Galingas skaitmeninis kintamosios srovės reguliatorius naudojant STM32: 15 žingsnių (su nuotraukomis)

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:44

Parašė Hesamas Moshiri, [email protected]

AC apkrovos gyvena su mumis! Nes jų yra visur aplink mus ir bent jau buitinė technika tiekiama iš elektros tinklo. Daugelio rūšių pramoninė įranga taip pat maitinama vienfaziu 220V-AC. Todėl dažnai susiduriame su situacijomis, kai turime visiškai valdyti (pritemdyti) kintamosios srovės apkrovą, pvz., Lempą, kintamosios srovės variklį, dulkių siurblį, grąžtą ir tt. Turėtume žinoti, kad kintamosios srovės apkrovos valdymas nėra paprasta kaip nuolatinės srovės apkrova. Turime naudoti kitokią elektroninę grandinę ir strategiją. Be to, jei kintamosios srovės reguliatorius suprojektuotas skaitmeniniu būdu, tai laikoma kritiškai svarbia programa, o mikrovaldiklio kodas turi būti parašytas kruopščiai ir efektyviai. Šiame straipsnyje aš pristatiau izoliuotą 4000 W skaitmeninį kintamosios srovės reguliatorių, kurį sudaro dvi dalys: pagrindinė plokštė ir skydas. Skydelio plokštėje yra du mygtukai ir septynių segmentų ekranas, leidžiantis vartotojui sklandžiai reguliuoti išėjimo įtampą.

1 žingsnis: 1 paveikslas, kintamosios srovės reguliatoriaus pagrindinės plokštės schema

IC1, D1 ir R2 naudojami nulio kirtimo taškams aptikti. Nulinio kirtimo taškai yra būtini kintamosios srovės reguliatoriui. IC1 [1] yra optinis jungiklis, užtikrinantis galvaninę izoliaciją. R1 yra prisitraukimo rezistorius, kuris sumažina triukšmą ir leidžia fiksuoti visus pokyčius (tiek kylančius, tiek krintančius kraštus).

IC3 yra 25A įvertintas Triac iš ST [2]. Šis didelis srovės lygis leidžia lengvai pasiekti 4000 W pritemdymo galią, tačiau „Triac“temperatūra turi būti palaikoma žema ir artima kambario temperatūrai. Jei ketinate valdyti didelės galios apkrovas, nepamirškite sumontuoti didelio radiatoriaus arba naudoti ventiliatorių komponentui atvėsinti. Remiantis duomenų lapu, šis „Triac“gali būti naudojamas įvairiose srityse: „Programose yra įjungimo/išjungimo funkcija tokiose srityse, kaip statinės relės, šildymo reguliavimas, indukcinio variklio paleidimo grandinės ir kt., Arba fazinio valdymo veikimui šviesos reguliatoriuose., variklio greičio reguliatoriai ir panašiai “.

C3 ir R6, R4 ir C4 yra smulkintuvai. Trumpai tariant, „Snubber“grandinės naudojamos triukšmui mažinti, tačiau, norėdami daugiau skaityti, apsvarstykite AN437 paraiškos pastabą iš ST [3]. IC3 yra „Triac“be snubberio, tačiau nusprendžiau naudoti ir išorines grandines.

IC2 yra optoizoliatorius Triac [4], naudojamas IC3 valdyti. Tai taip pat užtikrina tinkamą galvaninę izoliaciją. R5 riboja IC2 diodo srovę.

IC4 yra garsusis AMS1117 3.3V įtampos reguliatorius [5], kuris tiekia skaitmeninių dalių grandinių maitinimą. C1 sumažina įvesties triukšmą, o C2 sumažina išėjimo triukšmą. P1 yra 2 kaiščių XH jungtis, naudojama išorinei elektros energijai prijungti prie įrenginio. Pakanka bet kokios įėjimo įtampos nuo 5V iki 9V.

IC5 yra STM32F030F4 mikrovaldiklis ir grandinės širdis [6]. Jame pateikiamos visos apkrovos valdymo instrukcijos. P2 yra 2*2 vyriška antraštė, suteikianti sąsają, skirtą programuoti mikrovaldiklį per SWD.

R7 ir R8 yra prispaudžiamieji mygtukų rezistoriai. Todėl MCU mygtuko įvesties kaiščiai yra užprogramuoti kaip žemas aktyvus. C8, C9 ir C10 naudojami triukšmui sumažinti pagal MCU duomenų lapą. L1, C5, C6 ir C7 sumažina tiekimo triukšmą, taip pat sukurkite pirmos eilės LC filtrą (Pi), kad įvesties triukšmas būtų stipresnis.

