ძლიერი ციფრული AC Dimmer STM32– ის გამოყენებით: 15 ნაბიჯი (სურათებით)

2024 ავტორი: John Day | [email protected]. ბოლოს შეცვლილი: 2024-01-30 10:15

ჰესამ მოშირის მიერ, [email protected]

AC დატვირთვები ჩვენთან ერთად ცხოვრობენ! რადგან ისინი ყველგან არიან ჩვენს გარშემო და მინიმუმ საყოფაცხოვრებო ტექნიკა უზრუნველყოფილია მაგისტრალური ენერგიით. მრავალი სახის სამრეწველო მოწყობილობა ასევე იკვებება ერთფაზიანი 220V-AC- ით. ამიტომ, ჩვენ ხშირად ვხვდებით სიტუაციებს, როდესაც ჩვენ გვჭირდება სრული კონტროლი (დაბინდვა) AC დატვირთვაზე, როგორიცაა ნათურა, AC ძრავა, მტვერსასრუტი, საბურღი და სხვა … ჩვენ უნდა ვიცოდეთ, რომ AC დატვირთვის კონტროლი არ არის ისეთივე მარტივია, როგორც DC დატვირთვა. ჩვენ უნდა გამოვიყენოთ განსხვავებული ელექტრონული წრე და სტრატეგია. უფრო მეტიც, თუ AC dimmer შექმნილია ციფრულად, იგი ითვლება დროის კრიტიკულ აპლიკაციად და მიკროკონტროლერის კოდი უნდა იყოს დაწერილი ყურადღებით და ეფექტურად. ამ სტატიაში მე წარმოვადგინე იზოლირებული 4000W ციფრული AC დიმერი, რომელიც ორი ნაწილისგან შედგება: დედაპლატა და პანელი. პანელის დაფაზე მოცემულია ორი ღილაკი და შვიდ სეგმენტიანი დისპლეი, რომელიც მომხმარებელს საშუალებას აძლევს შეუფერხებლად შეცვალოს გამომავალი ძაბვა.

ნაბიჯი 1: სურათი 1, AC Dimmer– ის დედაპლატის სქემატური დიაგრამა

IC1, D1 და R2 გამოიყენება ნულოვანი გადაკვეთის წერტილების გამოსავლენად. ნულოვანი გადაკვეთის წერტილები საკმაოდ მნიშვნელოვანია AC დიმერისთვის. IC1 [1] არის ოპტოწყვილე, რომელიც უზრუნველყოფს გალვანურ იზოლაციას. R1 არის გამწევი რეზისტორი, რომელიც ამცირებს ხმაურს და საშუალებას გვაძლევს აღვიქვათ ყველა ცვლილება (როგორც აღმავალი, ისე დაცემული კიდეები).

IC3 არის 25A რეიტინგული Triac საწყისი ST [2]. ეს მაღალი დენის რეიტინგი საშუალებას გვაძლევს ადვილად მივაღწიოთ 4000W დაბნელების ძალას, თუმცა, Triac ტემპერატურა უნდა იყოს დაბალი და რაც შეიძლება ახლოს ოთახის ტემპერატურაზე. თუ თქვენ აპირებთ აკონტროლოთ მაღალი სიმძლავრის დატვირთვები, არ დაგავიწყდეთ დიდი გამაცხელებლის დაყენება ან გამოიყენოთ ვენტილატორი კომპონენტის გასაცივებლად. მონაცემთა ფურცლის თანახმად, ეს Triac შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა პროგრამაში:”პროგრამები მოიცავს ON/OFF ფუნქციას ისეთ პროგრამებში, როგორიცაა სტატიკური რელეები, გათბობის რეგულირება, ინდუქციური ძრავის დაწყების სქემები და სხვა., ძრავის სიჩქარის კონტროლერები და მსგავსი”.

C3 და R6, R4 და C4 სნუბბერები არიან. მარტივად რომ ვთქვათ, Snubber სქემები გამოიყენება ხმაურის შესამცირებლად, თუმცა მეტი კითხვისთვის გთხოვთ გაითვალისწინოთ AN437 განაცხადის შენიშვნა ST [3] –დან. IC3 არის სნაუბერზე ნაკლები Triac, თუმცა, მე გადავწყვიტე გამოვიყენო გარე სნუბერული სქემებიც.

IC2 არის ოპტოიზოლატორი Triac [4], რომელიც გამოიყენება IC3– ის გასაკონტროლებლად. ის ასევე ქმნის სათანადო გალვანურ იზოლაციას. R5 ზღუდავს IC2 დიოდის დენს.

IC4 არის ცნობილი AMS1117 3.3V ძაბვის მარეგულირებელი [5], რომელიც უზრუნველყოფს სიმძლავრეს ციფრული ნაწილის სქემებისთვის. C1 ამცირებს შეყვანის ხმაურს და C2 ამცირებს გამომავალ ხმაურს. P1 არის 2 ქინძისთავის მამრობითი XH კონექტორი, რომელიც გამოიყენება მოწყობილობის გარე ენერგიის დასაკავშირებლად. ნებისმიერი შეყვანის ძაბვა 5V– დან 9V– მდე საკმარისია.

IC5 არის STM32F030F4 მიკროკონტროლი და მიკროსქემის გული [6]. ის იძლევა ყველა მითითებას დატვირთვის გასაკონტროლებლად. P2 არის 2*2 მამრობითი სათაური, რომელიც უზრუნველყოფს ინტერფეისს მიკროკონტროლის პროგრამირებისათვის SWD საშუალებით.

R7 და R8 არის გამწევი რეზისტორები ბიძგების ღილაკებისთვის. ამრიგად, MCU– ს ღილაკზე შეყვანის ღილაკები დაპროგრამებულია როგორც აქტიური – დაბალი. C8, C9 და C10 გამოიყენება ხმაურის შესამცირებლად MCU– ს მონაცემთა ცხრილის მიხედვით. L1, C5, C6 და C7 ამცირებენ მიწოდების ხმაურს, ასევე ააშენებენ პირველი რიგის LC ფილტრს (Pi), რათა უზრუნველყონ ძლიერი ფილტრაცია შეყვანის ხმაურისთვის.

IDC1 არის 2*7 (14 ქინძისთავის) მამრობითი IDC კონექტორი, რომელიც გამოიყენება დედაპლატასა და პანელის დაფას შორის სათანადო კავშირის შესაქმნელად 14-გზის ბრტყელი კაბელის საშუალებით.

PCB განლაგება [დედაპლატა]

სურათი 2 გვიჩვენებს დედაპლატის PCB განლაგებას. ეს არის ორი ფენის PCB დიზაინი. დენის კომპონენტები არის ხვრელი და ციფრული კომპონენტები არის SMD.

ნაბიჯი 2: სურათი 2, AC Dimmer– ის დედაპლატის PCB განლაგება

როგორც სურათზე ნათლად ჩანს, დაფა იყოფა ორ ნაწილად და ოპტიკურად იზოლირებულია IC1 და IC2 გამოყენებით. მე ასევე გავაკეთე იზოლაციის უფსკრული PCB– ზე, IC2 და IC3– ის ქვეშ. მაღალი დენის ტარების ბილიკები გაძლიერდა ორივე ზედა და ქვედა ფენების გამოყენებით და შეკრული ვიასის გამოყენებით. IC3 მოთავსებულია დაფის პირას, ამიტომ უფრო ადვილია გამაცხელებლის დაყენება. თქვენ არ უნდა გქონდეთ სირთულეები კომპონენტების შედუღებასთან ერთად, გარდა IC5. ქინძისთავები თხელია და ერთმანეთთან ახლოს. ფრთხილად უნდა იყოთ, რომ ქინძისთავებს შორის ხიდები არ დაიდგას.

სამრეწველო რეიტინგული SamacSys კომპონენტის ბიბლიოთეკების გამოყენებით TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] და STM32F030F4 [11], მნიშვნელოვნად შეამცირა ჩემი დიზაინის დრო და თავიდან აიცილა შესაძლო შეცდომები. მე ვერ წარმომიდგენია, რა დროს ვკარგავდი, თუ ვგეგმავდი ამ სქემატური სიმბოლოების და PCB ნაკვალევის ნულიდან შემუშავებას. Samacsys კომპონენტის ბიბლიოთეკების გამოსაყენებლად შეგიძლიათ გამოიყენოთ დანამატი თქვენი საყვარელი CAD პროგრამისთვის [12] ან გადმოწეროთ ბიბლიოთეკები კომპონენტის საძიებო სისტემიდან. SamacSys– ის ყველა სერვისი/კომპონენტის ბიბლიოთეკა უფასოა. მე გამოვიყენე Altium Designer, ამიტომ მირჩევნია გამოვიყენო SamacSys Altium მოდული (სურათი 3).

ნაბიჯი 3: სურათი 3, შერჩეული კომპონენტის ბიბლიოთეკები SamacSys Altium მოდულიდან

სურათი 4 გვიჩვენებს 3D ხედებს დაფის ზედა და ქვედა მხრიდან. სურათი 5 გვიჩვენებს აწყობილი დედაპლატის PCB ზემო ხედიდან და ფიგურა 6 გვიჩვენებს აწყობილი დედაპლატის PCB ქვედა ხედიდან. კომპონენტების უმრავლესობა იკვებება ზედა ფენაზე. ოთხი SMD კომპონენტი შედუღებულია ქვედა ფენაზე. ფიგურა 6-ში, PCB- ის იზოლაციის უფსკრული ნათელია.

ნაბიჯი 4: სურათი 4, 3D ხედები PCB დაფისგან

ნაბიჯი 5: ფიგურა 5/6, აწყობილი დედაპლატის PCB (ზედა ხედი/ქვედა ხედი)

სქემის ანალიზი [პანელი] სურათი 7 გვიჩვენებს პანელის სქემატურ დიაგრამას. SEG1 არის ორნიშნა მრავალპლექსიანი საერთო კათოდური შვიდ სეგმენტიანი.

ნაბიჯი 6: სურათი 7, AC Dimmer– ის პანელის სქემატური დიაგრამა

R1 to R7 რეზისტორები ზღუდავს დენს შვიდი სეგმენტის LED- ებზე. IDC1 არის 7*2 (14 ქინძისთავის) მამრობითი IDC კონექტორი, ამიტომ 14-გზის ბრტყელი მავთული უზრუნველყოფს კავშირს დედაპლატთან. SW1 და SW2 არის შეხებადი ღილაკები. P1 და P2 არის 2 პინიანი XH მამრობითი კონექტორები. მე მათ მივაწოდე ის მომხმარებლები, რომლებიც აპირებენ გამოიყენონ გარე პანელის ღილაკები სამაგიდო ტაქტილური ღილაკების ნაცვლად.

Q1 და Q2 არის N არხის MOSFET [13], რომლებიც გამოიყენება შვიდი სეგმენტის თითოეული ნაწილის ჩართვის/გამორთვისთვის. R8 და R9 არის ჩამოსაშლელი რეზისტორები, რათა დაიჭიროს MOSFET– ის კარიბჭე დაბალი, რათა თავიდან აიცილოს MOSFET– ების არასასურველი გააქტიურება.

PCB განლაგება [პანელი]

სურათი 8 გვიჩვენებს დაფის PCB განლაგებას. ეს არის ორი ფენის PCB დაფა და ყველა კომპონენტი გარდა IDC კონექტორისა და ტაქტილური ღილაკების არის SMD.

ნაბიჯი 7: სურათი 8, AC Dimmer პანელის დაფის PCB განლაგება

შვიდი სეგმენტისა და ღილაკების გარდა (თუ არ იყენებთ გარე ღილაკებს), სხვა კომპონენტები ქვედა ფენაზეა შეკრული. IDC კონექტორი ასევე შედუღებულია ქვედა ფენაზე.

იგივე როგორც დედაპლატა, მე გამოვიყენე SamacSys– ის სამრეწველო კომპონენტების ბიბლიოთეკები (სქემატური სიმბოლო, PCB კვალი, 3D მოდელი) 2N7002– ისთვის [14]. სურათი 9 გვიჩვენებს Altium მოდულს და შერჩეულ კომპონენტს, რომელიც უნდა დაინსტალირდეს სქემატურ დოკუმენტში.

ნაბიჯი 8: სურათი 9, შერჩეული კომპონენტი (2N7002) SamacSys Altium მოდულიდან

სურათი 10 გვიჩვენებს 3D ხედებს დაფის ზედა და ქვედა მხრიდან. სურათი 11 გვიჩვენებს ზედა ხედს აწყობილი პანელიდან და ფიგურა 12 აჩვენებს ქვედა ხედს აწყობილი პანელიდან.

ნაბიჯი 9: სურათი 10, 3D ხედები პანელის ზედა და ქვედა მხრიდან

ნაბიჯი 10: სურათი 11/12, ზედა/ქვედა ხედი აწყობილი პანელიდან

შედეგები სურათი 13 გვიჩვენებს AC Dimmer- ის გაყვანილობის დიაგრამას. თუ თქვენ აპირებდით გამომავალი ტალღის ფორმის შემოწმებას ოსცილოსკოპის გამოყენებით, თქვენ არ უნდა დაუკავშიროთ თქვენი ოსცილოსკოპის ზონდის გრუნტის ბილიკი დაბნელებულ გამოსავალს ან არსად მაგისტრალურ ქსელში.

ყურადღება: არასოდეს დაუკავშიროთ თქვენი ოსცილოსკოპის ზონდი პირდაპირ ქსელს. ზონდის მიწას შეუძლია შეუქმნას დახურული მარყუჟი მაგისტრალურ ტერმინალთან. ეს ააფეთქებს ყველაფერს, მათ შორის თქვენს წრეს, ზონდს, ოსცილოსკოპს, ან თუნდაც საკუთარ თავს

ნაბიჯი 11: სურათი 13, AC Dimmer- ის გაყვანილობის დიაგრამა

ამ პრობლემის გადასაჭრელად, თქვენ გაქვთ 3 ვარიანტი. დიფერენციალური ზონდის გამოყენებით, მცურავი ოსცილოსკოპის გამოყენებით (ოსცილოსკოპების უმრავლესობა მითითებულია ადგილზე), 220V-220V იზოლაციის ტრანსფორმატორის გამოყენებით, ან უბრალოდ გამოიყენეთ იაფი ჩამომავალი ტრანსფორმატორი, როგორიცაა 220V-6V ან 220V-12V … და ა. ვიდეოში და ფიგურაში -11, მე გამოვიყენე ბოლო მეთოდი (ქვევით გადასაყვანი ტრანსფორმატორი) გამომავალი შესამოწმებლად.

ფიგურა 14 გვიჩვენებს სრული AC dimmer ერთეულს. მე დავაკავშირე ორი დაფა 14-გზის ბრტყელი მავთულის გამოყენებით.

ნაბიჯი 12: ფიგურა 14, სრული ციფრული AC Dimmer ერთეული

სურათი 15 გვიჩვენებს ნულოვანი გადაკვეთის წერტილებს და Triac– ის ჩართვის/გამორთვის დროს. როგორც ცხადია, პულსის ამომავალი/დაცემითი ზღვარი განიხილებოდა, რომ არ ემუქრებოდა რაიმე მოციმციმე და არასტაბილურობა.

ნაბიჯი 13: სურათი 15, ნულოვანი გადაკვეთის წერტილები (მეწამული ტალღის ფორმა)

ნაბიჯი 14: მასალების შედგენა

უმჯობესია გამოიყენოთ 630V რეიტინგული კონდენსატორები C3 და C4– ისთვის.

ნაბიჯი 15: მითითებები

სტატია:

[1]: TLP521 მონაცემთა ცხრილი:

[2]: BTA26 მონაცემთა ცხრილი:

[3]: AN437, ST განაცხადის შენიშვნა:

[4]: MOC3021 მონაცემთა ცხრილი:

[5]: AMS1117-3.3 მონაცემთა ცხრილი:

[6]: STM32F030F4 მონაცემთა ცხრილი:

[7]: სქემატური სიმბოლო და PCB კვალი TLP521:

[8]: სქემატური სიმბოლო და PCB კვალი MOC3021:

[9]: სქემატური სიმბოლო და PCB კვალი BTA26-600:

[10]: სქემატური სიმბოლო და PCB კვალი AMS1117-3.3:

[11]: სქემატური სიმბოლო და PCB კვალი STM32F030F4:

[12]: ელექტრონული CAD მოდულები:

[13]: 2N7002 მონაცემთა ცხრილი:

[14]: სქემატური სიმბოლო და PCB კვალი 2N7002: