STM32 ашиглан хүчирхэг дижитал гүйдлийн бүдэгрүүлэгч: 15 алхам (зурагтай)

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:00

Хесам Мошири, [email protected]

АС ачаалал бидэнтэй хамт амьдардаг! Учир нь тэд бидний эргэн тойронд хаа сайгүй байдаг бөгөөд наад зах нь гэр ахуйн цахилгаан хэрэгслийг цахилгаан тэжээлээр хангадаг. Олон төрлийн үйлдвэрлэлийн тоног төхөөрөмжүүд нь нэг фазын 220V-AC-ээр тэжээгддэг. Тиймээс бид дэнлүү, хувьсах гүйдлийн мотор, тоос сорогч, өрөм гэх мэт хувьсах гүйдлийн ачааллыг бүрэн хянах (бүдэгрүүлэх) шаардлагатай нөхцөл байдалд байнга тулгардаг. DC ачаалал шиг энгийн. Бид өөр электрон хэлхээ, стратеги ашиглах ёстой. Нэмж дурдахад хэрэв AC диммерийг дижитал хэлбэрээр бүтээсэн бол энэ нь цаг хугацааны хувьд чухал програм гэж тооцогддог бөгөөд микроконтроллерын кодыг анхааралтай, үр дүнтэй бичих ёстой. Энэ нийтлэлд би эх хавтан ба самбар гэсэн 2 хэсгээс бүрдсэн тусгаарлагдсан 4000 Вт дижитал хувьсах гүйлгээг танилцууллаа. Самбарын самбар нь хоёр товчлууртай товчлуур ба долоон сегмент бүхий дэлгэцтэй бөгөөд хэрэглэгч гаралтын хүчдэлийг жигд тохируулах боломжийг олгодог.

Алхам 1: Зураг 1, AC Диммерийн үндсэн самбарын бүдүүвч диаграм

IC1, D1, R2 нь тэг огтлолцох цэгүүдийг илрүүлэхэд хэрэглэгддэг. Тэг огтлолцох цэгүүд нь хувьсах гүйдлийн диммерийн хувьд маш чухал юм. IC1 [1] бол гальваник тусгаарлагчийг өгдөг оптик холбогч юм. R1 бол дуу чимээг багасгадаг бөгөөд бүх өөрчлөлтийг авах боломжийг олгодог татах эсэргүүцэл юм.

IC3 бол ST -ийн 25A үнэлгээтэй Triac юм [2]. Энэхүү өндөр гүйдлийн зэрэглэл нь 4000 Вт -ийн бүдэгрүүлэх чадварт амархан хүрэх боломжийг олгодог боловч Триакийн температурыг өрөөний температуртай ойролцоо байлгах ёстой. Хэрэв та өндөр хүчдэлийн ачааллыг хянах гэж байгаа бол том хөргөгч суурилуулах эсвэл сэнс ашиглахаа бүү мартаарай. Мэдээллийн хүснэгтийн дагуу энэхүү Triac -ийг янз бүрийн хэрэглээнд ашиглаж болно., моторын хурд хянагч гэх мэт.

C3 ба R6, R4 ба C4 нь snubbers юм. Энгийн үгээр хэлэхэд Snubber хэлхээг дуу чимээг багасгахад ашигладаг боловч илүү ихийг уншихын тулд ST [3] -аас өгсөн AN437 програмын тайлбарыг анхаарч үзээрэй. IC3 бол үл үзэгдэх триак боловч би гаднах snubber хэлхээг ашиглахаар шийдсэн.

IC2 бол IC3 -ийг хянахад ашигладаг оптиколятор триак [4] юм. Энэ нь мөн зөв гальваник тусгаарлалтыг бий болгодог. R5 нь IC2 диодын гүйдлийг хязгаарладаг.

IC4 бол дижитал хэсгийн хэлхээний хүчийг өгдөг алдарт AMS1117 3.3V хүчдэлийн зохицуулагч [5] юм. C1 нь оролтын дуу чимээг, С2 нь гаралтын дуу чимээг бууруулдаг. P1 бол гадны хүчийг төхөөрөмжид холбоход ашигладаг 2 зүү эрэгтэй XH холбогч юм. 5V -аас 9V хүртэлх аливаа оролтын хүчдэл хангалттай.

IC5 нь STM32F030F4 микроконтроллер бөгөөд хэлхээний зүрх юм [6]. Энэ нь ачааллыг хянах бүх зааврыг өгдөг. P2 бол 2*2 хэмжээтэй эрэгтэй толгой бөгөөд SWD -ээр дамжуулан микроконтроллерыг програмчлах интерфейсийг хангадаг.

R7 ба R8 нь түлхэх товчлуурыг татах эсэргүүцэл юм. Тиймээс MCU-ийн товчлуурын оролтын зүү нь идэвхтэй-бага гэж програмчлагдсан байдаг. C8, C9, C10 нь MCU -ийн мэдээллийн хүснэгтийн дагуу дуу чимээг багасгахад ашиглагддаг. L1, C5, C6, C7 нь нийлүүлэлтийн дуу чимээг бууруулж, оролтын дуу чимээг илүү хүчтэй шүүлтүүрээр хангахын тулд LC шүүлтүүрийг (Pi) хамгийн анхны захиалгаар бүтээдэг.

IDC1 нь 14*хавтгай кабелиар эх хавтан болон самбарын хооронд зөв холболт хийхэд ашигладаг 2*7 (14 зүү) эрэгтэй IDC холбогч юм.

ПХБ -ийн зохион байгуулалт [эх хавтан]

Зураг-2 нь эх хавтангийн ПХБ-ийн байршлыг харуулав. Энэ бол хоёр давхар ПХБ-ийн загвар юм. Цахилгаан бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь нүхээр дамждаг бөгөөд дижитал бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь SMD юм.

Алхам 2: Зураг 2, AC Dimmer -ийн самбар дээрх ПХБ -ийн байршил

Зураг дээр тодорхой харагдаж байгаа шиг самбарыг хоёр хэсэгт хувааж, IC1 ба IC2 ашиглан оптик тусгаарласан болно. Би бас ПХБ дээр IC2 ба IC3 дагуу тусгаарлах цоорхой хийсэн. Өндөр гүйдэл дамжуулах замыг дээд ба доод давхаргыг ашиглан бэхжүүлж, Виас ашиглан холбосон. IC3 -ийг самбарын ирмэг дээр байрлуулсан тул халаагуур суурилуулах нь илүү хялбар байдаг. IC5 -ээс бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг гагнахад бэрхшээл гарах ёсгүй. Зүү нь нимгэн бөгөөд хоорондоо ойрхон байдаг. Зүү хооронд гагнуур хийхээс болгоомжлох хэрэгтэй.

TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10], STM32F030F4 [11] -ийн үйлдвэрлэлийн үнэлгээтэй SamacSys бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн санг ашиглах нь миний дизайны хугацааг эрс багасгаж, гарч болзошгүй алдаанаас урьдчилан сэргийлсэн. Хэрэв би эдгээр бүдүүвч тэмдэг, ПХБ -ийн ул мөрийг эхнээс нь зохион бүтээхээр төлөвлөж байсан бол хичнээн их цаг алдаж байснаа төсөөлж чадахгүй байна. Samacsys-ийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын санг ашиглахын тулд та дуртай CAD програм хангамжийнхаа өргөтгөлийг ашиглаж болно [12] эсвэл бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хайлтын системээс номын санг татаж авах боломжтой. SamacSys -ийн бүх үйлчилгээ/бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын сан үнэ төлбөргүй байдаг. Би Altium Designer -ийг ашигласан тул SamacSys Altium залгаасыг ашиглахыг илүүд үзсэн (Зураг 3).

Алхам 3: Зураг 3, SamacSys Altium Plugin -ээс сонгосон бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын сан

Зураг 4 дээр самбарын дээд ба доод талаас 3D дүрслэлийг харуулав. Зураг 5 -т угсарсан эх хавтангийн ПХБ -ийг дээд талаас нь, Зураг 6 -д угсарсан хавтангийн ПХБ -ийг доод талаас нь харуулав. Ихэнх бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг дээд давхарга дээр гагнадаг. Доод давхарга дээр SMD -ийн дөрвөн бүрэлдэхүүн хэсгийг гагнаж байна. Зураг-6-д ПХБ-ийн тусгаарлах ялгаа тодорхой байна.

Алхам 4: Зураг 4, ПХБ -ийн самбараас 3D үзэмж

Алхам 5: Зураг 5/6, Угсарсан эх хавтангийн ПХБ (дээд харах/доод харах)

Хэлхээний шинжилгээ [самбар] Зураг 7 -д самбарын бүдүүвч диаграммыг харуулав. SEG1 бол долоон сегмент бүхий хоёр оронтой мултиплекслэгдсэн нийтлэг катод юм.

Алхам 6: Зураг 7, AC Диммерийн самбарын бүдүүвч диаграм

R1-ээс R7 хүртэлх резистор нь долоон сегментийн LED-ийн гүйдлийг хязгаарладаг. IDC1 нь 7*2 (14 зүү) эрэгтэй IDC холбогч тул 14 талын хавтгай утас нь эх хавтантай холбогдох боломжийг олгодог. SW1 ба SW2 нь хүрэлцэх товчлуур юм. P1 ба P2 нь 2 зүүтэй XH эрэгтэй холбогч юм. Би тэдгээрийг самбар дээрх мэдрэгчтэй товчлуурын оронд гаднах самбарын товчлуурыг ашиглахаар төлөвлөж буй хэрэглэгчдэд зориулж өгсөн.

Q1 ба Q2 нь долоон сегментийн хэсэг бүрийг асаах/унтраахад ашигладаг N-Channel MOSFETs [13] юм. R8 ба R9 нь MOSFET-ийн хүсээгүй өдөөлтөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд MOSFET-ийн хаалганы тээглүүрийг бага барих эсэргүүцэл юм.

