Bygga en kompakt och låg effekt

Reläer är vanliga i många kopplingskretsar där man måste styra (slå PÅ eller AV) en växelström. Men på grund av den elektromekaniska egenskapen har ett mekaniskt relä en livslängd, och det kan bara växla lastens status och kan inte utföra andra omkopplingsfunktioner som dimning eller hastighetskontroll. Bortsett från detta producerar ett elektromekaniskt relä också klickljud och högspänningsgnista när enorma induktiva belastningar slås PÅ eller AV. Du kan kolla in artikeln om Working of Relays för att veta mer om reläer, dess konstruktion och typer.

Det bästa alternativet för ett elektromekaniskt relä är ett halvledarrelä. Ett halvledarrelä är en typ av halvledarbaserat relä som kan användas som ersättning för ett elektromekaniskt relä för att styra elektriska belastningar. Den har inga spolar och behöver därför inte ett magnetfält för att fungera. Den har inte heller några fjädrar eller mekaniska kontakter och därmed inget slitage och kan arbeta med låg ström. Dessa halvledarreläer som ofta känns igen som SSR använder halvledare som styr ON-OFF-funktionen för lasten och kan användas för att styra motorns hastighet såväl som dimmer. Vi har också använt en solid state-enhet som TRIAC för att styra motorhastigheten och för att kontrollera ljusintensiteten för en AC-belastning i tidigare projekt.

I det här projektet kommer vi att skapa ett halvledarrelä med en enda komponent och vi kommer att styra en växelströmsbelastning i 230VAC-drift. Specifikationen som används här är begränsad, vi har valt 2A belastning som ska drivas med detta halvledarrelä. Målet är att bygga ett kompakt kretskort för ett halvledarrelä som kan kopplas direkt och styras med 3,3 V GPIO-stift på Nodemcu eller ESP8266. För att uppnå det har vi tillverkat våra PCB-kort från PCBWay och vi kommer att montera och testa detsamma i detta projekt. Så låt oss komma igång !!!

Komponenter som krävs för att bygga ett halvledarrelä

Ett kretskort
ACST210-8BTR
330R motstånd ¼ Watt
Kopplingsplint (300V 5A)
0805 LED med vilken färg som helst
150R motstånd

Halvledarrelä med TRIAC - kretsschema

Huvudkomponenten är ACS Triac eller ACST för kort. Artikelnumret för ACST är ACST210-8BTR. Motståndet R1 används dock för att ansluta mikrokontrollern eller sekundärkretsen (styrkrets) GND till växelströmsneutral. Motståndets värde kan vara allt mellan 390R-470R eller kan användas mer än det också.

För mer information om kretsens arbete beskrivs det i avsnittet nedan. Som nämnts tidigare är huvudkomponenten T1, ACST210-8BTR. ACST är en typ av TRIAC och kallas också triode för växelström.

Hur fungerar en ACS TRIAC (ASCT)?

Innan du förstår hur en ACST fungerar är det viktigt att förstå hur TRIAC fungerar. TRIAC är en elektronisk komponent med tre terminaler som leder ström i vardera riktningen när den utlöses med sin grind. Således kallas det en dubbelriktad triod-tyristor. TRIAC har tre terminaler där "A1" är Anode 1, "A2" är Anode 2 och "G" är Gate. Ibland kallas det också Anode 1 och Anode 2 respektive Main Terminal 1 (MT1) respektive Main Terminal 2 (MT2). Nu måste porten till en TRIAC tillhandahållas en liten mängd ström från växelströmskällan med exempelvis Opto-tyristorer, såsom MOC3021.

Men ACST är lite annorlunda än normalt TRIAC. ACST är en typ av TRIAC från STMicroelectronics men den kan kopplas direkt till en mikrokontrollenhet och kan utlösas med en liten mängd DC utan att behöva en optokopplare. Enligt databladet kräver ACST ingen snubberkrets också för 2A induktiv belastning.

Ovanstående krets är en illustration av applikationskretsen för ACST. Linjen är LIVE-linjen för 230VAC och den neutrala linjen är ansluten till ACST: s gemensamma stift. Portmotståndet används för att styra utströmmen. Detta motstånd kan dock också användas i Neutral-linjen med marken eller kan elimineras beroende på MCU-strömutgången.

Ovanstående bild illustrerar ACST-pinout. En intressant sak är att det finns en skillnad mellan pinout med standard TRIAC och ACS TRIAC. En standard TRIAC pinout visas nedan för jämförelse, det är en BT136 TRIAC pinout.

Som vi kan se, i stället för T1 och T2 (terminal 1 och terminal 2), har ACST ut- och gemensamma stift. Den gemensamma stiftet måste anslutas till jordkontakten på mikrokontrollern. Således fungerar det inte lika dubbelriktat som TRIAC. Lasten ska anslutas i serie med ACST.

Halvledarrelä med TRIAC - PCB-design

Kretskortet är utformat i 24 mm / 15 mm storlek. Den adekvata kylflänsen tillhandahålls över ACST med kopparskiktet. Den uppdaterade Gerber för denna PCB finns dock i länken nedan. Gerber uppdateras efter testet eftersom det fanns några designfel.

Under testet används samma storlek PCB med olika kretsar där en bestämmelse av MOC3021 ges men den tas senare bort i den uppdaterade Gerber.

Hela PCB-designen inklusive Gerber-filen och schemat kan laddas ner från länken nedan.

Ladda ner Gerber-fil och PCB-design för Solid State Relay

Beställa PCB från PCBWay

Efter att ha slutfört designen kan du fortsätta med att beställa kretskortet:

Steg 1: Gå in på https://www.pcbway.com/, registrera dig om det är första gången. Ange sedan måtten på din PCB, antalet lager och antalet PCB du behöver på fliken PCB Prototype.

Steg 2: Fortsätt genom att klicka på knappen "Citera nu". Du kommer till en sida där du kan ställa in några ytterligare parametrar som korttyp, lager, material för kretskort, tjocklek och mer, de flesta är valda som standard. Om du väljer några specifika parametrar kan du välja det här.

Steg 3: Det sista steget är att ladda upp Gerber-filen och fortsätta med betalningen. För att säkerställa att processen är smidig verifierar PCBWAY om din Gerber-fil är giltig innan du fortsätter med betalningen. På så sätt kan du vara säker på att din PCB är tillverkningsvänlig och når dig som engagerad.

Montering av halvledarreläet

Efter några dagar fick vi vår PCB i ett snyggt paket och PCB-kvaliteten var som alltid bra. Brädans översta och undre lager visas nedan.

Eftersom det var första gången jag arbetade med ACST gick det inte enligt planen som jag sa tidigare. Jag var tvungen att göra några ändringar. Den sista kretsen efter alla ändringar visas nedan. Du behöver inte oroa dig för ändringarna eftersom de redan är gjorda och uppdaterade i Gerber-filen som du laddade ner från ovanstående avsnitt.

Programmerar ESP8266 för att styra vårt halvledarrelä

Koden är enkel. Två GPIO-stift finns i ESP8266-01. GPIO 0 väljs som en knappstift och GPIO 2 väljs som relästift. När knappen stift läses, om knappen trycks in, ändrar reläet tillståndet PÅ eller AV eller vice versa. För problemfri användning används emellertid också en avstängningsfördröjning. Du kan lära dig mer om växling av avgivning i den länkade artikeln. Eftersom koden är väldigt enkel kommer vi inte att diskutera den här. Den fullständiga koden finns längst ner på denna sida.

Testar vårt halvledarrelä

Kretsen är ansluten till ESP8266-01 med en 3,3 V strömkälla. Dessutom används en 100 W-lampa för teständamål. Som du kan se i bilden ovan har jag drivit vår ESP-modul med en strömförsörjningsmodul för brädbrädan och använt två knappar för att slå på och av vår belastning.

När du trycker på knappen tänds lampan. Senare efter testning lödde jag både halvledarreläet och ESP826-modulen på ett enda kort för att uppnå en kompakt lösning som visas nedan. Nu för demonstrationsändamål har vi använt en tryckknapp för att sätta på lasten, men i själva applikationen kommer vi att slå på den på distans genom att skriva vårt program i enlighet därmed.

Den fullständiga förklaringen och arbetsvideon kan ses i länken nedan. Hoppas att du gillade projektet och lärt dig något användbart, om du har några frågor, vänligen lämna dem i kommentarsektionen nedan eller använd våra forum för att starta en diskussion om detta.