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Come collegare il carico all'unità di controllo sui microcircuiti
Un articolo su vari modi di collegare un carico a un'unità di controllo di un microcontrollore mediante relè e tiristori.
Tutte le attrezzature moderne, sia industriali che domestiche, sono alimentate da elettricità. Allo stesso tempo, l'intero circuito elettrico può essere diviso in due grandi parti: dispositivi di controllo (controller dalla parola inglese CONTROL - per controllare) e attuatori.
Circa venti anni fa sono state implementate unità di controllo su microcircuiti di piccolo e medio grado di integrazione. Queste erano le serie di chip K155, K561, K133, K176 e simili. Si chiamano circuiti digitali logici, poiché eseguono operazioni logiche sui segnali e i segnali stessi sono digitali (discreti).
Proprio come i contatti regolari: "chiuso - aperto". Solo in questo caso questi stati vengono chiamati, rispettivamente, "unità logica" e "zero logico". La tensione dell'unità logica all'uscita del microcircuito è nell'intervallo da metà della tensione di alimentazione al suo valore completo e la tensione dello zero logico per tali microcircuiti è solitamente 0 ... 0,4 V.
L'algoritmo di funzionamento di tali unità di controllo è stato eseguito a causa della corrispondente connessione dei microcircuiti e il loro numero era piuttosto grande.
Attualmente, tutte le unità di controllo sono sviluppate in base microcontrollori di vario tipo. In questo caso, l'algoritmo operativo non è stabilito da una connessione circuitale di singoli elementi, ma da un programma "cucito" nel microcontrollore.
A questo proposito, invece di diverse decine o addirittura centinaia di microcircuiti, l'unità di controllo contiene un microcontrollore e un numero di microcircuiti per l'interazione con il "mondo esterno". Ma, nonostante un tale miglioramento, i segnali dell'unità di controllo del microcontrollore sono ancora gli stessi digitali di quelli dei vecchi microcircuiti.
È chiaro che la potenza di tali segnali non è sufficiente per accendere una lampada potente, un motore e solo un relè. In questo articolo considereremo in che modo è possibile collegare carichi potenti ai microcircuiti.
Di più un modo semplice è accendere il carico attraverso il relè. Nella Figura 1, il relè viene attivato utilizzando il transistor VT1, a tal fine, un'unità logica viene fornita alla sua base attraverso il resistore R1 dal microcircuito, il transistor si apre e attiva il relè, che, con i suoi contatti (non mostrati), accende il carico.
La cascata mostrata in figura 2 funziona diversamente: per accendere il relè, deve apparire uno 0 logico all'uscita del microcircuito, che chiuderà il transistor VT3. In questo caso, il transistor VT4 si aprirà e accenderà il relè. Utilizzando il pulsante SB3 è possibile attivare manualmente il relè.
In entrambe le figure, è possibile vedere che parallelamente agli avvolgimenti del relè, i diodi sono collegati e rispetto alla tensione di alimentazione nella direzione opposta (non conduttiva). Il loro scopo è sopprimere l'EMF di autoinduzione (può essere dieci o più volte la tensione di alimentazione) quando il relè è spento e proteggere gli elementi del circuito.
Se il circuito non è uno, due relè, ma molto di più, viene emesso per la loro connessione chip specializzato ULN2003Aconsentendo la connessione di un massimo di sette relè. Tale circuito di commutazione è mostrato in Figura 3 e in Figura 4 l'aspetto di un moderno relè di piccole dimensioni.
La Figura 5 mostra caricare lo schema di collegamento mediante tiristori accoppiatore ottico TO125-12.5-6 (invece del quale senza cambiare nulla nel circuito, è possibile collegare un relè). In questo diagramma, è necessario prestare attenzione all'interruttore a transistor realizzato su due transistor VT3, VT4. Questa complicazione è causata dal fatto che alcuni microcontrollori, ad esempio AT89C51, AT89C2051, durante il ripristino, si accendono per diversi millisecondi e mantengono il livello logico 1 su tutti i pin.Se il carico è collegato secondo lo schema mostrato nella Figura 1, il carico verrà attivato immediatamente all'accensione, il che può essere molto indesiderabile.