IDC1 yra 2*7 (14 kaiščių) vyriška IDC jungtis, naudojama tinkamam pagrindinės plokštės ir plokštės plokštės sujungimui per 14 krypčių plokščią kabelį.

PCB išdėstymas [pagrindinė plokštė]

2 paveiksle parodytas pagrindinės plokštės PCB išdėstymas. Tai dviejų sluoksnių PCB dizainas. Maitinimo komponentai yra per skylę, o skaitmeniniai komponentai yra SMD.

2 žingsnis: 2 paveikslas, kintamosios srovės reguliatoriaus pagrindinės plokštės PCB išdėstymas

Kaip matyti iš vaizdo, plokštė yra padalinta į dvi dalis ir optiškai izoliuota naudojant IC1 ir IC2. Aš taip pat padariau izoliacijos tarpą ant PCB pagal IC2 ir IC3. Didelės srovės keliai buvo sustiprinti naudojant viršutinį ir apatinį sluoksnius ir surišti naudojant „Vias“. IC3 buvo padėtas plokštės krašte, todėl lengviau sumontuoti radiatorių. Jums neturėtų kilti sunkumų lituojant komponentus, išskyrus IC5. Smeigtukai yra ploni ir arti vienas kito. Turėtumėte būti atsargūs, kad tarp kaiščių nesusidarytų litavimo tiltai.

Naudojant pramonines „SamacSys“komponentų bibliotekas, skirtas TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] ir STM32F030F4 [11], žymiai sutrumpėjo mano projektavimo laikas ir išvengta galimų klaidų. Neįsivaizduoju, kiek laiko švaistau, jei ketinau nuo pradžių sukurti šiuos scheminius simbolius ir PCB pėdsakus. Norėdami naudoti „Samacsys“komponentų bibliotekas, galite naudoti savo mėgstamos CAD programinės įrangos papildinį [12] arba atsisiųsti bibliotekas iš komponentų paieškos variklio. Visos „SamacSys“paslaugos/komponentų bibliotekos yra nemokamos. Aš naudoju „Altium Designer“, todėl norėjau naudoti „SamacSys Altium“papildinį (3 pav.).

3 veiksmas: 3 pav. Pasirinktos komponentų bibliotekos iš „SamacSys Altium“papildinio

4 paveiksle pavaizduoti 3D vaizdai iš lentos viršaus ir apačios. 5 paveiksle parodyta surinkta pagrindinės plokštės plokštė iš viršaus, o 6 paveiksle parodyta surinkta pagrindinės plokštės plokštė iš apačios. Dauguma komponentų yra lituojami ant viršutinio sluoksnio. Keturi SMD komponentai yra lituojami apatiniame sluoksnyje. 6 paveiksle PCB izoliacijos spraga yra aiški.

4 žingsnis: 4 paveikslas, 3D vaizdai iš PCB plokštės

5 žingsnis: 5/6 pav., Surinkta pagrindinės plokštės plokštė (vaizdas iš viršaus/apačia)

Grandinių analizė [skydelis] 7 paveiksle pavaizduota skydelio schema. SEG1 yra dviejų skaitmenų multipleksuotas bendrojo katodo septynių segmentų.

6 žingsnis: 7 paveikslas, kintamosios srovės reguliatoriaus skydelio schema

Rezistoriai nuo R1 iki R7 apriboja srovę iki septynių segmentų šviesos diodų. IDC1 yra 7*2 (14 kaiščių) vyriška IDC jungtis, todėl 14 krypčių plokščias laidas užtikrina ryšį su pagrindine plokšte. SW1 ir SW2 yra lytėjimo mygtukai. P1 ir P2 yra 2 kontaktų XH kištukinės jungtys. Aš juos pateikiau vartotojams, kurie ketina naudoti išorinius skydelio mygtukus, o ne jutiklinius mygtukus.

Q1 ir Q2 yra N kanalų MOSFET [13], naudojami įjungti/išjungti kiekvieną septynių segmentų dalį. R8 ir R9 yra nuleidžiami rezistoriai, kad MOSFET vartų kaiščiai būtų žemi, kad būtų išvengta nepageidaujamo MOSFET paleidimo.

PCB išdėstymas [skydelis]

8 paveiksle pavaizduotas plokštės PCB išdėstymas. Tai dviejų sluoksnių PCB plokštė, o visi komponentai, išskyrus IDC jungtį ir lytėjimo mygtukus, yra SMD.

7 žingsnis: 8 paveikslas, kintamosios srovės reguliatoriaus skydo plokštės išdėstymas

Išskyrus septynių segmentų ir mygtukus (jei nenaudojate išorinių mygtukų), kiti komponentai yra lituojami apatiniame sluoksnyje. IDC jungtis taip pat yra lituojama ant apatinio sluoksnio.

Kaip ir pagrindinė plokštė, 2N7002 naudojau „SamacSys“pramoninių komponentų bibliotekas (scheminis simbolis, PCB pėdsakas, 3D modelis) [14]. 9 paveiksle pavaizduotas „Altium“papildinys ir pasirinktas komponentas, kuris turi būti įdiegtas scheminiame dokumente.

8 veiksmas: 9 paveikslas, pasirinktas komponentas (2N7002) iš „SamacSys“altiumo papildinio

10 paveiksle pavaizduoti 3D vaizdai iš skydo viršaus ir apačios. 11 paveiksle pavaizduotas vaizdas iš viršaus iš surinktos plokštės, o 12 paveiksle - apačios vaizdas iš surinktos plokštės.

9 veiksmas: 10 paveikslas, 3D vaizdai iš skydo viršaus ir apačios

10 veiksmas: 11/12 paveikslas, vaizdas iš viršaus/apačios iš surinktos skydo

13 paveiksle parodyta kintamosios srovės reguliatoriaus prijungimo schema. Jei ketinote patikrinti išėjimo bangos formą naudodami osciloskopą, neturite prijungti osciloskopo zondo įžeminimo laido prie šviesos reguliatoriaus išvesties ar niekur iš elektros tinklo.

Dėmesio: niekada neprijunkite osciloskopo zondo tiesiai prie elektros tinklo. Zondo įžeminimo laidas gali sukurti uždarą kilpą su tinklo gnybtu. Tai susprogdintų viską, kas yra kelyje, įskaitant jūsų grandinę, zondą, osciloskopą ar net save

11 veiksmas: 13 paveikslas, kintamosios srovės reguliatoriaus prijungimo schema

Norėdami išspręsti šią problemą, turite 3 galimybes. Naudojant diferencialinį zondą, naudojant plaukiojantį osciloskopą (dauguma osciloskopų yra įžeminti), naudojant 220V-220V izoliacinį transformatorių arba tiesiog naudokite pigų sumažinimo transformatorių, pvz., 220V-6V arba 220V-12V … ir tt Vaizdo įraše ir paveiksle-11 aš naudojau paskutinį metodą (sumažinimo transformatorių), norėdamas patikrinti išvestį.

14 paveiksle pavaizduotas visas kintamosios srovės reguliavimo blokas. Aš prijungiau dvi plokštes naudodami 14 krypčių plokščią laidą.

12 veiksmas: 14 paveikslas, visas skaitmeninis kintamosios srovės reguliatorius

15 paveiksle pavaizduoti nulio kirtimo taškai ir „Triac“įjungimo/išjungimo laikas. Kaip aišku, buvo laikoma, kad tiek kylantys/krintantys pulso kraštai nesusiduria su mirgėjimu ir nestabilumu.

13 žingsnis: 15 paveikslas, nuliniai kirtimo taškai (purpurinės bangos forma)

14 žingsnis: medžiagų sąrašas

C3 ir C4 geriau naudoti 630 V vardinius kondensatorius.

15 žingsnis: nuorodos

Straipsnis:

[1]: TLP521 duomenų lapas:

[2]: BTA26 duomenų lapas:

[3]: AN437, ST programos pastaba:

[4]: MOC3021 duomenų lapas:

[5]: AMS1117-3.3 duomenų lapas:

[6]: STM32F030F4 duomenų lapas:

[7]: TLP521 scheminis simbolis ir PCB pėdsakas:

[8]: scheminis simbolis ir PCB pėdsakas MOC3021:

[9]: BTA26-600 scheminis simbolis ir PCB pėdsakas:

[10]: AMS1117-3.3 scheminis simbolis ir PCB pėdsakas:

[11]: STM32F030F4 scheminis simbolis ir PCB pėdsakas:

[12]: Elektroniniai CAD papildiniai:

[13]: 2N7002 duomenų lapas:

[14]: 2N7002 scheminis simbolis ir PCB pėdsakas: