Xây dựng một khối rắn nhỏ gọn và công suất thấp

Rơle phổ biến trong nhiều mạch chuyển mạch khi cần điều khiển (BẬT hoặc TẮT) tải AC. Nhưng do đặc tính cơ điện, rơ le cơ có tuổi thọ riêng và nó chỉ có thể chuyển đổi trạng thái của tải và không thể thực hiện các thao tác chuyển mạch khác như điều chỉnh độ sáng hoặc tốc độ. Ngoài ra, một rơ le điện cơ cũng tạo ra âm thanh nhấp chuột và tia lửa điện áp cao khi các tải cảm ứng lớn được BẬT hoặc TẮT. Bạn có thể xem thêm bài viết về Làm việc của rơ le để biết thêm về rơ le, cấu tạo và các loại của nó.

Giải pháp thay thế tốt nhất cho rơ le cơ điện là rơ le trạng thái rắn. Rơ le trạng thái rắn là một loại rơ le bán dẫn có thể được sử dụng thay thế cho rơ le điện cơ để điều khiển tải điện. Nó không có bất kỳ cuộn dây nào và do đó không cần từ trường để hoạt động. Nó cũng không có bất kỳ lò xo hoặc tiếp điểm cơ khí nào do đó không bị hao mòn và có thể hoạt động với dòng điện thấp. Các rơle trạng thái rắn này thường được gọi là SSR sử dụng chất bán dẫn điều khiển chức năng BẬT-TẮT của tải cũng như có thể được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ cũng như bộ điều chỉnh độ sáng. Chúng tôi cũng đã sử dụng một thiết bị trạng thái rắn như TRIAC để điều khiển tốc độ động cơ và điều khiển Cường độ sáng của tải xoay chiều trong các dự án trước đây.

Trong dự án này, chúng tôi sẽ tạo một Rơle trạng thái rắn sử dụng một thành phần duy nhất và chúng tôi sẽ điều khiển tải AC trong hoạt động 230VAC. Đặc điểm kỹ thuật được sử dụng ở đây là có giới hạn, chúng tôi đã chọn 2A của Tải để được vận hành bằng Rơle trạng thái rắn này. Mục đích là xây dựng một PCB nhỏ gọn cho một rơle trạng thái rắn có thể được giao tiếp và điều khiển trực tiếp với các chân GPIO 3.3V của Nodemcu hoặc ESP8266. Để đạt được điều đó, chúng tôi đã chế tạo bảng mạch PCB của mình từ PCBWay và chúng tôi sẽ lắp ráp và thử nghiệm tương tự trong dự án này. Vậy hãy bắt đầu !!!

Các thành phần cần thiết để xây dựng một chuyển tiếp trạng thái rắn

1. A PCB
2. ACST210-8BTR
3. Điện trở 330R ¼ Watt
4. Khối đầu cuối (300V 5A)
5. 0805 LED với bất kỳ màu nào
6. Điện trở 150R

Rơ le trạng thái rắn sử dụng TRIAC - Sơ đồ mạch

Thành phần chính là ACS Triac hoặc viết tắt là ACST. Số bộ phận của ACST là ACST210-8BTR. Tuy nhiên, điện trở R1 được sử dụng để kết nối vi điều khiển hoặc mạch thứ cấp (mạch điều khiển) GND với AC Neutral. Giá trị của điện trở có thể nằm trong khoảng từ 390R-470R hoặc có thể được sử dụng nhiều hơn một chút.

Để biết thêm thông tin về hoạt động của mạch, nó được mô tả trong phần dưới đây. Như đã đề cập trước đó, thành phần chính là T1, ACST210-8BTR. ACST là một loại TRIAC và còn được gọi là triode cho dòng điện xoay chiều.

ACS TRIAC (ASCT) hoạt động như thế nào?

Trước khi hiểu cách hoạt động của ACST, điều quan trọng là phải hiểu cách thức hoạt động của TRIAC. TRIAC là một thành phần điện tử ba đầu cuối dẫn dòng điện theo một trong hai hướng khi được kích hoạt bằng cổng của nó. Do đó nó được gọi là thyristor ba chiều hai chiều. TRIAC có ba thiết bị đầu cuối trong đó "A1" là Cực dương 1, "A2" là Cực dương 2 và "G" là Cổng. Đôi khi, nó còn được gọi là Cực dương 1 và Cực dương 2 hoặc Cổng chính 1 (MT1) và Cổng chính 2 (MT2) tương ứng. Bây giờ, cổng TRIAC cần được cung cấp một lượng nhỏ dòng điện từ nguồn AC sử dụng các thyristor Opto, chẳng hạn như MOC3021.

Tuy nhiên, ACST hơi khác với TRIAC bình thường. ACST là một loại TRIAC của STMicroelectronics nhưng nó có thể được giao tiếp trực tiếp với bộ vi điều khiển và có thể được kích hoạt bằng cách sử dụng một lượng nhỏ DC mà không cần bộ ghép quang. Theo biểu dữ liệu, ACST không yêu cầu bất kỳ mạch nhỏ nào cũng cho 2A của Tải cảm ứng.

Mạch trên là hình minh họa mạch ứng dụng của ACST. Dòng là Dòng TRỰC TIẾP của 230VAC và dòng Trung tính được kết nối với chân chung của ACST. Điện trở cổng được sử dụng để điều khiển dòng điện đầu ra. Tuy nhiên, điện trở này cũng có thể được sử dụng trong đường Trung tính với đất hoặc có thể được loại bỏ tùy thuộc vào đầu ra dòng điện MCU.

Hình ảnh trên minh họa sơ đồ chân của ACST. Một điều thú vị là, có sự khác biệt giữa sơ đồ chân với TRIAC tiêu chuẩn và TRIAC ACS. Sơ đồ chân TRIAC tiêu chuẩn được hiển thị bên dưới để so sánh, đó là sơ đồ chân TRIAC BT136.

Như chúng ta thấy, thay vì T1 và T2 (Nhà ga 1 và Nhà ga 2), ACST có các chân Out và Common. Chân chung cần được kết nối với chân nối đất của bộ vi điều khiển. Do đó, nó không hoạt động hai chiều như TRIAC. Tải phải được kết nối nối tiếp với ACST.

Rơ le trạng thái rắn sử dụng TRIAC - Thiết kế PCB

PCB được thiết kế với kích thước 24mm / 15mm. Bộ tản nhiệt thích hợp được cung cấp trên ACST bằng cách sử dụng lớp đồng. Tuy nhiên, Gerber cập nhật cho PCB này được cung cấp trong liên kết bên dưới. Gerber được cập nhật sau khi thử nghiệm vì có một số lỗi thiết kế.

Trong quá trình thử nghiệm, PCB có cùng kích thước với mạch khác được sử dụng khi cung cấp MOC3021 nhưng sau đó nó bị loại bỏ trong Gerber cập nhật.

Bạn có thể tải xuống toàn bộ thiết kế PCB bao gồm tệp Gerber và sơ đồ từ liên kết bên dưới.

• Tải xuống tệp Gerber và Thiết kế PCB cho Rơ le trạng thái rắn

Đặt hàng PCB từ PCBWay

Bây giờ sau khi hoàn thiện thiết kế, bạn có thể tiến hành đặt hàng PCB:

Bước 1: Truy cập https://www.pcbway.com/, đăng ký nếu đây là lần đầu tiên của bạn. Sau đó, trong tab PCB Prototype, nhập kích thước PCB của bạn, số lớp và số lượng PCB bạn yêu cầu.

Bước 2: Tiến hành bằng cách nhấp vào nút 'Báo giá ngay'. Bạn sẽ được đưa đến một trang để thiết lập một số thông số bổ sung như loại bảng, Lớp, Vật liệu cho PCB, Độ dày và hơn thế nữa, hầu hết chúng được chọn theo mặc định, nếu bạn đang chọn bất kỳ thông số cụ thể nào, bạn có thể chọn nó ở đây.

Bước 3: Bước cuối cùng bạn tải file Gerber lên và tiến hành thanh toán. Để đảm bảo quá trình diễn ra suôn sẻ, PCBWAY xác minh xem tệp Gerber của bạn có hợp lệ hay không trước khi tiến hành thanh toán. Bằng cách này, bạn có thể chắc chắn rằng PCB của bạn được chế tạo thân thiện và sẽ đến tay bạn theo cam kết.

Lắp ráp Rơ le trạng thái rắn

Sau một vài ngày, chúng tôi đã nhận được PCB của mình trong một gói hàng gọn gàng và chất lượng PCB vẫn tốt như mọi khi. Lớp trên cùng và lớp dưới cùng của bảng được hiển thị bên dưới.

Vì đây là lần đầu tiên tôi làm việc với ACST nên mọi thứ không diễn ra theo đúng kế hoạch như tôi đã nói trước đó. Tôi đã phải thực hiện một số thay đổi. Mạch cuối cùng sau khi thực hiện tất cả các thay đổi được hiển thị bên dưới. Bạn không cần lo lắng về các thay đổi vì chúng đã được thực hiện và cập nhật trên tệp Gerber mà bạn đã tải xuống từ phần trên.

Lập trình ESP8266 để điều khiển Rơ le trạng thái rắn của chúng tôi

Mã rất đơn giản. Hai chân GPIO có sẵn trong ESP8266-01. GPIO 0 được chọn làm chân nút và GPIO 2 được chọn làm chân Rơle. Khi đọc chân nút, nếu nhấn nút thì rơ le sẽ chuyển trạng thái ON hoặc OFF hoặc ngược lại. Tuy nhiên, để hoạt động không gặp sự cố, độ trễ gỡ lỗi cũng được sử dụng. Bạn có thể tìm hiểu thêm về gỡ lỗi chuyển đổi trong bài viết được liên kết. Vì mã này rất đơn giản, chúng ta sẽ không thảo luận về nó ở đây. Bạn có thể tìm thấy mã hoàn chỉnh ở cuối trang này.

Kiểm tra Rơ le trạng thái rắn của chúng tôi

Mạch được kết nối với ESP8266-01 bằng nguồn điện 3,3V. Ngoài ra, Bóng đèn 100 Watt được sử dụng cho mục đích thử nghiệm. Như bạn có thể thấy trong hình trên, tôi đã cấp nguồn cho mô-đun ESP của chúng tôi bằng mô-đun cung cấp năng lượng bảng mạch và sử dụng hai nút để bật và tắt tải của chúng tôi.

Khi nhấn nút, Đèn được BẬT. Sau đó, sau khi thử nghiệm, tôi đã hàn cả rơ le trạng thái rắn và mô-đun ESP826 vào một bo mạch duy nhất để đạt được giải pháp nhỏ gọn như hình dưới đây. Bây giờ cho mục đích trình diễn, chúng tôi đã sử dụng một nút nhấn để bật tải nhưng trong ứng dụng thực tế, chúng tôi sẽ bật nó từ xa bằng cách viết chương trình của chúng tôi cho phù hợp.

Giải thích đầy đủ và video làm việc có thể được xem trong liên kết bên dưới. Hy vọng bạn thích dự án và học được điều gì đó hữu ích, nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, vui lòng để lại chúng trong phần bình luận bên dưới hoặc sử dụng diễn đàn của chúng tôi để bắt đầu thảo luận về điều này.