ПХБ -ийн зохион байгуулалт [самбар]

Зураг 8 -д самбарын ПХБ -ийн байршлыг харуулав. Энэ нь хоёр давхар ПХБ самбар бөгөөд IDC холбогч болон хүрэлцэх товчлуураас бусад бүх бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь SMD юм.

Алхам 7: Зураг 8, AC Dimmer -ийн самбарын ПХБ -ийн зохион байгуулалт

Долоон сегмент ба товчлууруудаас бусад тохиолдолд (хэрэв та гадаад товчлуур ашиглахгүй бол) бусад бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг доод давхаргад гагнадаг. IDC холбогчийг мөн доод давхаргад гагнана.

Үндсэн самбартай адил би 2N7002 -ийн SamacSys үйлдвэрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн номын санг (схемийн тэмдэг, ПХБ -ийн ул мөр, 3D загвар) ашигласан [14]. Зураг 9 -д Altium залгаас болон схемийн баримт бичигт суулгасан бүрэлдэхүүн хэсгийг харуулав.

Алхам 8: Зураг 9, SamacSys Altium Plugin -ээс сонгосон бүрэлдэхүүн хэсэг (2N7002)

Зураг 10 -д самбарын дээд ба доод талаас 3D үзэмжийг харуулав. 11 -р зурагт угсарсан самбарын дээд талын зураг, 12 -р зурагт угсарсан хавтангийн доод талын зургийг харуулав.

Алхам 9: Зураг 10, Самбарын дээд ба доод талаас 3D үзэмж

Алхам 10: Зураг 11/12, угсарсан самбараас дээд/доод талаас харах

Үр дүн 13 -р зурагт AC Диммерийн холболтын диаграммыг харуулав. Хэрэв та осциллограф ашиглан гаралтын долгионы хэлбэрийг шалгахаар төлөвлөж байсан бол осциллографын датчикны газардуулгыг бүдэгрүүлэгч гаралттай эсвэл сүлжээнд хаана ч холбож болохгүй.

Анхаарна уу: Осциллограф датчикийг хэзээ ч шууд сүлжээнд холбож болохгүй. Сорьцын газардуулгын шугам нь сүлжээний терминалтай хаалттай гогцоо үүсгэж болно. Энэ нь таны тойрог зам, датчик, осциллограф, тэр ч байтугай өөрийгөө оруулаад замд байгаа бүх зүйлийг дэлбэлнэ

Алхам 11: Зураг 13, AC диммерийн холболтын диаграм

Энэ асуудлыг даван туулахын тулд танд 3 сонголт байна. Дифференциал датчик ашиглан хөвөгч осциллограф ашиглан (осциллографын дийлэнх хэсгийг газардуулгад ашигладаг), 220В-220В-ийн тусгаарлах трансформаторыг ашиглах, эсвэл 220V-6V эсвэл 220V-12V гэх мэт хямдхан бууруулдаг трансформаторыг ашиглах гэх мэт. Видео болон зураг-11-д би гаралтыг шалгах хамгийн сүүлийн аргыг (буурах трансформатор) ашигласан.

14 -р зурагт хувьсах гүйдлийн диммер төхөөрөмжийг бүрэн харуулав. Би хоёр талын самбарыг 14 талын хавтгай утсаар холбосон.

Алхам 12: Зураг 14, Дижитал хувьсах гүйдлийн бүрэн тохируулагч төхөөрөмж

Зураг 15-т тэг огтлолцох цэгүүд болон Триакийн ON/OFF хугацааг харуулав. Ойлгомжтой байгаа шиг судасны цохилтын өсөлт/уналтын ирмэг хоёулаа ямар ч анивчдаггүй, тогтворгүй байдалд ордоггүй гэж үздэг.

Алхам 13: Зураг 15, Тэг огтлолын цэгүүд (Нил ягаан долгионы хэлбэр)

Алхам 14: Билл материал

C3 ба C4 -ийн хувьд 630V нэрлэсэн конденсаторыг ашиглах нь дээр.

Алхам 15: Ашигласан материал

Нийтлэл:

[1]: TLP521 мэдээллийн хуудас:

[2]: BTA26 мэдээллийн хуудас:

[3]: AN437, ST програмын тэмдэглэл:

[4]: MOC3021 мэдээллийн хуудас:

[5]: AMS1117-3.3 мэдээллийн хуудас:

[6]: STM32F030F4 мэдээллийн хуудас:

[7]: TLP521 -ийн бүдүүвч тэмдэг ба ПХБ -ийн ул мөр:

[8]: MOC3021 -ийн схемийн тэмдэг ба ПХБ -ийн ул мөр:

[9]: BTA26-600-ийн бүдүүвч тэмдэг ба ПХБ-ийн ул мөр:

[10]: AMS1117-3.3-ийн схемийн тэмдэг ба ПХБ-ийн ул мөр:

[11]: STM32F030F4 -ийн бүдүүвч тэмдэг ба ПХБ -ийн ул мөр:

[12]: Цахим CAD залгаасууд:

[13]: 2N7002 мэдээллийн хуудас:

[14]: 2N7002 -ийн бүдүүвч тэмдэг ба ПХБ -ийн ул мөр: