- Components necessaris per construir un relé d'estat sòlid
- Relé d'estat sòlid mitjançant TRIAC - Diagrama de circuits
- Com funciona un ACS TRIAC (ASCT)?
- Relé d'estat sòlid mitjançant disseny TRIAC - PCB
- Comanda de PCB a PCBWay
- Muntatge del relé d'estat sòlid
- Programació ESP8266 per controlar el nostre relé d’estat sòlid
- Provant el nostre relé d'estat sòlid
Els relés són habituals en molts circuits de commutació on es necessita controlar (encendre o apagar) una càrrega de corrent altern. Però, a causa de la característica electromecànica, un relé mecànic té vida autònoma i, a més, només pot canviar l'estat de la càrrega i no pot realitzar altres operacions de commutació com la regulació o la regulació de la velocitat. A part d'això, un relé electromecànic també produeix sons de clics i espurnes d'alta tensió quan s'encenen o apaguen enormes càrregues inductives. Podeu consultar l'article sobre Funcionament dels relés per obtenir més informació sobre els relés, la seva construcció i els tipus.
La millor alternativa per a un relé electromecànic és un relé d'estat sòlid. Un relé d'estat sòlid és un tipus de relé basat en semiconductors que es pot utilitzar com a substitut d'un relé electromecànic per controlar càrregues elèctriques. No té cap bobina i, per tant, no necessita un camp magnètic per funcionar. Tampoc té molles ni contactes mecànics, per tant, no té desgast i pot funcionar amb poc corrent. Aquests relés d’estat sòlid sovint reconeguts com a SSR utilitzen semiconductors que controlen la funció ON-OFF de la càrrega, així com també es poden utilitzar per controlar la velocitat dels motors i el regulador. També hem utilitzat un dispositiu d’estat sòlid com TRIAC per controlar la velocitat del motor i controlar la intensitat de llum d’una càrrega de CA en projectes anteriors.
En aquest projecte, farem un relé d’estat sòlid amb un sol component i controlarem una càrrega de CA en funcionament de 230VAC. L'especificació que s'utilitza aquí és limitada, hem escollit 2A de càrrega per operar amb aquest relé d'estat sòlid. L’objectiu és construir un PCB compacte per a un relé d’estat sòlid que es pugui connectar i controlar directament amb els pins GPIO de 3,3 V de Nodemcu o ESP8266. Per aconseguir això, hem fabricat les nostres plaques de PCB de PCBWay i muntarem i provarem el mateix en aquest projecte. Comencem doncs !!!
Components necessaris per construir un relé d'estat sòlid
- Un PCB
- ACST210-8BTR
- Resistència 330R att Watt
- Bloc de terminals (300V 5A)
- 0805 LED amb qualsevol color
- Resistència 150R
Relé d'estat sòlid mitjançant TRIAC - Diagrama de circuits
El component principal és l’ ACS Triac o ACST en breu. El número de peça de l'ACST és ACST210-8BTR. No obstant això, la resistència R1 s'utilitza per connectar el microcontrolador o el circuit secundari (circuit de control) GND amb el neutre de corrent altern. El valor de la resistència pot ser entre 390R-470R o es pot utilitzar més lleugerament que això.
Per obtenir més informació sobre el funcionament del circuit, es descriu a la secció següent. Com es va esmentar anteriorment, el component principal és el T1, ACST210-8BTR. ACST és un tipus de TRIAC i també s’anomena triode per al corrent altern.
Com funciona un ACS TRIAC (ASCT)?
Abans d’entendre com funciona un ACST, és important entendre com funciona TRIAC. TRIAC és un component electrònic de tres terminals que condueix el corrent en qualsevol direcció quan s’activa mitjançant la seva porta. Per tant, s’anomena tiristor de triode bidireccional. TRIAC té tres terminals on "A1" és l'ànode 1, "A2" és l'ànode 2 i "G" és la porta. De vegades, també es coneix com ànode 1 i ànode 2 o terminal principal 1 (MT1) i terminal principal 2 (MT2) respectivament. Ara, la porta d’un TRIAC ha de proporcionar una petita quantitat de corrent de la font de corrent altern utilitzant tiristor Opto, per exemple, com ara MOC3021.
Però, l'ACST és una mica diferent del TRIAC normal. ACST és un tipus de TRIAC de STMicroelectronics, però es pot connectar directament amb una unitat de microcontrolador i es pot activar utilitzant una petita quantitat de corrent continu sense necessitat d'un optoacoplador. Segons el full de dades, l'ACST no requereix cap circuit de snubber també per a 2A de càrrega inductiva.
El circuit anterior és una il·lustració del circuit d'aplicació d'ACST. La línia és la línia LIVE del 230VAC i la línia neutra està connectada amb el pin comú de l’ACST. La resistència de la porta s’utilitza per controlar el corrent de sortida. Tanmateix, aquesta resistència també es pot utilitzar a la línia neutra amb la terra o es pot eliminar en funció de la sortida de corrent de la MCU.
La imatge superior il·lustra el pinout de l'ACST. Una cosa interessant és que hi ha una diferència entre el pinout amb el TRIAC estàndard i un ACS TRIAC. A continuació es mostra un pinout TRIAC estàndard per a la comparació, és un pinout TRIAC BT136.
Com podem veure, en lloc de T1 i T2 (Terminal 1 i Terminal 2), l’ACST té pins Out i Common. Cal connectar el pin comú amb el pin de terra del microcontrolador. Per tant, no actua tan bidireccional com el TRIAC. La càrrega s’ha de connectar en sèrie amb l’ACST.
Relé d'estat sòlid mitjançant disseny TRIAC - PCB
El PCB està dissenyat en una mida de 24 mm / 15 mm. El dissipador de calor adequat es proporciona a l’ACST mitjançant la capa de coure. Tanmateix, la Gerber actualitzada per a aquest PCB es proporciona a l'enllaç següent. El Gerber s’actualitza després de les proves perquè hi ha hagut alguns errors de disseny.
Durant la prova, s’utilitza la PCB de la mateixa mida amb el circuit diferent on es proporciona una provisió de MOC3021 però posteriorment s’elimina a la Gerber actualitzada.
El disseny complet del PCB, inclòs el fitxer Gerber i l’esquema, es pot descarregar des de l’enllaç següent.
- Descarregueu el fitxer Gerber i el disseny de PCB per a relés d'estat sòlid
Comanda de PCB a PCBWay
Després de finalitzar el disseny, podeu continuar amb la comanda del PCB:
Pas 1: accediu a https://www.pcbway.com/, registreu-vos si és la primera vegada. A continuació, a la pestanya Prototip de PCB, introduïu les dimensions del PCB, el nombre de capes i el nombre de PCB que necessiteu.
Pas 2: continueu fent clic al botó "Cita ara". Se us dirigirà a una pàgina on definiu uns quants paràmetres addicionals, com ara el tipus de tauler, capes, material per a PCB, gruix i molt més, la majoria d'ells es seleccionen de manera predeterminada; si opteu per algun paràmetre específic, podeu seleccionar aquí.
Pas 3: l'últim pas és carregar el fitxer Gerber i procedir al pagament. Per assegurar-se que el procés és fluix, PCBWAY verifica si el fitxer Gerber és vàlid abans de procedir al pagament. D'aquesta manera, podeu assegurar-vos que el vostre PCB sigui amigable amb la fabricació i us arribi com a compromès.
Muntatge del relé d'estat sòlid
Al cap de pocs dies, vam rebre el nostre PCB en un bon paquet i la qualitat del PCB va ser bona com sempre. A continuació es mostren la capa superior i la capa inferior del tauler.
Com que va ser la primera vegada que vaig treballar amb ACST, les coses no van anar tal com es va dir abans. Vaig haver de fer alguns canvis. A continuació es mostra el circuit final després de fer tots els canvis. No us preocupeu pels canvis perquè ja s’han fet i actualitzat al fitxer Gerber que heu descarregat de la secció anterior.
Programació ESP8266 per controlar el nostre relé d’estat sòlid
El codi és senzill. Hi ha dos pins GPIO disponibles a ESP8266-01. GPIO 0 se selecciona com a pin de botó i GPIO 2 se selecciona com a pin de relé. Quan es llegeix el pin del botó, si es prem el botó, el relé canviarà l'estat ON o OFF o viceversa. Tanmateix, per a una operació sense problemes, també s’utilitza un retard de rebounce. Podeu obtenir més informació sobre la retirada de commutadors a l'article enllaçat. Com que el codi és molt senzill, no en parlarem aquí. El codi complet es troba a la part inferior d’aquesta pàgina.
Provant el nostre relé d'estat sòlid
El circuit està connectat amb l’ESP8266-01 amb una font d’alimentació de 3,3 V. A més, s’utilitza una bombeta de 100 watts per fer proves. Com podeu veure a la imatge anterior, he alimentat el nostre mòdul ESP amb un mòdul de font d'alimentació de taulers i he utilitzat dos botons per activar i desactivar la nostra càrrega.
Quan es prem el botó, la llum s’encén. Més tard, després de provar, vaig soldar tant el relé d’estat sòlid com el mòdul ESP826 en una sola placa per aconseguir una solució compacta, tal com es mostra a continuació. Ara, a efectes de demostració, hem utilitzat un polsador per activar la càrrega, però a l’aplicació real l’activarem remotament escrivint el nostre programa en conseqüència.
L'explicació completa i el vídeo de treball es poden veure a l'enllaç següent. Espero que us hagi agradat el projecte i hàgiu après alguna cosa útil. Si teniu cap pregunta, deixeu-los a la secció de comentaris a continuació o utilitzeu els nostres fòrums per iniciar una discussió sobre això.