Como conectar a carga à unidade de controle em microcircuitos

Um artigo sobre várias maneiras de conectar uma carga a uma unidade de controle de microcontrolador usando relés e tiristores.

Todo equipamento moderno, industrial e doméstico, é alimentado por eletricidade. Ao mesmo tempo, todo o seu circuito elétrico pode ser dividido em duas grandes partes: dispositivos de controle (controladores da palavra inglesa CONTROL - para controlar) e atuadores.

Cerca de vinte anos atrás, unidades de controle foram implementadas em microcircuitos de pequeno e médio grau de integração. Estas foram as séries de chips K155, K561, K133, K176 e similares. Eles são chamados circuitos digitais lógicos, uma vez que realizam operações lógicas nos sinais e os próprios sinais são digitais (discretos).

Assim como os contatos regulares: "fechado - aberto". Somente nesse caso esses estados são chamados, respectivamente, de "unidade lógica" e "zero lógico". A tensão da unidade lógica na saída do microcircuito está na faixa de metade da tensão de alimentação ao seu valor total, e a tensão do zero lógico para esses microcircuitos é geralmente de 0 a 0,4V.

O algoritmo de operação de tais unidades de controle foi realizado devido à conexão correspondente de microcircuitos, e seu número era bastante grande.

Atualmente, todas as unidades de controle são desenvolvidas com base em microcontroladores de vários tipos. Nesse caso, o algoritmo de operação é estabelecido não por uma conexão de circuito de elementos individuais, mas por um programa “costurado” no microcontrolador.

Nesse sentido, em vez de várias dezenas, ou mesmo centenas de microcircuitos, a unidade de controle contém um microcontrolador e vários microcircuitos para interação com o "mundo exterior". Mas, apesar de tal melhoria, os sinais da unidade de controle do microcontrolador ainda são os mesmos digitais que os dos microcircuitos antigos.

Está claro que a potência desses sinais não é suficiente para acender uma lâmpada, um motor e apenas um relé poderosos. Neste artigo, consideraremos de que maneira cargas poderosas podem ser conectadas a microcircuitos.

O mais maneiras simples de ligar a carga através de um relé. Na Figura 1, o relé é ativado usando o transistor VT1; para essa finalidade, uma unidade lógica é fornecida à sua base através do resistor R1 do microcircuito, o transistor se abre e liga o relé, que, com seus contatos (não mostrado), liga a carga.

A cascata mostrada na figura 2 funciona de maneira diferente: para ligar o relé, um 0 lógico deve aparecer na saída do microcircuito, que fechará o transistor VT3. Nesse caso, o transistor VT4 abrirá e ligará o relé. Usando o botão SB3, você pode ligar o relé manualmente.

Nas duas figuras, é possível ver que paralelos aos enrolamentos do relé, os diodos estão conectados e, com relação à tensão de alimentação na direção oposta (não condutora). Seu objetivo é suprimir o EMF de auto-indução (pode ser dez ou mais vezes a tensão de alimentação) quando o relé é desligado e protege os elementos do circuito.

Se no circuito não houver um, dois relés, mas muito mais, para conectá-los chip especializado ULN2003Apermitindo a conexão de até sete relés. Esse circuito de comutação é mostrado na Figura 3 e na Figura 4 a aparência de um relé moderno de tamanho pequeno.

A figura 5 mostra diagrama de conexão de carga usando tiristores optocoupler TO125-12.5-6 (em vez disso, sem alterar nada no circuito, você pode conectar um relé). Neste circuito, você deve prestar atenção à chave do transistor feita em dois transistores VT3, VT4. Essa complicação é causada pelo fato de que alguns microcontroladores, por exemplo, AT89C51, AT89C2051, durante a redefinição, são ligados por vários milissegundos e mantêm o nível lógico 1 em todos os pinos.Se a carga estiver conectada de acordo com o esquema mostrado na Figura 1, a carga será acionada imediatamente quando a energia for ligada, o que pode ser muito indesejável.

Para ativar a carga (neste caso, os LEDs dos tiristores do acoplador óptico V1, V2), um 0 lógico deve ser fornecido à base do transistor VT3 através do resistor R12, que abrirá o VT3 e o VT4. Este último acenderá os LEDs do opto-tiristor que se abrem e acendem a carga da rede. Os tiristores do acoplador óptico fornecem isolamento galvânico da rede do próprio circuito de controle, o que aumenta a segurança e a confiabilidade elétricas do circuito.

Algumas palavras sobre tiristores. Sem entrar em detalhes técnicos e características de tensão de corrente, podemos dizer que tiristor - Este é um diodo simples, eles ainda têm designações semelhantes. Mas o tiristor também possui um eletrodo de controle. Se for aplicado um impulso positivo em relação ao cátodo, mesmo a curto prazo, o tiristor será aberto.

No estado aberto, o tiristor permanecerá até que uma corrente flua através dele na direção direta. Essa corrente deve ter pelo menos algum valor chamado corrente de retenção. Caso contrário, o tiristor simplesmente não liga. Você pode desligar o tiristor apenas interrompendo o circuito ou aplicando uma tensão de polaridade reversa. Portanto, para perder as duas ondas de tensão alternada, é usada a conexão contra-paralela de dois tiristores (veja a Fig. 5).

Para não fazer tal inclusão são emitidos triacs ou em tríades burgueses. Neles já em um caso, dois tiristores são feitos, conectados ao contrário - em paralelo. O eletrodo de controle é comum.

A Figura 6 mostra a aparência e a pinagem dos tiristores, e a Figura 7 mostra o mesmo para os triacs.

A figura 8 mostra esquema para conectar um triac a um microcontrolador (saída de microcircuito) usando um tipo optotriac especial de baixa potência MOC3041.

Esse driver contém um LED conectado aos pinos 1 e 2 (a figura mostra uma visão do microcircuito de cima) e o próprio optotriac que, quando iluminado por um LED, abre (pinos 6 e 4) e, através do resistor R1, conecta o eletrodo de controle ao ânodo , devido ao qual um poderoso triac se abre.

O resistor R2 é projetado para que o triac não abra na ausência de um sinal de controle no momento da inicialização, e a cadeia C1, R3 é projetada para suprimir a interferência no momento da comutação. É verdade que o MOC3041 não cria nenhuma interferência especial, pois possui um circuito CROSS ZERO (transição de tensão através de 0) e a ativação ocorre no momento em que a tensão da rede elétrica passa apenas por 0.

Todos os circuitos considerados são isolados galvanicamente da rede elétrica, o que garante uma operação confiável e segurança elétrica com energia comutada significativa.

Se a energia for insignificante e o isolamento galvânico do controlador da rede não for necessário, é possível conectar os tiristores diretamente ao microcontrolador. Um esquema semelhante é mostrado na Figura 9.

Isto é um circuito Guirlanda de Natal produzidaClaro na China. Eletrodos de controle de tiristores MCR 100-6 a resistores conectado diretamente ao microcontrolador (localizado na placa sob uma gota de composto preto). A potência dos sinais de controle é tão pequena que o consumo de corrente para todos os quatro de uma vez, menos de 1 miliampere. Nesse caso, a tensão reversa é de até 800V e a corrente é de 0,8A. As dimensões gerais são as mesmas que para os transistores KT209.

É claro que em um pequeno artigo é impossível descrever todos os esquemas de uma só vez, mas, ao que parece, eles conseguiram contar os princípios básicos de seu trabalho. Não há dificuldades especiais aqui, todos os esquemas são testados na prática e, como regra, não causam sofrimento durante os reparos ou os feitos por conta própria.

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Boris Aladyshkin