Dimmer i fuqishëm dixhital AC duke përdorur STM32: 15 hapa (me fotografi)

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:10

Nga Hesam Moshiri, [email protected]

Ngarkesat AC jetojnë me ne! Sepse ato janë kudo rreth nesh dhe të paktën pajisjet shtëpiake furnizohen me energji elektrike. Shumë lloje të pajisjeve industriale gjithashtu mundësohen me njëfazor 220V-AC. Prandaj, ne shpesh përballemi me situata që duhet të kemi kontroll të plotë (zbehje) mbi një ngarkesë AC, të tilla si një llambë, një motor AC, një fshesë me korrent, një stërvitje, … etj. Ne duhet të dimë se kontrolli i një ngarkese AC nuk është aq e thjeshtë sa një ngarkesë DC. Ne duhet të përdorim një qark dhe strategji të ndryshme elektronike. Për më tepër, nëse një ndriçues AC i projektuar në mënyrë dixhitale, ai konsiderohet një aplikim kritik për kohën, dhe kodi i mikrokontrolluesit duhet të shkruhet me kujdes dhe me efikasitet. Në këtë artikull, unë prezantova një ndriçues digjital AC të izoluar 4000W që përbëhet nga dy pjesë: pllaka kryesore dhe paneli. Bordi i panelit siguron dy butona shtyse dhe një ekran me shtatë segmente që i lejon përdoruesit të rregullojë tensionin e daljes pa probleme.

Hapi 1: Figura 1, Diagrami Skematik i Mainboard AC Dimmer

IC1, D1 dhe R2 përdoren për të zbuluar pikat e kalimit zero. Pikat e kalimit zero janë mjaft thelbësore për një zbehës AC. IC1 [1] është një optokoupler që siguron izolim galvanik. R1 është një rezistencë tërheqëse që zvogëlon zhurmën dhe na lejon të kapim të gjitha ndryshimet (si skajet në rritje ashtu edhe ato në rënie).

IC3 është një Triac i vlerësuar me 25A nga ST [2]. Ky vlerësim i lartë i rrymës na lejon të arrijmë lehtë fuqinë zbehëse 4000W, megjithatë, temperatura e Triac duhet të mbahet e ulët dhe sa më afër temperaturës së dhomës. Nëse keni ndërmend të kontrolloni ngarkesat me fuqi të lartë, mos harroni të montoni një ngrohës të madh ose të përdorni një ventilator për të ftohur përbërësin. Sipas fletës së të dhënave, ky Triac mund të përdoret në një sërë aplikimesh: “Aplikacionet përfshijnë funksionin ON/OFF në aplikacione të tilla si stalet statike, rregullimi i ngrohjes, qarqet e fillimit të motorit induksion, etj., Ose për funksionimin e kontrollit të fazës në zbehësit e dritës, kontrolluesit e shpejtësisë së motorit, dhe të ngjashme”.

C3 dhe R6, R4 dhe C4 janë snubberë. Me një term të thjeshtë, qarqet Snubber përdoren për të zvogëluar zhurmën, megjithatë për më shumë lexim, ju lutemi merrni parasysh shënimin e aplikimit AN437 nga ST [3]. IC3 është një Triac pa snubber, megjithatë, vendosa të përdor qarqe snubber të jashtëm gjithashtu.

IC2 është një optoisolator Triac [4] që përdoret për të kontrolluar IC3. Gjithashtu bën izolimin e duhur galvanik. R5 kufizon rrymën diodike të IC2.

IC4 është rregullatori i famshëm i tensionit AMS1117 3.3V [5] që siguron energji për qarqet e pjesëve dixhitale. C1 zvogëlon zhurmën hyrëse dhe C2 zvogëlon zhurmën e daljes. P1 është një lidhës XH mashkull me 2 kunja që përdoret për të lidhur fuqinë e jashtme me pajisjen. Çdo tension i hyrjes nga 5V në 9V është i mjaftueshëm.

IC5 është mikrokontrolluesi STM32F030F4 dhe zemra e qarkut [6]. Ai siguron të gjitha udhëzimet për të kontrolluar ngarkesën. P2 është një kokë mashkull 2*2 që siguron një ndërfaqe për të programuar mikrokontrolluesin përmes SWD.

R7 dhe R8 janë rezistencë tërheqëse për butonat e shtytjes. Prandaj, kunjat hyrëse të butonit të shtypjes të MCU janë programuar si aktivë-të ulët. C8, C9 dhe C10 përdoren për të zvogëluar zhurmën sipas fletës së të dhënave të MCU. L1, C5, C6 dhe C7 zvogëlojnë zhurmën e furnizimit, gjithashtu ndërtojnë një filtër LC të rendit të parë (Pi) për të siguruar filtrim më të fortë për zhurmën hyrëse.

IDC1 është një lidhës IDC mashkull 2*7 (14 kunja) që përdoret për të bërë një lidhje të duhur midis pllakës kryesore dhe panelit përmes një kabllo të sheshtë 14-drejtimëshe.

Paraqitja e PCB [pllaka kryesore]

Figura-2 tregon paraqitjen e PCB-së së pllakës kryesore. Shtë një dizajn PCB me dy shtresa. Komponentët e energjisë janë përmes vrimës dhe përbërësit dixhitalë janë SMD.

Hapi 2: Figura 2, Paraqitja e PCB -së e Pllakës kryesore të AC Dimmer

Siç është e qartë në imazh, bordi ndahet në dy pjesë dhe izolohet optikisht duke përdorur IC1 dhe IC2. Unë gjithashtu bëra një hendek izolimi në PCB, nën IC2 dhe IC3. Gjurmët e bartjes me rrymë të lartë janë forcuar duke përdorur të dyja shtresat e sipërme dhe të poshtme dhe të lidhura duke përdorur Vias. IC3 është vendosur në buzë të tabelës, kështu që është më e lehtë të montoni një ngrohës. Ju nuk duhet të keni vështirësi me bashkimin e përbërësve përveç IC5. Kunjat janë të hollë dhe afër njëri -tjetrit. Duhet të keni kujdes që të mos bëni ura lidhëse midis kunjave.

Përdorimi i bibliotekave të komponentëve të vlerësuar industrial SamacSys për TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] dhe STM32F030F4 [11], reduktoi ndjeshëm kohën time të projektimit dhe parandaloi gabimet e mundshme. Nuk mund ta imagjinoj sa kohë kam humbur nëse do të kisha ndërmend të hartoja këto simbole skematike dhe gjurmë të PCB nga e para. Për të përdorur bibliotekat e përbërësve Samacsys, ose mund të përdorni një shtojcë për programin tuaj të preferuar CAD [12] ose të shkarkoni bibliotekat nga motori i kërkimit të komponentëve. Të gjitha shërbimet/bibliotekat përbërëse të SamacSys janë falas. Kam përdorur Altium Designer, kështu që preferova të përdor shtojcën SamacSys Altium (Figura 3).

Hapi 3: Figura 3, Bibliotekat e Zgjedhura të Komponentëve Nga Shtojca SamacSys Altium

Figura 4 tregon pamje 3D nga pjesa e sipërme dhe e poshtme e tabelës. Figura 5 tregon PCB -në e bordit të grumbulluar nga një pamje e sipërme dhe figura 6 tregon PCB -në e bordit të montuar nga një pamje e poshtme. Shumica e përbërësve janë ngjitur në shtresën e sipërme. Katër përbërës SMD janë ngjitur në shtresën e poshtme. Në figurën 6, hendeku i izolimit të PCB është i qartë.

Hapi 4: Figura 4, Pamje 3D nga Bordi i PCB

Hapi 5: Figura 5/6, PCB e Asamblesë e Tabelave kryesore (Pamja e sipërme/Pamja e poshtme)

Analiza e qarkut [paneli] Figura 7 tregon diagramin skematik të panelit. SEG1 është një shtatë segment me katodë të përbashkët të shumëfishuar me dy shifra.

Hapi 6: Figura 7, Diagrami Skematik i Panelit të AC Dimmer

Rezistencat R1 deri R7 kufizojnë rrymën në LED-të me shtatë segmente. IDC1 është një lidhës mashkull IDC 7*2 (14 kunja), kështu që një tel i sheshtë me 14 drejtime siguron lidhjen me pllakën kryesore. SW1 dhe SW2 janë butona prekës. P1 dhe P2 janë lidhës meshkuj XH me 2 kunja. Unë i kam ofruar ato për përdoruesit që kanë ndërmend të përdorin butona të jashtëm të panelit në vend të butonave prekës në bord.

Q1 dhe Q2 janë MOSFET N-Channel [13] që përdoren për të ndezur/fikur secilën pjesë të shtatë segmenteve. R8 dhe R9 janë rezistencë tërheqëse për të mbajtur këmbët e portës së MOSFET-ve të ulëta, për të parandaluar nxitjen e padëshiruar të MOSFET-ve.

Paraqitja e PCB [paneli]

Figura 8 tregon paraqitjen e PCB të panelit. Ashtë një bord PCB me dy shtresa dhe të gjithë përbërësit përveç lidhësit IDC dhe butonat prekës janë SMD.

Hapi 7: Figura 8, Paraqitja e PCB e Panelit të AC Dimmer

Me përjashtim të shtatë segmenteve dhe butonave (nëse nuk përdorni butona të jashtëm), përbërësit e tjerë ngjiten në shtresën e poshtme. Lidhësi IDC është ngjitur gjithashtu në shtresën e poshtme.

Njësoj si pllaka kryesore, kam përdorur bibliotekat e përbërësve industrial SamacSys (simbol skematik, gjurmë PCB, model 3D) për 2N7002 [14]. Figura 9 tregon shtojcën Altium dhe përbërësin e zgjedhur që do të instalohet në dokumentin Skematik.

Hapi 8: Figura 9, Komponenti i zgjedhur (2N7002) Nga shtojca SamacSys Altium

Figura 10 tregon pamje 3D nga lart dhe poshtë panelit. Figura 11 tregon një pamje të sipërme nga tabela e montuar dhe figura 12 tregon një pamje të poshtme nga tabela e montuar.

Hapi 9: Figura 10, Pamje 3D nga pjesa e sipërme dhe e poshtme e panelit

Hapi 10: Figura 11/12, një pamje nga lart/poshtë nga tabela e mbledhur

Rezultatet Figura 13 tregon diagramin e instalimeve elektrike të Dimmer AC. Nëse keni ndërmend të kontrolloni formën e valës së daljes duke përdorur një oshiloskop, nuk duhet ta lidhni prizën tokësore të sondës së oshiloskopit tuaj me daljen e zbehësit ose askund në rrjet.

Kujdes: Asnjëherë mos e lidhni sondën tuaj të oshiloskopit direkt me rrjetin elektrik. Plumbi tokësor i sondës mund të ndërtojë një lak të mbyllur me terminalin e rrjetit. Do të hidhte në erë gjithçka në rrugë, përfshirë qarkun, sondën, oshiloskopin, apo edhe veten

Hapi 11: Figura 13, Diagrami i telave të Dimmer AC

Për të kapërcyer këtë problem, ju keni 3 mundësi. Duke përdorur një sondë diferenciale, duke përdorur një oshiloskop lundrues (shumica e oshiloskopëve referohen në tokë), duke përdorur një transformator izolimi 220V-220V, ose thjesht përdorni një transformator të lirë zbritës, të tillë si 220V-6V ose 220V-12V … etj. Në videon dhe figurën-11, kam përdorur metodën e fundit (transformator hap-poshtë) për të kontrolluar daljen.

Figura 14 tregon njësinë e plotë të zbehësit AC. Unë kam lidhur dy dërrasa duke përdorur një tel të sheshtë me 14 drejtime.

Hapi 12: Figura 14, një njësi e plotë dimmer digjitale AC

Figura 15 tregon pikat e kalimit zero dhe kohën ON/OFF të Triac. Siç është e qartë, si skaji në rritje/rënie i një pulsi u konsiderua se nuk përballej me ndezje dhe paqëndrueshmëri.

Hapi 13: Figura 15, Pikat Kryqëzuese Zero (Forma e Valës Vjollce)

Hapi 14: Fatura e Materialeve

Bettershtë më mirë të përdorni kondensatorë të vlerësuar 630V për C3 dhe C4.

Hapi 15: Referencat

Artikull:

[1]: Fleta e të dhënave TLP521:

[2]: Fleta e të dhënave BTA26:

[3]: AN437, Shënim i Aplikimit ST:

[4]: Fleta e të dhënave MOC3021:

[5]: Faqja e të dhënave AMS1117-3.3:

[6]: Fleta e të dhënave STM32F030F4:

[7]: Simbol Skematik dhe Gjurmë PCB e TLP521:

[8]: Simbol Skematik dhe Gjurmë PCB e MOC3021:

[9]: Simbol Skematik dhe Gjurmë PCB e BTA26-600:

[10]: Simbol Skematik dhe Gjurmë PCB e AMS1117-3.3:

[11]: Simbol Skematik dhe Gjurmë PCB e STM32F030F4:

[12]: Shtojcat elektronike CAD:

[13]: 2N7002 Fletë të dhëna:

[14]: Simbol Skematik dhe Gjurmë PCB e 2N7002: