STM32 istifadə edən güclü rəqəmsal AC dimmer: 15 addım (şəkillərlə)

2024 Müəllif: John Day | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-01-30 07:42

Hesam Moshiri tərəfindən, [email protected]

AC yükləri bizimlə yaşayır! Çünki ətrafımızda hər yerdədirlər və heç olmasa məişət texnikası elektrik enerjisi ilə təmin olunur. Bir çox sənaye avadanlığı da tək fazalı 220V-AC ilə təchiz edilmişdir. Buna görə də, tez -tez lampa, AC mühərriki, tozsoran, qazma və s. Kimi AC yükünü tam idarə etməli olduğumuz vəziyyətlərlə üzləşirik. DC yükü qədər sadədir. Fərqli bir elektron dövrə və strategiyadan istifadə etməliyik. Üstəlik, rəqəmsal olaraq dizayn edilmiş bir AC dimmer, kritik bir tətbiq sayılır və mikro nəzarətçinin kodu diqqətlə və səmərəli yazılmalıdır. Bu yazıda iki hissədən ibarət olan təcrid olunmuş 4000W rəqəmsal AC dimmerini təqdim etdim: anakart və panel. Panel lövhəsi, istifadəçiyə çıxış gərginliyini rəvan şəkildə tənzimləməyə imkan verən iki düyməni və yeddi seqmentli ekranı təmin edir.

Addım 1: Şəkil 1, AC Dimmer Anakartının Şematik Diaqramı

IC1, D1 və R2 sıfır keçid nöqtələrini aşkar etmək üçün istifadə olunur. Sıfır keçid nöqtələri bir AC dimmer üçün olduqca vacibdir. IC1 [1], galvanik izolyasiya təmin edən bir optokuplördür. R1, səs -küyü azaldan və bütün dəyişiklikləri (həm yüksələn, həm də düşən kənarları) tutmağa imkan verən bir çəkmə müqavimətçisidir.

IC3, ST [2] tərəfindən 25A qiymətləndirilən bir Triacdır. Bu yüksək cərəyan reytinqi, 4000W karartma gücünə asanlıqla çatmağımıza imkan verir, lakin Triacın temperaturu aşağı və otaq istiliyinə yaxın olmalıdır. Yüksək güc yüklərini idarə etmək niyyətindəsinizsə, böyük bir soyuducu quraşdırmağı və ya komponenti soyutmaq üçün bir fan istifadə etməyi unutmayın. Məlumat cədvəlinə görə, bu Triac müxtəlif tətbiqlərdə istifadə edilə bilər: “Tətbiqlərə statik röleler, isitmə tənzimlənməsi, induksiya mühərrikinin işə salınma sxemləri və s., motor sürət tənzimləyiciləri və bənzərləri ".

C3 və R6, R4 və C4 snubberlərdir. Sadə bir şəkildə, Snubber sxemləri səs -küyü azaltmaq üçün istifadə olunur, lakin daha çox oxumaq üçün ST [3] -dən AN437 tətbiq qeydini nəzərdən keçirin. IC3, qüsursuz bir Triacdır, buna baxmayaraq xarici snubber sxemlərindən istifadə etmək qərarına gəldim.

IC2, IC3'ü idarə etmək üçün istifadə olunan bir optoizolator Triacdır [4]. Düzgün galvanik izolyasiya da edir. R5, IC2 -nin diod cərəyanını məhdudlaşdırır.

IC4, rəqəmsal hissə sxemlərinin gücünü təmin edən məşhur AMS1117 3.3V gərginlik tənzimləyicisidir [5]. C1 giriş səs -küyünü azaldır və C2 çıxış səs -küyünü azaldır. P1, cihaza xarici gücü bağlamaq üçün istifadə olunan 2 sancaqlı kişi XH konnektorudur. 5V -dan 9V -a qədər hər hansı bir giriş gərginliyi kifayətdir.

IC5, STM32F030F4 mikro nəzarətçisidir və dövrənin ürəyidir [6]. Yükü idarə etmək üçün bütün təlimatları verir. P2, mikro nəzarətçini SWD vasitəsilə proqramlaşdırmaq üçün bir interfeys təmin edən 2*2 kişi başlıqdır.

R7 və R8 düymələri üçün çəkmə rezistorlarıdır. Buna görə MCU-nun düymə giriş pinləri aktiv-aşağı olaraq proqramlaşdırılmışdır. MCU -nun məlumat cədvəlinə görə səs -küyü azaltmaq üçün C8, C9 və C10 istifadə olunur. L1, C5, C6 və C7, təchizat səs -küyünü azaldır, eyni zamanda giriş səs -küyü üçün daha güclü filtrasiya təmin etmək üçün birinci dərəcəli LC filtri (Pi) qurur.

IDC1, anakartla panel lövhəsi arasında 14 tərəfli düz bir kabel vasitəsilə düzgün bir əlaqə qurmaq üçün istifadə edilən 2*7 (14 sancaqlı) kişi IDC konnektorudur.

PCB Düzeni [anakart]

Şəkil-2, anakartın PCB planını göstərir. İki qatlı bir PCB dizaynıdır. Güc komponentləri dəlikdən keçir və rəqəmsal komponentlər SMD-dir.

Addım 2: Şəkil 2, AC Dimmer Anakartının PCB Düzeni

Şəkildə aydın olduğu kimi, lövhə iki hissəyə bölünür və IC1 və IC2 istifadə edərək optik olaraq təcrid olunur. PCB -də IC2 və IC3 altında bir izolyasiya boşluğu yaratdım. Yüksək cərəyan aparan yollar həm üst, həm də alt təbəqələrdən istifadə edilməklə gücləndirilmiş və Vias vasitəsilə bağlanmışdır. IC3 lövhənin kənarına yerləşdirildi, buna görə bir soyuducu quraşdırmaq daha asandır. IC5 istisna olmaqla komponentləri lehimləməkdə çətinlik çəkməməlisiniz. Sancaqlar nazik və bir -birinə yaxındır. Sancaqlar arasında lehim körpüləri yaratmamaq üçün diqqətli olmalısınız.

TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] və STM32F030F4 [11] üçün sənaye reytinqli SamacSys komponent kitabxanalarından istifadə edərək dizayn vaxtımı əhəmiyyətli dərəcədə azaldaraq mümkün səhvlərin qarşısını alırdım. Bu sxematik simvolları və PCB ayaq izlərini sıfırdan dizayn etmək niyyətindəsəm nə qədər vaxt itirdiyimi təsəvvür edə bilmirəm. Samacsys komponent kitabxanalarından istifadə etmək üçün ya sevdiyiniz CAD proqramı [12] üçün bir plagin istifadə edə bilərsiniz, ya da kitabxanaları komponent axtarış motorundan yükləyə bilərsiniz. Bütün SamacSys xidmətləri/komponent kitabxanaları pulsuzdur. Altium Designer istifadə etdim, buna görə SamacSys Altium plaginindən istifadə etməyi üstün tutdum (Şəkil 3).

Addım 3: Şəkil 3, SamacSys Altium Plugin -dən Seçilmiş Komponent Kitabxanaları

Şəkil 4, lövhənin yuxarı və aşağı tərəfdən 3D görünüşlərini göstərir. Şəkil 5, yuxarıdan görünüşdə yığılmış anakart PCB -ni göstərir və Şəkil 6, aşağıdan baxılan montaj lövhəsi PCB -ni göstərir. Komponentlərin əksəriyyəti üst təbəqədə lehimlənir. Alt təbəqədə dörd SMD komponenti lehimlənir. Şəkil-6-da, PCB-nin izolyasiya boşluğu aydındır.

Addım 4: Şəkil 4, PCB Kartından 3D Görünüşlər

Addım 5: Şəkil 5/6, Quraşdırılmış Anakart PCB (yuxarıdan görünüş/alt görünüş)

Dövrə Analizi [panel] Şəkil 7 panelin sxematik diaqramını göstərir. SEG1, iki rəqəmli multiplexed ümumi katot yeddi seqmentidir.

Addım 6: Şəkil 7, AC Dimmer Panelinin Şematik Diaqramı

R1-R7 rezistorları cərəyanı yeddi seqmentli LED-lərlə məhdudlaşdırır. IDC1, 7*2 (14 sancaqlı) kişi IDC konnektorudur, buna görə də 14 tərəfli düz tel anakartla əlaqə yaradır. SW1 və SW2 toxunma düymələridir. P1 və P2, 2 pinli XH kişi bağlayıcılardır. Onları toxunma düymələri yerinə xarici panel düymələrindən istifadə etmək niyyətində olan istifadəçilər üçün təqdim etdim.

Q1 və Q2, yeddi seqmentin hər bir hissəsini AÇMA/KAPATMA üçün istifadə olunan N Kanallı MOSFET-lərdir [13]. R8 və R9, MOSFET-lərin istənməyən tətiklənməsinin qarşısını almaq üçün MOSFET-lərin qapı sancaqlarını aşağı tutmaq üçün aşağı salınan rezistorlardır.

PCB Düzeni [panel]

Şəkil 8 panelin PCB planını göstərir. İki qatlı bir PCB lövhəsidir və IDC konnektoru və toxunma düymələri istisna olmaqla bütün komponentlər SMD -dir.

Addım 7: Şəkil 8, AC Dimmer Panelinin PCB Düzeni

Yeddi seqment və düymələr istisna olmaqla (xarici düymələrdən istifadə etmirsinizsə), digər komponentlər alt təbəqədə lehimlənir. IDC konnektoru da alt təbəqədə lehimlənir.

Anakartla eyni olaraq, 2N7002 üçün SamacSys sənaye komponent kitabxanalarından (sxematik simvol, PCB izi, 3D model) istifadə etdim [14]. Şəkil 9, Altium plaginini və Şematik sənəddə quraşdırılacaq seçilmiş komponenti göstərir.

Addım 8: SamacSys Altium Plugin -dən Şəkil 9, Seçilmiş Komponent (2N7002)

Şəkil 10, panelin yuxarı və aşağı tərəfdən 3D görünüşlərini göstərir. Şəkil 11, yığılmış panelin yuxarı görünüşünü və Şəkil 12, yığılmış panelin alt görünüşünü göstərir.

Addım 9: Şəkil 10, Panelin Üst və Altından 3D Görünüşlər

Addım 10: Şəkil 11/12, Yığılmış Paneldən Üst/Alt Görünüş

Nəticələr Şəkil 13, AC Dimmer -in naqillərinin diaqramını göstərir. Çıxış dalğa formasını bir osiloskopla yoxlamaq niyyətindəsinizsə, osiloskop zondunuzun əsas ucunu dimmer çıxışına və ya heç bir yerdə elektrik şəbəkəsinə bağlamamalısınız.

Diqqət: Osiloskop probunuzu heç vaxt birbaşa elektrik şəbəkəsinə bağlamayın. Zondun topraklama aparatı, elektrik terminalı ilə bağlı bir döngə qura bilər. Dövrəniz, zondunuz, osiloskopunuz və ya özünüz də daxil olmaqla yolda olan hər şeyi uçurardı

Addım 11: Şəkil 13, AC Dimmerin Bağlama Şeması

Bu problemi həll etmək üçün 3 seçiminiz var. Diferensial bir zond istifadə edərək, üzən bir osiloskop istifadə edərək (osiloskopların əksəriyyəti yerə istinad olunur), 220V-220V izolyasiya transformatoru istifadə edərək və ya sadəcə 220V-6V və ya 220V-12V kimi ucuz bir aşağı salınma transformatorundan istifadə edin. Videoda və rəqəm-11-də çıxışı yoxlamaq üçün son metodu (aşağıya endirmə transformatoru) istifadə etdim.

Şəkil 14, tam AC dimmer qurğusunu göstərir. 14 tərəfli düz bir tel istifadə edərək iki lövhə bağladım.

Addım 12: Şəkil 14, Tam Rəqəmsal AC Dəyişdirmə Birimi

Şəkil 15, sıfır keçid nöqtələrini və Triacın ON/OFF vaxtını göstərir. Aydın olduğu kimi, nəbzin həm yüksələn/düşən kənarının heç bir titrəmə və qeyri -sabitliklə üzləşməməsi düşünülmüşdür.

Addım 13: Şəkil 15, Sıfır Keçid Nöqtələri (Bənövşəyi Dalğa Forması)

Addım 14: Materiallar Bill

C3 və C4 üçün 630V nominal kondansatörlərdən istifadə etmək daha yaxşıdır.

Addım 15: İstinadlar

Məqalə:

[1]: TLP521 məlumat cədvəli:

[2]: BTA26 məlumat cədvəli:

[3]: AN437, ST Tətbiq Qeyd:

[4]: MOC3021 məlumat cədvəli:

[5]: AMS1117-3.3 məlumat cədvəli:

[6]: STM32F030F4 məlumat cədvəli:

[7]: TLP521 -in Şematik Simvolu və PCB Ayaq İzi:

[8]: MOC3021 -in Şematik Simvolu və PCB Ayaq İzi:

[9]: BTA26-600-in Şematik Simvolu və PCB Ayaq İzi:

[10]: AMS1117-3.3-ün Şematik Simvolu və PCB Ayaq İzi:

[11]: STM32F030F4 -ün Şematik Simvolu və PCB Ayaq İzi:

[12]: Elektron CAD Pluginləri:

[13]: 2N7002 məlumat cədvəli:

[14]: 2N7002 -nin Şematik Simvolu və PCB Ayaq İzi: