用单片机控制交流电源

介绍

世界正在变小,因此电子设计。通孔元件利润微薄的零件制造商,因此,新产品往往只能在表面安装包。能够手工焊锡表面部分山是一个非常有价值的技能,可以派上用场部件如芯片电阻和帽、小轮廓包(SOIC / TSSOP),四(QFP)平包。不过,如果适合你的四轴飞行器控制器的ARM核心只有作为一个扁平无铅(QFN) ?如果FPGA视觉处理,你需要做的是只在一个球形阵列(BGA)风格?你可以用热风枪或几率可以使用回流焊炉。

噢闪亮……但代价是什么?

焊料回流炉不是什么新鲜事,也不是为自己做一个这样的标准的烤面包机。问题是,商业选项通常非常昂贵(上面可能成本高达2000美元)和许多自建选项通常需要拆卸和改装的烤面包机,可以容易出错,需要特殊的工具(我自己的Black & Decker Toasr-R-Oven有安全内梅花头螺钉螺丝……)。Sparkfun发表了一篇教程早在2006年,安迪·布朗创建一个美丽的设计作者在他的博客上,甚至AAC罗伯特Keim有一些教程炉控制的基本概念,如零交叉检测和控制双向可控硅。本套教程旨在充实的一些概念,并提供一个不同的硬件和软件(最终)这个应用程序的方法。这是另一个“食谱食谱”,如果你愿意。

你需要的东西

一些笔记的安全

攀岩教练开玩笑地告诉我一旦有三个规则时留意安全。在优先秩序,他们是:

1. 看起来不错。
2. 不会死。
3. 如果你必须死,这样做看起来很不错。

我向你保证,你会违反这三个如果你不尊重电源电压有多么的危险。有几件事要记住在处理高电压:

• 不连接高电压试验板。电线松动的风险或不小心触摸/插错孔案板上是不值得的。焊接组件为原型虽然perfboard应该好了。

• 绝对的手只要电源连接。如果你有和你的万用表测量高电压,不要用手探测董事会;附加鳄鱼剪辑和远程操作装置。更好的是,使用白炽灯泡作为远程测试负载和浪涌保护器开关打开设备。

• 高于一切,很聪明。如果你不知道你在做什么或者感觉不自在,寻求帮助,找到的人。AAC论坛和当地的黑客空间巨大的资源利用。

系统级设计

一个完整的烤箱控制器由几部分组成:

烤箱系统流程图

我们只会使交流波形调光器。请注意,这是一个特别的装置,它是用来控制电阻负载只像大多数烤箱。电容和电感负载需要一些轻微的修改(增加阻尼器组件)不会被覆盖,但网上信息和数据的组件。beplay无法取钱紧凑型荧光灯(cfl)有一个相当复杂的电子镇流器电路在他们的住房与AC调光器不兼容。

一个很常见的方式实现交流控制器和一个固态继电器。这些允许全部或全部关闭烤箱和脉冲信号可以得到一个近似温度(俗称暴烈行为控制)。大片的全球控制系统继电器式控制控制器上运行非常好,但他们既不优雅也不超有趣的实现。然而,里面大多数固态继电器是一种叫做双向可控硅的装置,可以命令作为一个独立的设备。像罗伯特·提到在他的文章中,它本质上是一个双向晶闸管的延伸,或可以尽管的固态开关,电流在两个方向进行。

固态继电器。宝贝,砰砰的枪声!

不一样的SSR但我们的双向可控硅一些超级酷的东西

这个烤箱控制器的整体思想是使用双向可控硅实现所谓的交流相位控制。如果你等待的零交点交流波形,将双向可控硅在一些已知的时间之后,剩下一个输出波形,保留相同的原始波形的频率和幅度的双向可控硅是活跃的。这限制了终端设备的能力,有效地变暗。调光存在的其他方法波包控制(一种同步继电器式控制模式;抱歉没有在维基百科),但它们超出了这个项目的范围。

交流的相位控制的例子安迪的车间

插头、终端和外壳

安全、便宜的是游戏的名称,所以在做这个业务的一级是选择一个合理的外壳。我得到了一个廉价的塑料垃圾桶盖子和写了一个好可怕的警告标签为自己和周围的人。洞的插头可以被削减或钻孔的但是需要注意防止材料开裂。

我选择了一个调光器插头和插座接口。在交流电源端,我用10 IEC插头与集成的保险丝支架(融合我不得不源)和一个电源开关,像这样:

10 IEC插头与集成的保险丝支架和开关

它负责过电流保护和允许我关掉整个事情不用拔掉电缆。在烤面包机方面,我刚逛了当地的五金店和来到这个:

单防伪造出口

这是一个单一的防伪造出口螺丝到外壳。我不想直接焊接高压电线板所以我six-position螺丝接线盒。MAINS_L职位,MAINS_N、OVEN_L OVEN_N,两个电源电线。我也其中一个接线端子用于之外的四个单片机的线框。有点过分了,但这就是我。

孤立的讨论二阶导数过零检测器

当控制或测量高压与低压设备电路,它总是一个好主意使用某种双方之间的电隔离;这可以实现电感,光,或容性。还有其他一些隔离方法,但这些都是大的。

罗伯特的双向可控硅控制器和讨论二阶导数过零检测器使用变压器在墙上疣下台之前更安全的12 v的电源与它交互。这个应用程序使用opto-isolators分离的高和低电压的优点是比一个笨重的变压器更轻、更紧凑。他们反应迟钝快速信号变化相比,其他的一些方法,但速度sub-kilohertz像我们的应用程序中,它并不重要。

这个电路是地从这里借。作者解释了电路非常详细,但只简单介绍一下是这样的:首先过滤和整流电源波形。电压是分裂然后指控10超滤帽。当分为电压低于电容器上的电压,比较器晶体管打开,激活opto-isolator。输出有一个集电极开路这意味着你可以在任何VCC操作单片机的支持。我的perfboard电路是这样的:

一个令人满意的对称电路

我测试了这个电路独立于其他董事会修改电力电缆和浪涌保护器。讨论二阶导数过零检测器波形叠加在一个交流正弦信号应该是这样(我使用一个降压变压器。看在上帝的份上不要钩你的电源范围!):

双向可控硅驱动程序和孤立的驱动电路

接下来是双向可控硅和孤立的驱动电路。我之前提到的安迪·布朗的教程。我适应他的双向可控硅保护和驱动电路工作于120年在美国休假跟从了他选择散热片的热影响因素。我们使用的双向可控硅是BTA312。我们使用另一个opto-isolator驱动双向可控硅MOC310M这需要30至60马打开。大多数微控制器不舒适采购这种当前我们使用一个通用的NPN型晶体管提供它。

原理是这样的:

VR1是压敏电阻。它是过电压保护,以防有AC线。C3是发射抑制275年休假电影帽。这可以被认为是可选的。MOC310驱动板电路是这样的:

散热片,双向可控硅,压敏电阻、过滤帽,和螺丝终端所有住在主板驱动程序分开。一旦一切都连接到董事会通过标题,它应该看起来像这样:

我使用了主板的安装孔在角落把外壳。一旦一切都放在一起你得到这个:

现在你应该准备滚!适当地连接连接(这个页面是有帮助的),连接VCC和面包板电源接地,并翻转电源开关。如果你申请3.3 v TRIAC_ACTIVE线,你应该得到100%的力量在另一端。

视频

下一个步骤

好吧,我承认:把一个灯泡,3.3 v开关并不令人印象深刻。事实上,它几乎只是一个继电器式控制控制器。接下来我们需要的是一个控制器,可以测量零交叉信号,相应地昏暗的线,从温度传感器读取输入。这都将在下一篇文章中覆盖。你问的是什么?我将用一个Arduino吗?绝对不是!它看起来像在外面,但我们要玩玩弄裸机Atmega328P C。直到下一次,快乐的黑客。

所有的项目文件和文档都可以发现我在GitHub库——请贡献出来。KiCad原理图文件也可以如下:

代码

triac-dimmer.zip

自己尝试这个项目!BOM。