Per attivare il carico (in questo caso, i LED dei tiristori accoppiatore ottico V1, V2), è necessario fornire uno 0 logico alla base del transistor VT3 attraverso il resistore R12, che aprirà VT3 e VT4. Quest'ultimo accenderà i LED opto-tiristori che si aprono e accendono il carico di rete. I tiristori accoppiatori ottici forniscono l'isolamento galvanico dalla rete del circuito di controllo stesso, aumentando la sicurezza elettrica e l'affidabilità del circuito.
Qualche parola sui tiristori. Senza entrare nei dettagli tecnici e nelle caratteristiche della tensione di corrente, possiamo dirlo tiristore - Questo è un semplice diodo, hanno persino designazioni simili. Ma il tiristore ha anche un elettrodo di controllo. Se viene applicato un impulso positivo rispetto al catodo, anche a breve termine, il tiristore si aprirà.
Nello stato aperto, il tiristore rimarrà fino a quando una corrente non lo attraverserà nella direzione in avanti. Questa corrente deve essere almeno un valore chiamato corrente di mantenimento. Altrimenti, il tiristore semplicemente non si accenderà. È possibile disattivare il tiristore solo interrompendo il circuito o applicando una tensione di polarità inversa. Pertanto, al fine di perdere entrambe le semionde di tensione alternata, viene utilizzata la connessione contro-parallela di due tiristori (vedi Fig. 5).
Al fine di non effettuare tale inclusione vengono emessi triac o nei triac borghesi. In essi già in un caso vengono realizzati due tiristori, collegati in opposto - in parallelo. L'elettrodo di controllo è comune.
La Figura 6 mostra l'aspetto e il pinout dei tiristori e la Figura 7 mostra lo stesso per i triac.
La Figura 8 mostra schema per il collegamento di un triac a un microcontrollore (uscita microcircuito) utilizzando uno speciale optotriac a bassa potenza tipo MOC3041.
Questo driver contiene un LED collegato ai pin 1 e 2 (la figura mostra una vista del microcircuito dall'alto) e lo stesso optotriac, che, quando illuminato da un LED, si apre (pin 6 e 4) e, attraverso la resistenza R1, collega l'elettrodo di controllo all'anodo , grazie al quale si apre un potente triac.
Il resistore R2 è progettato in modo tale che il triac non si apra in assenza di un segnale di controllo al momento dell'accensione e la catena C1, R3 è progettata per sopprimere le interferenze al momento della commutazione. È vero, il MOC3041 non crea alcuna interferenza speciale, poiché ha un circuito CROSS ZERO (transizione di tensione attraverso 0) e l'accensione avviene nel momento in cui la tensione di rete passa solo attraverso 0.
Tutti i circuiti considerati sono galvanicamente isolati dalla rete, il che garantisce un funzionamento affidabile e sicurezza elettrica con significativa potenza commutata.
Se l'alimentazione è insignificante e non è richiesto l'isolamento galvanico del controller dalla rete, è possibile collegare i tiristori direttamente al microcontrollore. Uno schema simile è mostrato nella Figura 9.
Questo è un circuito Ghirlanda natalizia prodottaCerto in Cina. Elettrodi di controllo a tiristori da MCR 100-6 a resistenze collegato direttamente al microcontrollore (situato sulla scheda sotto una goccia di composto nero). La potenza dei segnali di controllo è così piccola che il consumo di corrente per tutti e quattro contemporaneamente, meno di 1 milliampere. In questo caso, la tensione inversa è fino a 800 V e la corrente è fino a 0,8 A. Le dimensioni complessive sono le stesse dei transistor KT209.
Certo, in un breve articolo è impossibile descrivere tutti gli schemi contemporaneamente, ma sembra che siano riusciti a raccontare i principi di base del loro lavoro. Non ci sono difficoltà particolari qui, gli schemi sono tutti testati in pratica e, di regola, non causano dolore durante la riparazione o l'autoproduzione.
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Boris Aladyshkin
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