Изграждане на компактен и с ниска мощност твърдо тяло

Релетата са често срещани в много комутационни вериги, където се изисква управление (включване или изключване) на натоварване с променлив ток. Но поради електромеханичните характеристики, механичното реле има самостоятелен живот и освен това може да превключва само състоянието на товара и не може да извършва други превключващи операции като затъмняване или контрол на скоростта. Освен това, електромеханичното реле също произвежда звуци на щракане и искри с високо напрежение, когато огромни индуктивни товари се включват или изключват. Можете да разгледате статията за Работа на релета, за да научите повече за релетата, тяхната конструкция и видове.

Най-добрата алтернатива за електромеханично реле е полупроводниковото реле. Твърдото реле е вид полупроводниково реле, което може да се използва като заместител на електромеханично реле за управление на електрически товари. Той няма никакви намотки и следователно не се нуждае от магнитно поле, за да работи. Освен това няма пружини или механични контакти, следователно няма износване и може да работи при слаб ток. Тези полупроводникови релета, често разпознавани като SSR, използват полупроводници, които контролират функцията ON-OFF на товара, както и могат да се използват за контрол на скоростта на двигателите, както и димер. Също така използвахме полупроводниково устройство като TRIAC за управление на скоростта на двигателя и за контрол на интензивността на светлината при променлив товар в предишни проекти.

В този проект ще направим полупроводниково реле, използвайки един компонент и ще контролираме AC натоварване при работа от 230VAC. Спецификацията, използвана тук, е ограничена, ние избрахме 2А натоварване, за да се управлява с помощта на това полупроводниково реле. Целта е да се изгради компактна печатна платка за полупроводниково реле, което може да бъде директно свързано и управлявано с 3.3V GPIO пина на Nodemcu или ESP8266. За да постигнем това, ние сме произвели нашите платки от PCBWay и ще сглобим и тестваме същото в този проект. Така че нека да започнем !!!

Компоненти, необходими за изграждане на SSD реле

ПХБ
ACST210-8BTR
330R резистор ¼ ват
Клемен блок (300V 5A)
0805 LED с всякакъв цвят
150R резистор

Полупроводниково реле с TRIAC - верижна схема

Основният компонент е ACS Triac или ACST за кратко. Номерът на частта на ACST е ACST210-8BTR. Въпреки това, резисторът R1 се използва за свързване на микроконтролера или вторичната верига (управляваща верига) GND с AC Neutral. Стойността на резистора може да бъде всичко между 390R-470R или може да се използва и по-малко от това.

За повече информация относно работата на веригата тя е описана в раздела по-долу. Както бе споменато по-рано, основният компонент е T1, ACST210-8BTR. ACST е вид TRIAC и се нарича още триод за променлив ток.

Как работи ACS TRIAC (ASCT)?

Преди да разберете как работи ACST, е важно да разберете как работи TRIAC. TRIAC е електронен компонент с три терминала, който провежда ток в двете посоки, когато се задейства с помощта на неговата порта. По този начин се нарича двупосочен триоден тиристор. TRIAC има три терминала, където "A1" е анод 1, "A2" е анод 2, а "G" е Gate. Понякога се нарича също анод 1 и анод 2 или главен терминал 1 (MT1) и главен терминал 2 (MT2) съответно. Сега на портата на TRIAC трябва да се осигури малко количество ток от източника на променлив ток, използвайки Opto тиристори, например MOC3021.

Но ACST е малко по-различен от нормалния TRIAC. ACST е вид TRIAC от STMicroelectronics, но той може да бъде директно свързан с микроконтролерен блок и може да се задейства с малко количество DC, без да е необходим оптрон. Според листа с данни, ACST не изисква никаква снубер верига и за 2A индуктивно натоварване.

Горната схема е илюстрация на схемата за прилагане на ACST. Линията е LIVE линия на 230VAC и Неутралната линия е свързана с общия щифт на ACST. Резисторът на портата се използва за управление на изходния ток. Този резистор обаче може да се използва и в неутралната линия със земята или може да бъде елиминиран в зависимост от изходния ток на MCU.

Горното изображение илюстрира pinout на ACST. Едно интересно нещо е, че има разлика между щифта със стандартния TRIAC и ACS TRIAC. Стандартният TRIAC пиноут е показан по-долу за сравнение, това е BT136 TRIAC пиноут.

Както виждаме, вместо T1 и T2 (Терминал 1 и Терминал 2), ACST има Out и Common pin. Общият щифт трябва да бъде свързан със заземяващия щифт на микроконтролера. По този начин тя не действа толкова двупосочно, колкото TRIAC. Товарът трябва да бъде свързан последователно с ACST.

Твърдото реле с използване на TRIAC - PCB Design

Печатната платка е проектирана в размер 24 мм / 15 мм. Адекватният радиатор е осигурен през ACST с помощта на меден слой. Актуализираният Gerber за тази PCB обаче е предоставен в линка по-долу. Gerber се актуализира след тестването, защото имаше някои дизайнерски грешки.

По време на теста се използва ПХБ със същия размер с различната верига, където е дадена разпоредба на MOC3021, но по-късно тя се премахва в актуализирания Gerber.

Пълният дизайн на печатни платки, включващ файла Gerber и схемата, може да бъде изтеглен от връзката по-долу.

Изтеглете Gerber файл и PCB Design за SSD реле

Поръчка на печатни платки от PCBWay

Сега след финализиране на дизайна можете да продължите с поръчката на печатната платка:

Стъпка 1: Влезте в https://www.pcbway.com/, регистрирайте се, ако за първи път. След това в раздела PCB Prototype въведете размерите на вашата PCB, броя на слоевете и броя на PCB, който ви е необходим.

Стъпка 2: Продължете, като кликнете върху бутона „Цитирай сега“. Ще бъдете отведени на страница, където да зададете няколко допълнителни параметъра като тип платка, слоеве, материал за печатни платки, дебелина и други, повечето от тях са избрани по подразбиране, ако сте избрали някакви конкретни параметри, можете да изберете тук.

Стъпка 3: Последната стъпка е да качите файла Gerber и да продължите с плащането. За да се увери, че процесът е гладък, PCBWAY проверява дали вашият Gerber файл е валиден, преди да продължи с плащането. По този начин можете да сте сигурни, че вашата PCB е удобна за изработка и ще се свърже с вас като ангажирана.

Сглобяване на полупроводниковото реле

След няколко дни получихме нашата ПХБ в чист пакет и качеството на ПХБ беше добро както винаги. Най-горният и долният слой на дъската са показани по-долу.

Тъй като за първи път работех с ACST, нещата не се развиха според плана, както казах по-рано. Трябваше да направя някои промени. Последната схема след извършване на всички промени е показана по-долу. Не е нужно да се притеснявате за промените, защото те вече са направени и актуализирани във файла Gerber, който сте изтеглили от горния раздел.

Програмиране на ESP8266 за управление на нашето полупроводниково реле

Кодът е прост. Две GPIO щифта са налични в ESP8266-01. GPIO 0 е избран като щифт за бутон, а GPIO 2 е избран като щифт за реле. Когато прочетете щифта на бутона, ако бутонът бъде натиснат, релето ще промени състоянието ВКЛ. Или ИЗКЛ. Или обратно. За безпроблемна експлоатация обаче се използва и забавяне на отпадане. Можете да научите повече за премахването на превключвателя в свързаната статия. Тъй като кодът е много прост, няма да го обсъждаме тук. Пълният код може да бъде намерен в долната част на тази страница.

Тестване на нашето полупроводниково реле

Веригата е свързана с ESP8266-01 с източник на захранване 3.3V. Също така за целите на теста се използва 100-ватова крушка. Както можете да видите на горното изображение, аз захранвах нашия ESP модул с модул за захранване и използвах два бутона за включване и изключване на нашия товар.

При натискане на бутона светлината се включва. По-късно след тестването припоих както полупроводниковото реле, така и модула ESP826 върху една платка, за да постигна компактно решение, както е показано по-долу. Сега за демонстрационни цели използвахме бутон, за да включим товара, но в действителното приложение ще го включим дистанционно, като напишем съответно нашата програма.

Пълното обяснение и работещото видео можете да видите в линка по-долу. Надявам се, че проектът ви е харесал и сте научили нещо полезно, ако имате въпроси, моля, оставете ги в раздела за коментари по-долу или използвайте нашите форуми, за да започнете дискусия по този въпрос.