Erőteljes digitális váltóáramú dimmer az STM32 használatával: 15 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:39

Írta: Hesam Moshiri, [email protected]

Az AC terhelések velünk élnek! Mert mindenhol ott vannak körülöttünk, és legalább a háztartási gépek áramellátással vannak ellátva. Az ipari berendezések sok típusa is egyfázisú 220V-AC tápfeszültséggel működik. Ezért gyakran szembesülünk olyan helyzetekkel, hogy teljes körűen szabályoznunk kell (tompítanunk) egy váltakozó áramú terhelést, például lámpát, váltóáramú motort, porszívót, fúrót stb. olyan egyszerű, mint az egyenáramú terhelés. Más elektronikus áramkört és stratégiát kell használnunk. Ezenkívül, ha egy váltóáramú fényerő-szabályozót digitálisan terveztek, akkor az időkritikus alkalmazásnak minősül, és a mikrokontroller kódját gondosan és hatékonyan kell megírni. Ebben a cikkben egy elszigetelt, 4000 W -os digitális váltóáramú fényerő -szabályozót mutattam be, amely két részből áll: az alaplapból és a panelből. A panel két nyomógombot és egy hét szegmenses kijelzőt tartalmaz, amelyek lehetővé teszik a felhasználó számára a kimeneti feszültség zökkenőmentes beállítását.

1. lépés: 1. ábra, Az AC Dimmer alaplapjának sematikus diagramja

Az IC1, D1 és R2 a nulla-keresztezési pontok észlelésére szolgál. A nulla keresztezési pontok elengedhetetlenek egy váltakozó áramú fényerő-szabályozóhoz. Az IC1 [1] egy optocsatoló, amely galvanikus szigetelést biztosít. Az R1 egy felhúzó ellenállás, amely csökkenti a zajt, és lehetővé teszi számunkra, hogy rögzítsünk minden változást (emelkedő és csökkenő éleket egyaránt).

Az IC3 egy 25A besorolású Triac az ST -től [2]. Ez a nagy áramerősség lehetővé teszi számunkra, hogy könnyen elérjük a 4000 W -os tompítási teljesítményt, azonban a Triac hőmérsékletét alacsonyan kell tartani, és olyan közel kell lennie a szoba hőmérsékletéhez. Ha nagy teljesítményű terheléseket kíván szabályozni, ne felejtse el felszerelni egy nagy hűtőbordát vagy ventilátort az alkatrész lehűtésére. Az adatlap szerint ez a Triac számos alkalmazásban használható: „Az alkalmazások közé tartozik az ON/OFF funkció olyan alkalmazásokban, mint statikus relék, fűtésszabályozás, indukciós motor indító áramkörök stb., motorfordulatszám -szabályozók és hasonlók”.

C3 és R6, R4 és C4 snubberek. Egyszerűen fogalmazva, a zajcsökkentéshez Snubber áramköröket használnak, de további olvasáshoz vegye figyelembe az ST [3] AN437 alkalmazási megjegyzését. Az IC3 egy szúnyog nélküli Triac, azonban úgy döntöttem, hogy külső szaggató áramköröket is használok.

Az IC2 egy optoizolátor Triac [4], amelyet az IC3 szabályozására használnak. Ezenkívül megfelelő galvanikus szigetelést is biztosít. R5 korlátozza az IC2 diódaáramát.

Az IC4 a híres AMS1117 3.3V -os feszültségszabályozó [5], amely áramot biztosít a digitális alkatrészáramkörökhöz. A C1 csökkenti a bemeneti zajt, a C2 pedig a kimeneti zajt. A P1 egy 2 tűs XH dugó, amely a külső tápellátás csatlakoztatására szolgál. Bármilyen bemeneti feszültség 5 V és 9 V között elegendő.

Az IC5 az STM32F030F4 mikrokontroller és az áramkör szíve [6]. Minden utasítást tartalmaz a terhelés szabályozására. A P2 egy 2*2 -es férfi fejléc, amely interfészt biztosít a mikrovezérlő SWD -n keresztüli programozásához.

R7 és R8 felhúzó ellenállások a nyomógombokhoz. Ezért az MCU nyomógombos bemeneti csapjai aktív-alacsonyra vannak programozva. A C8, C9 és C10 a zaj csökkentésére szolgál az MCU adatlapja szerint. Az L1, C5, C6 és C7 csökkenti a tápellátási zajt, és építsen egy elsőrendű LC szűrőt (Pi) is, hogy erősebb szűrést biztosítson a bemeneti zajhoz.

Az IDC1 egy 2*7 (14 tűs) férfi IDC csatlakozó, amely egy megfelelő összeköttetés létrehozására szolgál az alaplap és a panellap között egy 14-utas lapos kábelen keresztül.

NYÁK -elrendezés [alaplap]

A 2. ábra az alaplap NYÁK-elrendezését mutatja. Ez egy kétrétegű NYÁK-kivitel. A tápegységek átmenő lyukak, a digitális alkatrészek pedig SMD.

2. lépés: 2. ábra, Az AC Dimmer alaplapjának NYÁK -elrendezése

Amint az a képen is látszik, a tábla két részre van felosztva, és optikailag el van szigetelve az IC1 és IC2 segítségével. Ezenkívül izolációs rést készítettem a NYÁK -on, IC2 és IC3 alatt. A nagyáramú vezetősíneket megerősítették mind a felső, mind az alsó réteggel, és összekötötték a Vias segítségével. Az IC3 a tábla szélére került, így könnyebb a hűtőborda felszerelése. Az IC5 kivételével nem lehetnek nehézségei az alkatrészek forrasztásával. A csapok vékonyak és közel vannak egymáshoz. Vigyázni kell, nehogy forrasztóhidakat képezzen a csapok között.

Az ipari minősítésű SamacSys komponenskönyvtárak használata a TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] és STM32F030F4 [11] rendszerekhez jelentősen csökkentette a tervezési időt és megelőzte a lehetséges hibákat. El sem tudom képzelni, mennyi időt vesztegettem, ha ezeket a sematikus szimbólumokat és NYÁK -nyomatokat a semmiből akartam tervezni. A Samacsys komponenskönyvtárak használatához használhatja a kedvenc CAD szoftveréhez tartozó bővítményt [12], vagy letöltheti a könyvtárakat a komponens-keresőmotorból. Minden SamacSys szolgáltatás/komponenskönyvtár ingyenes. Altium Designer -t használtam, ezért inkább a SamacSys Altium plugint használtam (3. ábra).

3. lépés: 3. ábra, A SamacSys Altium Plugin kiválasztott komponenskönyvtárai

A 4. ábra 3D nézeteket mutat a tábla tetejéről és aljáról. Az 5. ábra az összeszerelt alaplapi NYÁK -t mutatja felülnézetből, a 6. ábra pedig az összeszerelt alaplapi NYÁK -t alulnézetből. Az alkatrészek többsége a felső rétegen van forrasztva. Négy SMD alkatrész van forrasztva az alsó rétegen. A 6. ábrán a NYÁK szigetelési rése világos.

4. lépés: 4. ábra, 3D nézetek a NYÁK -tábláról

5. lépés: 5/6. Ábra, Összeszerelt alaplapi NYÁK (felülnézet/alulnézet)

Áramkör -elemzés [panel] A 7. ábra a panel sematikus diagramját mutatja. A SEG1 egy két számjegyű multiplexelt közös katódos hét szegmens.

6. lépés: 7. ábra, az AC dimmer panel vázlatos diagramja

Az R1-R7 ellenállások a hét szegmenses LED-ekre korlátozzák az áramot. Az IDC1 egy 7*2 (14 érintkezős) férfi IDC csatlakozó, így egy 14 utas lapos vezeték biztosítja a csatlakozást az alaplaphoz. Az SW1 és az SW2 tapintható nyomógombok. A P1 és P2 2 tűs XH dugós csatlakozók. Ezeket azoknak a felhasználóknak adtam, akik külső panel nyomógombokat szándékoznak használni a fedélzeti tapintható nyomógombok helyett.

A Q1 és Q2 N-csatornás MOSFET-ek [13], amelyek a hét szegmens minden egyes részének be- és kikapcsolására szolgálnak. Az R8 és R9 lehúzható ellenállások, amelyek alacsonyan tartják a MOSFET-ek kapucsapjait, hogy megakadályozzák a MOSFET-ek nem kívánt bekapcsolását.

NYÁK -elrendezés [panel]

A 8. ábra a panel panel NYÁK -elrendezését mutatja. Ez egy kétrétegű NYÁK lap, és az IDC csatlakozó és a tapintható nyomógombok kivételével minden alkatrész SMD.

7. lépés: 8. ábra, Az AC Dimmer panel panelének NYÁK -elrendezése

A hét szegmenses és nyomógombok kivételével (ha nem használ külső gombokat), más alkatrészek vannak forrasztva az alsó rétegen. Az IDC csatlakozó az alsó rétegen is forrasztva van.

Ugyanaz, mint az alaplap, a SamacSys ipari komponens könyvtárait (sematikus szimbólum, PCB lábnyom, 3D modell) használtam a 2N7002 [14] számára. A 9. ábra mutatja az Altium beépülő modult és a kiválasztott összetevőt, amelyet telepíteni kell a sematikus dokumentumba.

8. lépés: 9. ábra, Kiválasztott összetevő (2N7002) a SamacSys Altium bővítményből

A 10. ábra 3D nézeteket mutat a panel tetejéről és aljáról. A 11. ábra az összeszerelt tábla felülnézete, a 12. ábra az összeszerelt tábla alulnézete.

9. lépés: 10. ábra, 3D nézetek a panel tetejéről és aljáról

10. lépés: 11/12. Ábra, felül/alulnézet az összeszerelt panelről

A 13. ábra az AC dimmer kapcsolási rajzát mutatja. Ha oszcilloszkóp segítségével kívánja ellenőrizni a kimeneti hullámformát, akkor ne csatlakoztassa az oszcilloszkóp szonda földelővezetékét a fényerő -szabályozó kimenetéhez vagy sehova a hálózathoz.

Figyelem: Soha ne csatlakoztassa az oszcilloszkóp szondát közvetlenül a hálózathoz. A szonda földelővezetéke zárt hurkot építhet fel a hálózati csatlakozóval. Mindent felrobbantana az úton, beleértve az áramkört, a szondát, az oszcilloszkópot vagy akár magát

11. lépés: 13. ábra, Az AC dimmer bekötési rajza

Ennek a problémának a kiküszöbölésére 3 lehetőség közül választhat. Differenciálszonda, lebegő oszcilloszkóp (az oszcilloszkópok többsége földre vonatkoztatva), 220V-220V leválasztó transzformátor, vagy egyszerűen csak olcsó, lefelé irányuló transzformátor, például 220V-6V vagy 220V-12V stb. Használatával A videóban és a 11. ábrán az utolsó módszert (step-down transzformátor) használtam a kimenet ellenőrzésére.

A 14. ábra a teljes AC fényerő -szabályozó egységet mutatja. Két táblát kötöttem egy 14-utas lapos vezetékkel.

12. lépés: 14. ábra, komplett digitális váltóáramú fényerő -szabályozó egység

A 15. ábra a nulla-keresztezési pontokat és a Triac be-/kikapcsolási idejét mutatja. Világos, hogy az impulzus emelkedő/csökkenő szélét úgy tekintették, hogy nem szembesül villogással és instabilitással.

13. lépés: 15. ábra, Zero Crossing Points (lila hullámforma)

14. lépés: Anyagjegyzék

C3 és C4 esetén jobb 630V névleges kondenzátorokat használni.

15. lépés: Hivatkozások

Cikk:

[1]: TLP521 adatlap:

[2]: BTA26 adatlap:

[3]: AN437, ST alkalmazás megjegyzés:

[4]: MOC3021 Adatlap:

[5]: AMS1117-3.3 Adatlap:

[6]: STM32F030F4 Adatlap:

[7]: A TLP521 sematikus szimbóluma és NYÁK -nyoma:

[8]: A MOC3021 sematikus szimbóluma és NYÁK -nyoma:

[9]: A BTA26-600 sematikus szimbóluma és NYÁK-nyoma:

[10]: Az AMS1117-3.3 sematikus szimbóluma és NYÁK-nyoma:

[11]: Az STM32F030F4 sematikus szimbóluma és NYÁK -nyoma:

[12]: Elektronikus CAD-bővítmények:

[13]: 2N7002 Adatlap:

[14]: A 2N7002 sematikus szimbóluma és NYÁK -nyoma: