Данный модуль выступает посредником между микроконтроллерами и устройствами, питаемыми от сети, такими как лампочки или моторы. Его можно использовать для фазового управления как для резистивных, так и индуктивных нагрузок. Модуль управления питается от сети переменного тока 220 В.
Схема устройства
Принципиальная схема модуля представлена на рисунке. Напряжение питания 220 В для управляемой нагрузки подключается к клеммам разъема J1. На входе включаются предохранитель и фильтр CLC, задача которых – уменьшить импульсные помехи, которые могут возникнуть при включении нагрузки.
Рассматриваемый модуль включает в себя: детектор перехода сетевого напряжения через ноль и схему с симистором, управляемым оптроном. Никаких дополнительных модулей или соединений не требуется, что упрощает электромонтаж всего устройства.
Задача схемы управления состоит в том, чтобы активировать оптроны с соответствующей задержкой по отношению к входящим импульсам от детектора перехода через ноль. Если подстройка фазы не требуется, и хватит групповой подстройки, то задача еще проще: достаточно оставить оптрон включенным на время, определяемое количеством импульсов от детектора.
Напряжение 220 В также обеспечивает питание детектора перехода через ноль. Резистор R1 ограничивает ток двухтактных передающих светодиодов в оптопарах OK1 и OK2 до пикового значения примерно 3 мА. В течение одной половины периода подачи напряжения питания горит один, а в течение другой половины – другой. Обратное напряжение светодиода, который в данный момент выключен, равно прямому напряжению включенного, то есть около 1,5 В.
Приемные фототранзисторы включены параллельно, благодаря чему они одинаково управляют транзистором Т1, «добавляя» ток к его базе. Это насыщает транзистор T1, и выходное напряжение детектора становится с низким логическим значением.
Моменты, когда ни один из светодиодов не горит из-за того, что напряжение в сети близко к нулю, являются синонимами закрытия обоих приемных транзисторов. Потенциал базы T1 достигает 0 В (за счет резистора R2), что означает его закрытие. Ток перестает протекать через коллектор, поэтому выходной потенциал детектора равен питающему его напряжению, что можно трактовать как логическую «1».
Передающий LED ОК3 оптрона включается транзистором Т2. Таким образом можно избежать проблемы согласования логических уровней выхода схемы управления: это может быть как логика 1,8 В, так и 3,3 В или 5 В.
Со стороны высокого напряжения установлен симистор TR1, который защищен дополнительным гасителем из элементов C3 и R4. Их значения можно подбирать в зависимости от нагрузки. Управляющий электрод симистора запускается оптроном MOC3023, который не имеет схемы обнаружения перехода через нуль, которая желательна для регулировки фазы.
Если планируется использовать только групповое управление, можно использовать другой элемент, например MOC3063, который включает в себя модуль обнаружения пересечения напряжения. Последняя цифра обозначения, в данном случае 3, означает номинальный рабочий ток передающего светодиода, равный 5 мА. При использовании элемента из другой группы обратите внимание на большее потребление тока.
Схема запуска симистора разработана таким образом, чтобы можно было использовать одну и ту же плату для управления резистивными нагрузками (только R5-R7) и индуктивными нагрузками (есть также C4, вводящий сдвиг во времени).
Блок был настроен для первого варианта, поэтому R5 + R6 ограничивают ток оптрона, а R7 разряжает управляющий электрод симистора, предотвращая его самопроизвольное срабатывание. Если используется C4, то он вводит задержку с R5, R6 ограничивает ток, и роль R7 такая же.
Значения этих элементов следует выбирать для конкретного применения в соответствии с примечаниями в документации используемых симисторов и оптронов.
А далее осциллограммы, иллюстрирующие работу детектора пересечения нуля сетевого напряжения – передний и задний фронт. По ним видно, что простота этого детектора выходит определенной ошибкой в обнаружении нуля.
На осциллограммах показаны измеренные значения времени начала импульса до перехода через ноль и времени его окончания после перехода тестируемого напряжения через ноль.
Различия в длительности импульсов обусловлены различиями между оптопарами. Они показывают, что при синхронизации с нарастающим фронтом импульса от детектора нужно добавить запас времени не менее 0,35 мс. Тогда можно будет избежать отключения симистора в течение предыдущего периода полуспада напряжения.
Сборка МУП-220
Схема сборки представлена на рисунке. Размеры печатной платы 76 мм х 68 мм. Все элементы находятся в обычных корпусах. Силовые резисторы, особенно R1 и R4, следует припаивать так, чтобы между ними и поверхностью печатной платы оставалось свободное пространство для лучшего охлаждения. Симистор при необходимости должен иметь дополнительный радиатор.
Со стороны сетевого напряжения схема адаптирована для питания от 220 В, но возможна работа и на более низком напряжении. Симистор TR1 и предохранитель F1 могут быть выбраны для конкретного применения, учитывая также максимальный ток дросселя D1.
Со стороны схемы управления блок может работать с напряжением в диапазоне 3,3 – 10 В. При использовании другого напряжения питания или оптрона с более высоким током LED, R8 должен быть выбран соответственно.
При подаче сигнала с детектора перехода через нуль на вход схемы управления помните, что в высоком состоянии его значение равно напряжению питания модуля. Выход по току невелик, так как он ограничен резистором R3, но надо принять во внимание возможное добавление подходящего защитного диода.
