Dimmer digital AC puternic folosind STM32: 15 pași (cu imagini)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:41

De Hesam Moshiri, [email protected]

Sarcini de curent alternativ locuiesc cu noi! Pentru că sunt peste tot în jurul nostru și cel puțin aparatele electrocasnice sunt alimentate cu curent. Multe tipuri de echipamente industriale sunt, de asemenea, alimentate cu monofazat de 220V-AC. Prin urmare, ne confruntăm frecvent cu situații în care trebuie să avem un control complet (estompare) asupra unei sarcini de curent alternativ, cum ar fi o lampă, un motor de curent alternativ, un aspirator, un burghiu, etc. etc. Ar trebui să știm că controlul unei sarcini de curent alternativ nu este la fel de simplu ca o sarcină DC. Trebuie să folosim un circuit și o strategie electronică diferită. Mai mult, dacă un dimmer de curent alternativ proiectat digital, este considerat o aplicație critică în timp, iar codul microcontrolerului trebuie scris cu atenție și eficient. În acest articol, am introdus un dimmer digital AC izolat de 4000 W care constă din două părți: placa principală și panoul. Panoul de bord oferă două butoane și un afișaj cu șapte segmente care permite utilizatorului să regleze tensiunea de ieșire fără probleme.

Pasul 1: Figura 1, Diagrama schematică a plăcii main AC Dimmer

IC1, D1 și R2 sunt utilizate pentru a detecta punctele de trecere zero. Punctele de trecere zero sunt destul de esențiale pentru un dimmer AC. IC1 [1] este un optocuplator care asigură izolarea galvanică. R1 este un rezistor de tragere care reduce zgomotul și ne permite să captăm toate modificările (atât marginile ascendente, cât și cele descendente).

IC3 este un Triac de 25A de la ST [2]. Această valoare ridicată a curentului ne permite să atingem cu ușurință puterea de diminuare de 4000 W, cu toate acestea, temperatura Triac trebuie menținută scăzută și cât mai aproape de temperatura camerei. Dacă intenționați să controlați sarcini de mare putere, nu uitați să montați un radiator mare sau să folosiți un ventilator pentru a răci componenta. Conform fișei tehnice, acest Triac poate fi utilizat într-o varietate de aplicații: „Aplicațiile includ funcția ON / OFF în aplicații precum relee statice, reglarea încălzirii, circuite de pornire a motorului cu inducție etc. sau pentru funcționarea controlului de fază în variațiile de lumină, regulatoare de viteză ale motorului și altele similare”.

C3 și R6, R4 și C4 sunt snubbers. Într-un termen simplu, circuitele Snubber sunt utilizate pentru a reduce zgomotul, cu toate acestea, pentru mai multe lecturi, vă rugăm să luați în considerare nota de aplicație AN437 de la ST [3]. IC3 este un Triac fără snubber, cu toate acestea, am decis să folosesc și circuite externe snubber.

IC2 este un Triac optoizolator [4] care este utilizat pentru controlul IC3. De asemenea, face o izolare galvanică adecvată. R5 limitează curentul diodei IC2.

IC4 este faimosul regulator de tensiune AMS1117 de 3,3 V [5] care asigură puterea pentru circuitele digitale ale pieselor. C1 reduce zgomotul de intrare și C2 reduce zgomotul de ieșire. P1 este un conector XH tată cu 2 pini care este utilizat pentru a conecta puterea externă la dispozitiv. Orice tensiune de intrare de la 5V la 9V este suficientă.

IC5 este microcontrolerul STM32F030F4 și inima circuitului [6]. Acesta oferă toate instrucțiunile pentru a controla sarcina. P2 este un antet masculin 2 * 2 care oferă o interfață pentru a programa microcontrolerul prin SWD.

R7 și R8 sunt rezistențe de tracțiune pentru butoane. Prin urmare, pinii de intrare ai butonului MCU sunt programați ca activ-jos. C8, C9 și C10 sunt utilizate pentru a reduce zgomotul conform fișei tehnice a MCU. L1, C5, C6 și C7 reduc zgomotul de alimentare, construiesc, de asemenea, un filtru LC de prim ordin (Pi) pentru a oferi o filtrare mai puternică pentru zgomotul de intrare.

IDC1 este un conector IDC tată 2 * 7 (14 pini) care este utilizat pentru a face o conexiune corectă între placa principală și placa de panou printr-un cablu plat cu 14 căi.

Aspect PCB [placă principală]

Figura 2 prezintă aspectul PCB al plăcii principale. Este un design PCB cu două straturi. Componentele de alimentare sunt orificiale și componentele digitale sunt SMD.

Pasul 2: Figura 2, Structura PCB a plăcii principale a variatorului de curent alternativ

După cum este clar în imagine, placa este împărțită în două părți și izolată optic folosind IC1 și IC2. De asemenea, am făcut un decalaj de izolare pe PCB, sub IC2 și IC3. Urmele de transport cu curent ridicat au fost consolidate folosind atât straturile superioare, cât și cele inferioare și legate prin Vias. IC3 a fost plasat la marginea plăcii, astfel încât este mai ușor să montați un radiator. Nu ar trebui să aveți dificultăți în lipirea componentelor, cu excepția IC5. Pinii sunt subțiri și apropiați unul de celălalt. Ar trebui să aveți grijă să nu faceți punți de lipit între ace.

Folosind bibliotecile de componente SamacSys clasificate industrial pentru TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] și STM32F030F4 [11], mi-am redus semnificativ timpul de proiectare și am prevenit posibilele greșeli. Nu-mi pot imagina cât timp pierdeam dacă intenționam să proiectez aceste simboluri schematice și amprente PCB de la zero. Pentru a utiliza bibliotecile de componente Samacsys, puteți utiliza fie un plugin pentru software-ul dvs. CAD preferat [12], fie descărcați bibliotecile din motorul de căutare a componentelor. Toate serviciile / bibliotecile de componente SamacSys sunt gratuite. Am folosit Altium Designer, așa că am preferat să folosesc pluginul SamacSys Altium (Figura 3).

Pasul 3: Figura 3, Biblioteci de componente selectate din pluginul SamacSys Altium

Figura 4 prezintă vederi 3D din partea de sus și de jos a plăcii. Figura 5 prezintă placa de bază asamblată dintr-o vedere de sus, iar figura 6 prezintă placa de bază asamblată dintr-o vedere de jos. Majoritatea componentelor sunt lipite pe stratul superior. Patru componente SMD sunt lipite pe stratul inferior. În figura 6, decalajul de izolare a PCB este clar.

Pasul 4: Figura 4, Vizualizări 3D de pe placa PCB

Pasul 5: Figura 5/6, placa de bază asamblată (vedere de sus / vedere de jos)

Analiza circuitului [panoul] Figura 7 prezintă schema schemei panoului. SEG1 este un catod comun multiplexat cu șapte segmente.

Pasul 6: Figura 7, Diagrama schematică a panoului AC Dimmer

Rezistențele R1 până la R7 limitează curentul la LED-urile cu șapte segmente. IDC1 este un conector IDC tată 7 * 2 (14 pini), deci un fir plat cu 14 căi asigură conexiunea la placa principală. SW1 și SW2 sunt butoane tactile. P1 și P2 sunt conectori XH cu 2 pini. Le-am oferit utilizatorilor care intenționează să utilizeze butoane externe în loc de butoane tactile la bord.

Q1 și Q2 sunt MOSFET-uri N-Channel [13] care sunt utilizate pentru a porni / opri fiecare parte a celor șapte segmente. R8 și R9 sunt rezistențe pull-down pentru a menține pinii de poartă ai MOSFET-urilor la un nivel scăzut, pentru a preveni declanșarea nedorită a MOSFET-urilor.

Aspect PCB [panou]

Figura 8 prezintă aspectul PCB al panoului. Este o placă PCB cu două straturi și toate componentele, cu excepția conectorului IDC și a butoanelor tactile, sunt SMD.

Pasul 7: Figura 8, Aspectul PCB al panoului AC Dimmer

Cu excepția butoanelor cu șapte segmente și a butoanelor (dacă nu utilizați butoane externe), alte componente sunt lipite pe stratul inferior. Conectorul IDC este, de asemenea, lipit pe stratul inferior.

La fel ca placa principală, am folosit bibliotecile de componente industriale SamacSys (simbol schematic, amprentă PCB, model 3D) pentru 2N7002 [14]. Figura 9 prezintă pluginul Altium și componenta selectată care urmează să fie instalată în documentul Schematic.

Pasul 8: Figura 9, Componenta selectată (2N7002) Din pluginul SamacSys Altium

Figura 10 prezintă vederi 3D din partea de sus și de jos a panoului. Figura 11 prezintă o vedere de sus din panoul asamblat și figura 12 prezintă o vedere de jos din panoul asamblat.

Pasul 9: Figura 10, Vizualizări 3D din partea de sus și de jos a panoului

Pasul 10: Figura 11/12, o vedere de sus / de jos din panoul asamblat

Rezultate Figura 13 prezintă schema de conectare a variatorului de curent alternativ. Dacă ați intenționat să verificați forma de undă de ieșire folosind un osciloscop, nu trebuie să conectați cablul de masă al sondei osciloscopului la ieșirea mai variabilă sau nicăieri pe rețea.

Atenție: Nu conectați niciodată sonda osciloscopului direct la rețea. Conductorul de la sol al sondei poate construi o buclă închisă cu terminalul de rețea. Ar arunca în aer tot ce se află în cale, inclusiv circuitul, sonda, osciloscopul sau chiar dvs

Pasul 11: Figura 13, Schema de cablare a variatorului de curent alternativ

Pentru a depăși această problemă, aveți 3 opțiuni. Folosind o sondă diferențială, folosind un osciloscop plutitor (majoritatea osciloscoapelor sunt referențiate la sol), folosind un transformator de izolare 220V-220V sau pur și simplu folosiți un transformator ieftin, cum ar fi 220V-6V sau 220V-12V … etc. În videoclip și în figura 11, am folosit ultima metodă (transformator cu trepte) pentru a verifica ieșirea.

Figura 14 prezintă unitatea completă de variație a curentului alternativ. Am conectat două plăci folosind un fir plat cu 14 căi.

Pasul 12: Figura 14, o unitate digitală digitală completă de curent alternativ

Figura 15 prezintă punctele de trecere zero și timpul de pornire / oprire al Triac. Așa cum este clar, atât marginea ascendentă / descendentă a unui impuls a fost considerată a nu se confrunta cu pâlpâire și instabilitate.

Pasul 13: Figura 15, Puncte de trecere zero (forma de undă violetă)

Pasul 14: Lista materialelor

Este mai bine să folosiți condensatori cu capacitate de 630V pentru C3 și C4.

Pasul 15: Referințe

Articol:

[1]: Foaie de date TLP521:

[2]: Foaie de date BTA26:

[3]: AN437, ST Notă de aplicare:

[4]: MOC3021 Foaie de date:

[5]: AMS1117-3.3 Foaie de date:

[6]: STM32F030F4 Foaie de date:

[7]: Simbol schematic și amprentă PCB a TLP521:

[8]: Simbol schematic și amprentă PCB a MOC3021:

[9]: Simbol schematic și amprentă PCB a BTA26-600:

[10]: Simbol schematic și amprentă PCB a AMS1117-3.3:

[11]: Simbol schematic și amprentă PCB a STM32F030F4:

[12]: Pluginuri CAD electronice:

[13]: 2N7002 Foaie de date:

[14]: Simbol schematic și amprentă PCB a 2N7002: