Dimmer AC Digital Kuat Menggunakan STM32: 15 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:06

Oleh Hesam Moshiri, [email protected]

Beban AC tinggal bersama kami! Kerana ia ada di mana-mana di sekitar kita dan sekurang-kurangnya peralatan rumah dibekalkan dengan kuasa utama. Banyak jenis peralatan industri juga dikuasakan dengan 220V-AC fasa tunggal. Oleh itu, kita sering menghadapi situasi yang memerlukan kawalan penuh (peredupan) terhadap beban AC, seperti lampu, motor AC, pembersih vakum, gerudi, dll. Kita harus tahu bahawa mengawal beban AC tidak semudah beban DC. Kita harus menggunakan rangkaian dan strategi elektronik yang berbeza. Lebih-lebih lagi, jika dimmer AC yang dirancang secara digital, ia dianggap sebagai aplikasi yang sangat penting untuk masa, dan kod mikrokontroler mesti ditulis dengan teliti dan cekap. Dalam artikel ini, saya memperkenalkan dimmer AC digital 4000W terpencil yang terdiri daripada dua bahagian: papan utama dan panel. Papan panel menyediakan dua butang tekan dan paparan tujuh segmen yang membolehkan pengguna menyesuaikan voltan keluaran dengan lancar.

Langkah 1: Rajah 1, Skema Diagram Mainboard AC Dimmer

IC1, D1, dan R2 digunakan untuk mengesan titik persilangan sifar. Titik persilangan sifar sangat penting untuk dimmer AC. IC1 [1] adalah optocoupler yang menyediakan pengasingan galvanik. R1 adalah resistor pullup yang mengurangkan kebisingan dan membolehkan kita menangkap semua perubahan (kedua sisi naik dan turun).

IC3 adalah Triac berkadar 25A dari ST [2]. Peringkat semasa yang tinggi ini membolehkan kita mencapai daya peredupan 4000W dengan mudah, namun suhu Triac mesti dijaga rendah dan hampir dengan suhu bilik. Sekiranya anda berhasrat untuk mengawal beban daya tinggi, jangan lupa untuk memasang heatsink besar atau menggunakan Kipas untuk menyejukkan komponen. Menurut lembar data, Triac ini dapat digunakan dalam berbagai aplikasi: “Aplikasi termasuk fungsi ON / OFF dalam aplikasi seperti relay statik, regulasi pemanasan, litar permulaan motor induksi, dll., Atau untuk operasi kontrol fasa dalam dimmer cahaya, pengawal kelajuan motor, dan serupa”.

C3 dan R6, R4 dan C4 adalah snubber. Secara sederhana, rangkaian Snubber digunakan untuk mengurangkan kebisingan, namun untuk lebih banyak membaca, harap perhatikan catatan aplikasi AN437 dari ST [3]. IC3 adalah Triac tanpa snubber, namun, saya memutuskan untuk menggunakan litar snubber luaran juga.

IC2 adalah optoisolator Triac [4] yang digunakan untuk mengawal IC3. Ia juga membuat pengasingan galvanik yang betul. R5 menghadkan arus diod IC2.

IC4 adalah pengatur voltan 3.3V AMS1117 yang terkenal [5] yang memberikan kuasa untuk litar bahagian digital. C1 mengurangkan kebisingan input dan C2 mengurangkan kebisingan output. P1 adalah penyambung XH lelaki 2 pin yang digunakan untuk menyambungkan kuasa luaran ke peranti. Sebarang voltan input dari 5V hingga 9V sudah mencukupi.

IC5 adalah mikrokontroler STM32F030F4 dan jantung litar [6]. Ia memberikan semua arahan untuk mengawal beban. P2 adalah header lelaki 2 * 2 yang menyediakan antara muka untuk memprogram mikrokontroler melalui SWD.

R7 dan R8 adalah perintang penarik untuk butang tekan. Oleh itu, pin input butang MCU diprogramkan sebagai rendah aktif. C8, C9, dan C10 digunakan untuk mengurangi kebisingan sesuai dengan lembar data MCU. L1, C5, C6, dan C7 mengurangi kebisingan bekalan, juga membangun penapis LC pesanan pertama (Pi) untuk memberikan penyaringan yang lebih kuat untuk kebisingan input.

IDC1 adalah penyambung IDC lelaki 2 * 7 (14 pin) yang digunakan untuk membuat sambungan yang betul antara papan utama dan papan panel melalui kabel rata 14-arah.

Susun atur PCB [papan utama]

Rajah-2 menunjukkan susun atur PCB papan induk. Ia adalah reka bentuk PCB dua lapisan. Komponen kuasa adalah melalui lubang dan komponen digital adalah SMD.

Langkah 2: Gambar 2, Susun atur PCB Papan Papan AC Dimmer

Seperti yang jelas dalam gambar, papan dibahagikan kepada dua bahagian dan diasingkan secara optik menggunakan IC1 dan IC2. Saya juga membuat jurang pengasingan pada PCB, di bawah IC2 dan IC3. Jalur membawa arus tinggi telah diperkuat menggunakan lapisan atas dan bawah dan diikat menggunakan Vias. IC3 telah diletakkan di tepi papan, jadi lebih mudah untuk memasang heatsink. Anda tidak perlu menghadapi masalah untuk menyolder komponen kecuali IC5. Pin nipis dan berdekatan antara satu sama lain. Anda harus berhati-hati untuk tidak membuat jambatan solder antara pin.

Dengan menggunakan perpustakaan komponen SamacSys yang diperingkat industri untuk TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10], dan STM32F030F4 [11], dengan ketara mengurangkan masa reka bentuk saya dan mencegah kemungkinan kesilapan. Saya tidak dapat membayangkan berapa banyak masa yang saya sia-siakan sekiranya saya berhasrat untuk merancang simbol skematik dan jejak kaki PCB ini dari awal. Untuk menggunakan perpustakaan komponen Samacsys, anda boleh menggunakan pemalam untuk perisian CAD kegemaran anda [12] atau memuat turun perpustakaan dari mesin carian komponen. Semua perpustakaan perkhidmatan / komponen SamacSys adalah percuma. Saya menggunakan Altium Designer, Oleh itu, saya lebih suka menggunakan pemalam SamacSys Altium (Rajah 3).

Langkah 3: Rajah 3, Perpustakaan Komponen Terpilih Dari Plugin SamacSys Altium

Gambar 4 menunjukkan paparan 3D dari bahagian atas dan bawah papan. Rajah 5 menunjukkan PCB papan induk yang dipasang dari pandangan atas dan gambar 6 menunjukkan PCB papan utama yang dipasang dari pandangan bawah. Sebilangan besar komponen disolder pada lapisan atas. Empat komponen SMD disolder pada lapisan bawah. Pada gambar-6, jurang pengasingan PCB jelas.

Langkah 4: Gambar 4, Paparan 3D Dari Papan PCB

Langkah 5: Rajah 5/6, PCB Mainboard Berkumpul (Paparan atas / Paparan bawah)

Analisis Litar [panel] Rajah 7 menunjukkan rajah skema panel. SEG1 adalah dua digit segmen tujuh-katod separa sepunya.

Langkah 6: Rajah 7, Skema Diagram Panel AC Dimmer

Perintang R1 hingga R7 menghadkan arus ke LED tujuh segmen. IDC1 adalah penyambung IDC lelaki 7 * 2 (14 pin), jadi wayar rata 14-way menyediakan sambungan ke papan utama. SW1 dan SW2 adalah tombol tekan taktil. P1 dan P2 adalah penyambung lelaki XH 2-pin. Saya telah menyediakannya untuk pengguna yang bermaksud menggunakan butang panel luaran dan bukannya butang tekan taktil di atas kapal.

Q1 dan Q2 adalah N-Channel MOSFET [13] yang digunakan untuk menghidupkan / mematikan setiap bahagian tujuh segmen. R8 dan R9 adalah perintang tarik untuk menahan pin pintu MOSFET rendah, untuk mengelakkan pencetus MOSFET yang tidak diingini.

Susun atur PCB [panel]

Rajah 8 menunjukkan susun atur papan PCB. Ia adalah papan PCB dua lapisan dan semua komponen kecuali penyambung IDC dan tombol tekan taktil adalah SMD.

Langkah 7: Gambar 8, Susun atur PCB dari Panel Dimmer AC Dimmer

Kecuali untuk tujuh segmen dan butang tekan (jika anda tidak menggunakan butang luaran), komponen lain disolder pada lapisan bawah. Penyambung IDC juga disolder pada lapisan bawah.

Sama seperti papan utama, saya menggunakan perpustakaan komponen industri SamacSys (simbol skematik, jejak PCB, model 3D) untuk 2N7002 [14]. Gambar 9 menunjukkan plugin Altium dan komponen yang dipilih untuk dipasang dalam dokumen Skematik.

Langkah 8: Gambar 9, Komponen Terpilih (2N7002) Dari Plugin SamacSys Altium

Gambar 10 menunjukkan paparan 3D dari bahagian atas dan bawah papan panel. Gambar 11 menunjukkan pandangan atas dari papan panel yang dipasang dan gambar 12 menunjukkan pandangan bawah dari papan panel yang dipasang.

Langkah 9: Gambar 10, Paparan 3D Dari Bahagian Atas dan Bawah Panel Papan

Langkah 10: Gambar 11/12, Paparan Atas / bawah Dari Papan Panel Berkumpul

HasilRajah 13 menunjukkan rajah pendawaian AC Dimmer. Sekiranya anda ingin memeriksa bentuk gelombang output menggunakan osiloskop, anda tidak boleh menyambungkan plumbum probe osiloskop anda ke output redup atau di mana-mana.

Perhatian: Jangan sesekali menyambungkan probe osiloskop anda terus ke saluran elektrik. Pemimpin tanah probe dapat membina gelung tertutup dengan terminal utama. Ia akan meletupkan semua yang ada di jalan, termasuk litar, probe, osiloskop, atau juga diri anda

Langkah 11: Rajah 13, Rajah Pendawaian AC Dimmer

Untuk mengatasi masalah ini, anda mempunyai 3 pilihan. Menggunakan probe pembezaan, menggunakan osiloskop terapung (sebahagian besar osiloskop dirujuk ke tanah), menggunakan pengubah pengasingan 220V-220V, atau hanya menggunakan transformer step-down yang murah, seperti 220V-6V atau 220V-12V … dll Dalam video dan gambar-11, saya menggunakan kaedah terakhir (step-down transformer) untuk memeriksa output.

Rajah 14 menunjukkan unit dimmer AC yang lengkap. Saya telah menghubungkan dua papan menggunakan wayar rata 14-arah.

Langkah 12: Rajah 14, Unit Dimmer AC Digital Lengkap

Rajah 15 menunjukkan titik lintasan sifar dan masa ON / OFF Triac. Seperti yang jelas, kedua sisi naik / turunnya denyut nadi dianggap tidak menghadapi kerlipan dan ketidakstabilan.

Langkah 13: Rajah 15, Titik Lintas Nol (Bentuk Gelombang Ungu)

Langkah 14: Bil Bahan

Lebih baik menggunakan kapasitor berkadar 630V untuk C3 dan C4.

Langkah 15: Rujukan

Artikel:

[1]: Lembar Data TLP521:

[2]: Lembaran Data BTA26:

[3]: AN437, Nota Aplikasi ST:

[4]: Lembar Data MOC3021:

[5]: AMS1117-3.3 Lembar Data:

[6]: Lembar Data STM32F030F4:

[7]: Simbol Skematik dan Jejak PCB TLP521:

[8]: Simbol Skematik dan Jejak PCB MOC3021:

[9]: Simbol Skematik dan Jejak PCB BTA26-600:

[10]: Simbol Skematik dan Jejak PCB AMS1117-3.3:

[11]: Simbol Skematik dan Jejak PCB STM32F030F4:

[12]: Plugin CAD Elektronik:

[13]: Lembaran Data 2N7002:

[14]: Simbol Skematik dan Jejak PCB 2N7002: