттық түйме емес, сыртқы панельдік түймелерді қолданғысы келетін пайдаланушыларға ұсындым.

Q1 және Q2-жеті сегменттің әрбір бөлігін ҚОСУ/ӨШІРУ үшін қолданылатын N-Channel MOSFETs [13]. R8 және R9-бұл MOSFET-тің қажетсіз іске қосылуының алдын алу үшін MOSFETs қақпасының түйреуіштерін төмен ұстайтын резисторлар.

ПХД орналасуы [панель]

8 -суретте тақтаның ПХД орналасуы көрсетілген. Бұл екі қабатты ПХД тақтасы және IDC коннекторынан басқа барлық компоненттер SMD болып табылады.

7 -қадам: 8 -сурет, AC диммер тақтасының ПХД орналасуы

Жеті сегменттен және түймелерден басқа (егер сіз сыртқы түймелерді пайдаланбасаңыз), басқа компоненттер төменгі қабатта дәнекерленген. IDC қосқышы төменгі қабатта да дәнекерленген.

2N7002 үшін негізгі тақта сияқты мен SamacSys өндірістік компоненттерінің кітапханаларын (схемалық белгі, ПХД ізі, 3D моделі) қолдандым [14]. 9 -суретте Altium плагині мен схемалық құжатқа орнатылатын таңдалған компонент көрсетілген.

8 -қадам: SamacSys Altium плагинінен 9 -сурет, таңдалған компонент (2N7002)

10 -суретте панельдің жоғарғы және төменгі жағынан 3D көріністері көрсетілген. 11 -суретте жиналған панельдің үстіңгі көрінісі, ал 12 -суретте жиналған панельдің төменгі көрінісі көрсетілген.

9 -қадам: 10 -сурет, панельдің жоғарғы және төменгі жағынан 3D көріністері

10 -қадам: 11/12 -сурет, жиналған тақтаның жоғарғы/төменгі көрінісі

Нәтижелер 13 -суретте айнымалы ток диммерінің қосылу схемасы көрсетілген. Егер сіз осциллографтың көмегімен шығыс толқынының пішінін тексергіңіз келсе, осциллографтың зондының жерге қосқышын диммер шығысына немесе желіде еш жерге қосуға болмайды.

Назар аударыңыз: осциллографтың зондын ешқашан тікелей желіге қоспаңыз. Зондтың жерге тұйықталуы электр сымымен тұйық контур құра алады. Бұл жолдағы барлық нәрсені, соның ішінде сіздің схемаңызды, зондты, осциллографты немесе тіпті өзіңізді жарып жібереді

11 -қадам: 13 -сурет, айнымалы ток диммерінің қосылу схемасы

Бұл мәселені шешу үшін сізде 3 нұсқа бар. Дифференциалды зондты қолдана отырып, өзгермелі осциллографты қолданыңыз (осциллографтардың көпшілігі жерге сілтеме жасайды), 220В-220В оқшаулау трансформаторын қолданыңыз немесе 220V-6V немесе 220V-12V сияқты арзан төмендететін трансформаторды қолданыңыз. Бейнеде және 11-суретте мен шығуды тексеру үшін соңғы әдісті қолдандым (төмендететін трансформатор).

14 -суретте айнымалы токтың диммер қондырғысы толық көрсетілген. Мен 14 тақталы жалпақ сымды қолданып екі тақтаны қостым.

12 -қадам: 14 -сурет, толық сандық айнымалы токтың диммер қондырғысы

15-суретте нөлдік қиылысу нүктелері мен Триактың ҚОСУ/ӨШіру уақыты көрсетілген. Белгілі болғандай, импульстің көтерілу/түсу жиегі ешқандай жыпылықтауға және тұрақсыздыққа ұшырамайды деп есептелді.

13 -қадам: 15 -сурет, нөлдік қиылысу нүктелері (күлгін толқын формасы)

14 -қадам: материалдар туралы есеп

С3 және С4 үшін 630В номиналды конденсаторларды қолданған дұрыс.

15 -қадам: Әдебиеттер

Мақала:

[1]: TLP521 мәліметтер кестесі:

[2]: BTA26 мәліметтер кестесі:

[3]: AN437, ST қосымшасына ескерту:

[4]: MOC3021 мәліметтер кестесі:

[5]: AMS1117-3.3 деректер кестесі:

[6]: STM32F030F4 мәліметтер парағы:

[7]: TLP521 схемалық белгісі және ПХД ізі:

[8]: MOC3021 схемасы мен ПХД ізі:

[9]: BTA26-600 схемасы мен ПХД ізі:

[10]: AMS1117-3.3 схемалық белгісі және ПХД ізі:

[11]: STM32F030F4 схемасының символы мен ПХД ізі:

[12]: CAD электрондық плагиндері:

[13]: 2N7002 мәліметтер кестесі:

[14]: 2N7002 схемалық белгісі және ПХД ізі: