דימר AC דיגיטלי רב עוצמה באמצעות STM32: 15 שלבים (עם תמונות)

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:11

מאת חסאם מושירי, [email protected]

עומסי AC חיים איתנו! מכיוון שהם נמצאים בכל מקום סביבנו ולפחות מכשירי חשמל ביתיים מסופקים בחשמל. סוגים רבים של ציוד תעשייתי מופעלים גם עם 220V-AC חד פאזי. לכן, אנו מתמודדים לעתים קרובות עם מצבים בהם עלינו לשלוט באופן מלא בעומס AC, כגון מנורה, מנוע AC, שואב אבק, מקדחה, וכו '. עלינו לדעת ששליטה בעומס AC אינה פשוט כמו עומס DC. עלינו להשתמש במעגל ואסטרטגיה אלקטרונית אחרת. יתר על כן, אם דימר AC מתוכנן דיגיטלית, הוא נחשב ליישום קריטי בזמן, ואת הקוד של המיקרו חייב להיות כתוב בזהירות וביעילות. במאמר זה הצגתי דימר AC דיגיטלי מבודד בגודל 4000W המורכב משני חלקים: הלוח המרכזי והפאנל. לוח הלוח מספק שני לחצני לחיצה ותצוגה בת שבעה פלחים המאפשרת למשתמש להתאים את מתח היציאה בצורה חלקה.

שלב 1: איור 1, תרשים סכמטי של הלוח המרכזי של דימר AC

IC1, D1 ו- R2 משמשים לאיתור נקודות חציית אפס. נקודות חציית האפס חיוניות למדי עבור דימר AC. IC1 [1] הוא מחבר אופטי המספק בידוד גלווני. R1 הוא נגד Pullup המפחית את הרעש ומאפשר לנו ללכוד את כל השינויים (קצוות עולים ויורדים).

IC3 הוא טריאק מדורג 25A מ- ST [2]. דירוג זרם גבוה זה מאפשר לנו להגיע בקלות לעוצמת עמעום של 4000W, אולם יש לשמור על הטמפרטורה של הטריאק נמוכה וכקרובה לטמפרטורת החדר. אם אתה מתכוון לשלוט בעומסי הספק גבוהים, אל תשכח להתקין גוף קירור גדול או להשתמש במאוורר כדי לקרר את הרכיב. על פי גליון הנתונים, ניתן להשתמש ב- Triac זה במגוון יישומים: "היישומים כוללים את פונקציית ON/OFF ביישומים כגון ממסרים סטטיים, ויסות חימום, מעגלי התנעה של מנוע אינדוקציה וכו ', או להפעלת בקרת פאזה במעמקי אור., בקרי מהירות מנוע וכדומה ".

C3 ו- R6, R4 ו- C4 הם סנוברים. במילה פשוטה, מעגלי Snubber משמשים להפחתת הרעש, אולם לקריאה נוספת, שקול את הערת היישום AN437 מ- ST [3]. IC3 הוא טריאק נטול ריחוח, אולם החלטתי להשתמש גם במעגלי חיטוף חיצוניים.

IC2 הוא טריאק [4] optoisolator המשמש לשליטה ב- IC3. זה גם עושה בידוד גלווני נכון. R5 מגביל את זרם הדיודה של ה- IC2.

IC4 הוא ווסת המתח המפורסם AMS1117 3.3V [5] המספק את הכוח למעגלי החלקים הדיגיטליים. C1 מפחית את רעשי הכניסה ו- C2 מפחית את רעש הפלט. P1 הוא מחבר XH זכר בעל 2 פינים המשמש לחיבור הכוח החיצוני למכשיר. כל מתח כניסה מ 5V ל 9V מספיק.

IC5 הוא המיקרו -בקר STM32F030F4 ולב המעגל [6]. הוא מספק את כל ההנחיות לשליטה בעומס. P2 הוא כותרת גברית 2*2 המספקת ממשק לתכנת המיקרו -בקר באמצעות ה- SWD.

R7 ו- R8 הם נגדי פולפול עבור כפתורי הלחיצה. לכן סיכות הכניסה ללחיצה של ה- MCU מתוכנתות כפעילות-נמוכה. C8, C9 ו- C10 משמשים להפחתת הרעש בהתאם לגליון הנתונים של ה- MCU. L1, C5, C6 ו- C7 מפחיתים את רעשי האספקה, בונים גם מסנן LC מסדר ראשון (Pi) המספק סינון חזק יותר לרעש הקלט.

IDC1 הוא מחבר IDC זכר 2*7 (14 פינים) המשמש ליצירת חיבור תקין בין הלוח המרכזי ללוח הלוח באמצעות כבל שטוח בן 14 כיוונים.

פריסת PCB [לוח אם]

איור 2 מציג את פריסת ה- PCB של הלוח המרכזי. זהו עיצוב PCB דו-שכבתי. רכיבי החשמל הם דרך חור והרכיבים הדיגיטליים הם SMD.

שלב 2: איור 2, פריסת PCB של הלוח המרכזי של דימר AC

כפי שזה ברור בתמונה, הלוח מחולק לשני חלקים ומבודד אופטית באמצעות IC1 ו- IC2. עשיתי גם פער בידוד במחשב הלוח, תחת IC2 ו- IC3. מסילות הנשיאה בזרם גבוה התחזקו באמצעות שכבות עליונות ותחתונות ונקשרו באמצעות Vias. IC3 הוצב בקצה הלוח, כך שקל יותר להתקין גוף קירור. לא אמורים להיות לך קשיים בהלחמת הרכיבים למעט IC5. סיכות דקיקות וקרובות זו לזו. עליך להיזהר לא לבצע גשרי הלחמה בין סיכות.

שימוש בספריות רכיבי SamacSys מדורגות בתעשייה עבור TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] ו- STM32F030F4 [11], הפחית משמעותית את זמן העיצוב שלי ומנע טעויות אפשריות. אני לא יכול לדמיין כמה זמן הייתי מבזבז אם התכוונתי לעצב את הסמלים הסכמטיים האלה ואת עקבות ה- PCB מאפס. כדי להשתמש בספריות הרכיבים של Samacsys, תוכל להשתמש בתוסף לתוכנת CAD המועדפת עליך [12] או להוריד את הספריות ממנוע חיפוש הרכיבים. כל שירותי/ספריות רכיבי SamacSys הינם בחינם. השתמשתי ב- Altium Designer, אז העדפתי להשתמש בתוסף SamacSys Altium (איור 3).

שלב 3: איור 3, ספריות רכיבים נבחרות מתוסף SamacSys Altium

איור 4 מציג תצוגות תלת מימד מהחלק העליון והתחתון של הלוח. איור 5 מציג את לוח הלוח המורכב מלמעלה מלמעלה ואיור 6 מציג את לוח הלוח המורכב מלמטה מלמטה. רוב המרכיבים מולחמים על השכבה העליונה. ארבעה רכיבי SMD מולחמים על השכבה התחתונה. באיור 6, פער הבידוד של ה- PCB ברור.

שלב 4: איור 4, תצוגות תלת -ממד מלוח ה- PCB

שלב 5: איור 5/6, לוח הלוח המורכב של לוח האם (מבט מלמעלה/מבט תחתון)

ניתוח מעגלים [לוח] איור 7 מציג את התרשים הסכימטי של הלוח. SEG1 הוא שני ספרות קתודה משותפת עם מספר קטעים.

שלב 6: איור 7, תרשים סכמטי של לוח דימר AC

נגדי R1 עד R7 מגבילים את הזרם לנורות ה- LED עם שבעה פלחים. IDC1 הוא מחבר IDC זכר בגודל 7*2 (14 סיכות), כך שחוט שטוח בן 14 כיוונים מספק את החיבור ללוח המרכזי. SW1 ו- SW2 הם כפתורי לחיצה מישוש. P1 ו- P2 הם מחברי זכר XH עם 2 פינים. סיפקתי אותם למשתמשים שמתכוונים להשתמש בלחצני לוח חיצוניים במקום בכפתורי מישוש על הסיפון.

Q1 ו- Q2 הם ערוצי MOSFET של N-Channel [13] המשמשים להפעלה/כיבוי של כל חלק משבעת החלקים. R8 ו- R9 הם נגדים נפתחים כדי להחזיק את סיכות השער של ה- MOSFET נמוכות, כדי למנוע הפעלה לא רצויה של ה- MOSFET.

פריסת PCB [לוח]

איור 8 מציג את פריסת הלוח של הלוח. זהו לוח PCB דו שכבתי וכל הרכיבים למעט מחבר IDC ולחצני מישוש הם SMD.

שלב 7: איור 8, פריסת PCB של לוח הלוח של דימר AC

פרט לכפתורי שבעת הקטע ולחיצות (אם אינך משתמש בלחצנים חיצוניים), רכיבים אחרים מולחמים בשכבה התחתונה. מחבר ה- IDC מולחם גם בשכבה התחתונה.

כמו לוח האם, השתמשתי בספריות הרכיבים התעשייתיים של SamacSys (סמל סכמטי, טביעת רגל PCB, דגם תלת מימד) עבור 2N7002 [14]. איור 9 מציג את התוסף Altium ואת הרכיב שנבחר להתקנה במסמך סכמטי.

שלב 8: איור 9, רכיב נבחר (2N7002) מהתוסף SamacSys Altium

איור 10 מציג תצוגות תלת -ממד מהחלק העליון והתחתון של הלוח. איור 11 מציג מבט מלמעלה מהלוח המורכב ואיור 12 מראה מבט מלמטה מלוח הלוח המורכב.

שלב 9: איור 10, תצוגות תלת מימד מהחלק העליון והתחתון של הלוח

שלב 10: איור 11/12, מבט מלמעלה/תחתון מהלוח המורכב

תוצאות איור 13 מציג את תרשים החיווט של דימר AC. אם התכוונת לבדוק את צורת גל הפלט באמצעות אוסצילוסקופ, אסור לך לחבר את מוליך הקרקע של בדיקת האוסילוסקופ שלך לפלט העמעם או לשום מקום ברשת החשמל.

שימו לב: לעולם אל תחברו את בדיקת האוסילוסקופ ישירות לרשת החשמל. מוליך הקרקע של החללית יכול לבנות לולאה סגורה עם מסוף החשמל. זה יפוצץ כל דבר בנתיב, כולל המעגל, החללית, האוסילוסקופ או אפילו את עצמך

שלב 11: איור 13, תרשים חיווט של דימר AC

כדי להתגבר על בעיה זו, יש לך 3 אפשרויות. שימוש בבדיקה דיפרנציאלית, שימוש באוסילוסקופ צף (רוב האוסילוסקופים מכוונים לקרקע), באמצעות שנאי בידוד 220V-220V, או פשוט השתמש בשנאי הורדה זול, כגון 220V-6V או 220V-12V … וכו '.. בסרטון ובאיור 11 השתמשתי בשיטה האחרונה (שנאי הורדה) כדי לבדוק את הפלט.

איור 14 מציג את יחידת דימר AC השלמה. חיברתי שני לוחות באמצעות חוט שטוח בן 14 כיוונים.

שלב 12: איור 14, יחידת דימר AC דיגיטלית מלאה

איור 15 מציג את נקודות מעבר האפס ואת זמן ההפעלה/כיבוי של הטריאק. כפי שזה ברור, גם הקצה העולה/היורד של הדופק נחשב לא להתמודד עם הבהובים וחוסר יציבות.

שלב 13: איור 15, נקודות אפס מעבר (צורת הגלים הסגולה)

שלב 14: כתב חומרים

עדיף להשתמש בקבלים בעלי דירוג 630V עבור C3 ו- C4.

שלב 15: הפניות

מאמר:

[1]: גיליון נתונים TLP521:

[2]: גליון הנתונים של BTA26:

[3]: AN437, הערת יישום ST:

[4]: MOC3021 גליון נתונים:

[5]: AMS1117-3.3 גליון נתונים:

[6]: גיליון הנתונים STM32F030F4:

[7]: סמל סכמטי וטביעת רגל PCB של TLP521:

[8]: סמל סכמטי וטביעת רגל PCB של MOC3021:

[9]: סמל סכמטי וטביעת רגל PCB של BTA26-600:

[10]: סמל סכמטי וטביעת רגל PCB של AMS1117-3.3:

[11]: סמל סכמטי וטביעת רגל PCB של STM32F030F4:

[12]: תוספי CAD אלקטרוניים:

[13]: 2N7002 גליון נתונים:

[14]: סמל סכמטי וטביעת רגל PCB של 2N7002: