Створення компактного і низькопотужного твердого тіла

Реле поширені в багатьох комутаційних ланцюгах, де потрібно керувати (вмикати або вимикати) навантаження змінного струму. Але завдяки електромеханічним характеристикам механічне реле має самостійне життя, а також воно може лише перемикати стан навантаження і не може виконувати інші операції перемикання, такі як затемнення або регулювання швидкості. Крім цього, електромеханічне реле також видає звуки клацання та іскру високої напруги, коли величезні індуктивні навантаження вмикаються або вимикаються. Ви можете переглянути статтю про роботу реле, щоб дізнатись більше про реле, їх конструкцію та типи.

Найкраща альтернатива електромеханічному реле - твердотільне реле. Твердотільне реле - це тип напівпровідникового реле, яке можна використовувати як замінник електромеханічного реле для управління електричними навантаженнями. Він не має котушок, а отже, йому не потрібно магнітне поле для роботи. Він також не має пружин або механічних контактів, отже, не зношується і може працювати на слабкому струмі. Ці твердотільні реле, часто розпізнані як SSR, використовують напівпровідники, які контролюють функцію ON-OFF навантаження, а також можуть використовуватися для управління швидкістю двигунів, а також диммером. У попередніх проектах ми також використовували твердотільний пристрій, такий як TRIAC, для контролю швидкості двигуна та контролю інтенсивності світла навантаження змінного струму.

У цьому проекті ми виготовимо твердотільне реле, використовуючи один компонент, і будемо контролювати навантаження змінного струму в режимі 230 В змінного струму. Специфікація, яка використовується тут, обмежена, ми вибрали 2А навантаження, яка буде експлуатуватися за допомогою цього твердотільного реле. Мета полягає в тому, щоб створити компактну друковану плату для твердотільного реле, яке може бути безпосередньо пов'язане і кероване за допомогою 3,3 В виводів GPIO Nodemcu або ESP8266. Для цього ми виготовили наші друковані плати з PCBWay, і ми будемо збирати і тестувати те саме в цьому проекті. Тож давайте почнемо !!!

Компоненти, необхідні для побудови твердотільного реле

1. Друкована плата
2. ACST210-8BTR
3. Резистор 330R, Вт
4. Клемний блок (300 В 5А)
5. 0805 світлодіод з будь-яким кольором
6. Резистор 150R

Твердотільне реле за допомогою TRIAC - принципова схема

Основним компонентом є ACS Triac або скорочено ACST. Номер деталі ACST - ACST210-8BTR. Однак резистор R1 використовується для підключення мікроконтролера або вторинного контуру (ланцюга управління) GND до нейтралі змінного струму. Значення резистора може бути будь-яким середнім між 390R-470R або може використовуватися також незначно, ніж це.

Для отримання додаткової інформації про роботу схеми це описано в розділі нижче. Як вже згадувалося раніше, основним компонентом є T1, ACST210-8BTR. ACST є різновидом TRIAC і його ще називають триодом для змінного струму.

Як працює ACI TRIAC (ASCT)?

Перш ніж зрозуміти, як працює ACST, важливо зрозуміти, як працює TRIAC. TRIAC - це тритермінальний електронний компонент, який проводить струм в будь-якому напрямку при спрацьовуванні за допомогою його затвора. Таким чином його називають двонаправленим триодним тиристором. TRIAC має три термінали, де "А1" - це Анод 1, "А2" - Анод 2, а "G" - Шлюз. Іноді його також називають анодом 1 та анодом 2 або головним терміналом 1 (MT1) та головним терміналом 2 (MT2) відповідно. Тепер на затвор TRIAC потрібно подавати невелику кількість струму від джерела змінного струму, використовуючи, наприклад, тиристори Opto, такі як MOC3021.

Але ACST дещо відрізняється від звичайного TRIAC. ACST - це тип TRIAC від STMicroelectronics, але він може бути безпосередньо пов'язаний з блоком мікроконтролера і може бути запущений за допомогою невеликої кількості постійного струму без необхідності оптрона. Відповідно до таблиці даних, ACST не вимагає жодної схеми глушника також для 2А індуктивного навантаження.

Наведена схема є ілюстрацією схеми застосування ACST. Лінія - це жива лінія 230 В змінного струму, а нейтральна лінія з'єднана загальним штифтом ACST. Резистор затвора використовується для управління вихідним струмом. Однак цей резистор також може використовуватися в нейтральній лінії із землею або може бути усунутий залежно від вихідного струму MCU.

Наведене зображення ілюструє розписування ACST. Цікаво те, що є різниця між розпинанням зі стандартним TRIAC та ACI TRIAC. Нижче для порівняння показаний стандартний розпінатор TRIAC, це розпіновка TRIAC BT136.

Як ми бачимо, замість T1 і T2 (термінал 1 і термінал 2) ACST має виводи Out і Common. Загальний штифт потрібно з'єднати з заземлювальним штифтом мікроконтролера. Таким чином, він не діє як двонаправлений, як TRIAC. Навантаження слід підключати послідовно до ACST.

Твердотільне реле з використанням конструкції TRIAC - PCB

Друкована плата розроблена у розмірі 24 мм / 15 мм. Адекватний радіатор забезпечується через ACST за допомогою мідного шару. Однак оновлений Gerber для цієї друкованої плати наведено за посиланням нижче. Gerber оновлюється після тестування, оскільки в проекті були помилки.

Під час тесту використовується однаковий розмір друкованої плати з іншою схемою, де надано положення MOC3021, але згодом воно видалено в оновленому Gerber.

Повний дизайн друкованої плати, включаючи файл Gerber та схему, можна завантажити за посиланням нижче.

• Завантажте файл Gerber та дизайн друкованої плати для твердотільного реле

Замовлення друкованої плати з PCBWay

Тепер після завершення проектування ви можете продовжувати замовлення друкованої плати:

Крок 1: Зайдіть на https://www.pcbway.com/, підпишіться, якщо це ваш перший раз. Потім на вкладці Прототип друкованої плати введіть розміри вашої друкованої плати, кількість шарів та кількість друкованої плати, яка вам потрібна.

Крок 2: Продовжуйте, натискаючи кнопку "Процитувати зараз". Ви потрапите на сторінку, де можна встановити кілька додаткових параметрів, таких як тип плати, шари, матеріал для друкованої плати, товщина та багато іншого, більшість із них вибрано за замовчуванням, якщо ви вибрали якісь конкретні параметри, ви можете вибрати це тут.

Крок 3: Останнім кроком є ​​завантаження файлу Gerber і продовження платежу. Щоб переконатися, що процес безперебійний, PCBWAY перевіряє, чи справді ваш файл Gerber, перш ніж продовжувати оплату. Таким чином, ви можете бути впевнені, що ваша друкована плата є зручною для виготовлення та зв’яжеться з вами як докладена.

Складання твердотільного реле

Через кілька днів ми отримали нашу друковану плату в акуратному пакеті, і якість друкованої плати була як завжди хорошою. Верхній і нижній шар дошки показані нижче.

Оскільки для мене це було вперше працювати з ACST, все пішло не так, як я сказав раніше. Мені довелося внести деякі зміни. Остаточна схема після внесення всіх змін показана нижче. Вам не потрібно турбуватися про зміни, оскільки вони вже внесені та оновлені у файлі Gerber, який ви завантажили з наведеного вище розділу.

Програмування ESP8266 для управління нашим твердотільним реле

Код простий. Два штифти GPIO доступні в ESP8266-01. GPIO 0 вибирається в якості штифта кнопки, а GPIO 2 вибирається як релейний штифт. Коли зчитується штифт кнопки, якщо кнопка натиснута, реле змінить стан УВІМКНЕНО або ВИМКНЕНО або навпаки. Однак для безпроблемної роботи також використовується затримка зняття звуку. Ви можете дізнатись більше про зняття з ладу перемикача у статті, на яку зв’язано. Оскільки код дуже простий, ми не будемо обговорювати його тут. Повний код можна знайти внизу цієї сторінки.

Тестування нашого твердотільного реле

Схема підключена до ESP8266-01 джерелом живлення 3,3 В. Також для тестування використовується 100-ватна лампочка. Як ви можете бачити на наведеному вище зображенні, я запустив наш модуль ESP модулем блоку живлення і використовував дві кнопки для ввімкнення та вимкнення нашого навантаження.

При натисканні кнопки світло вмикається. Пізніше після тестування я припаяв твердотільне реле і модуль ESP826 на одну плату, щоб досягти компактного рішення, як показано нижче. Тепер для демонстраційних цілей ми використали кнопку, щоб увімкнути навантаження, але в реальному додатку ми ввімкнемо його віддалено, написавши відповідну програму.

Повне пояснення та робоче відео можна переглянути за посиланням нижче. Сподіваємось, вам сподобався проект і ви дізналися щось корисне. Якщо у вас виникли запитання, залиште їх у розділі коментарів нижче або скористайтеся нашими форумами, щоб розпочати дискусію з цього приводу.