بناء صلبة مدمجة ومنخفضة الطاقة

المرحلات شائعة في العديد من دوائر التبديل حيث يلزم التحكم (تشغيل أو إيقاف تشغيل) في حمل التيار المتردد. ولكن نظرًا للخاصية الكهروميكانيكية ، فإن المرحل الميكانيكي له حياة ذاتية ، ويمكنه أيضًا تبديل حالة الحمل ولا يمكنه إجراء عمليات تحويل أخرى مثل التعتيم أو التحكم في السرعة. بصرف النظر عن هذا ، ينتج التتابع الكهروميكانيكي أيضًا أصوات نقرة وشرارة عالية الجهد عند تشغيل أو إيقاف تشغيل أحمال حثية ضخمة. يمكنك الاطلاع على المقالة حول عمل المرحلات لمعرفة المزيد عن المرحلات وبنيتها وأنواعها.

أفضل بديل للتتابع الكهروميكانيكي هو مرحل الحالة الصلبة. مرحل الحالة الصلبة هو نوع من الترحيل القائم على أشباه الموصلات والذي يمكن استخدامه كبديل لمرحل كهروميكانيكي للتحكم في الأحمال الكهربائية. لا يحتوي على أي ملفات ، وبالتالي لا يحتاج إلى مجال مغناطيسي للعمل. كما أنه لا يحتوي على أي نوابض أو ملامسات ميكانيكية وبالتالي لا يوجد به تآكل ويمكن أن يعمل على تيار منخفض. غالبًا ما يتم التعرف على مرحل الحالة الصلبة هذا حيث يستخدم SSR أشباه الموصلات التي تتحكم في وظيفة ON-OFF للحمل وكذلك يمكن استخدامها للتحكم في سرعة المحركات وكذلك باهتة. لقد استخدمنا أيضًا جهازًا صلبًا مثل TRIAC للتحكم في سرعة المحرك وللتحكم في شدة الضوء لحمل التيار المتردد في المشاريع السابقة.

في هذا المشروع ، سنصنع مرحل الحالة الصلبة باستخدام مكون واحد وسنتحكم في حمل التيار المتردد في عملية 230VAC. المواصفات المستخدمة هنا محدودة ، لقد اخترنا 2A للحمل ليتم تشغيلها باستخدام مرحل الحالة الصلبة. الهدف هو بناء ثنائي الفينيل متعدد الكلور مضغوط لترحيل الحالة الصلبة الذي يمكن توصيله مباشرة والتحكم فيه باستخدام دبابيس GPIO 3.3 فولت في Nodemcu أو ESP8266. لتحقيق ذلك قمنا بتصنيع لوحات PCB الخاصة بنا من PCBWay وسنقوم بتجميعها واختبارها في هذا المشروع. اذا هيا بنا نبدأ !!!

المكونات المطلوبة لبناء مرحل الحالة الصلبة

ثنائي الفينيل متعدد الكلور
ACST210-8BTR
مقاومة 330R ¼ وات
كتلة المحطة (300V 5A)
0805 LED مع أي لون
150R المقاوم

مرحل الحالة الصلبة باستخدام TRIAC - مخطط الدائرة

المكون الرئيسي هو ACS Triac أو ACST للاختصار. رقم جزء ACST هو ACST210-8BTR. ومع ذلك ، يتم استخدام المقاوم R1 لتوصيل المتحكم الدقيق أو الدائرة الثانوية (دائرة التحكم) GND مع AC Neutral. يمكن أن تكون قيمة المقاوم أي شيء بين 390R-470R أو يمكن استخدامه أكثر قليلاً من ذلك أيضًا.

لمزيد من المعلومات حول عمل الدائرة ، تم وصفها في القسم أدناه. كما ذكرنا سابقًا ، المكون الرئيسي هو T1 ، ACST210-8BTR. ACST هو نوع من TRIAC ويسمى أيضًا الصمام الثلاثي للتيار المتردد.

كيف يعمل ACS TRIAC (ASCT)؟

قبل فهم كيفية عمل ACST ، من المهم فهم كيفية عمل TRIAC. TRIAC عبارة عن مكون إلكتروني ثلاثي الأطراف يقوم بتوصيل التيار في أي من الاتجاهين عند تشغيله باستخدام بوابته. وهكذا يطلق عليه الثايرستور ثنائي الاتجاه. يحتوي TRIAC على ثلاث محطات طرفية حيث "A1" هو Anode 1 و "A2" هو Anode 2 و "G" هو البوابة. في بعض الأحيان ، يشار إليها أيضًا باسم Anode 1 و Anode 2 أو المحطة الرئيسية 1 (MT1) والمحطة الرئيسية 2 (MT2) على التوالي. الآن ، تحتاج بوابة TRIAC إلى توفير كمية صغيرة من التيار من مصدر التيار المتردد باستخدام الثايرستور البصري ، على سبيل المثال ، مثل MOC3021.

لكن ACST يختلف قليلاً عن TRIAC العادي. ACST هو نوع من TRIAC من STMicroelectronics ولكن يمكن ربطه مباشرة بوحدة متحكم دقيق ويمكن تشغيله باستخدام كمية صغيرة من التيار المستمر دون الحاجة إلى optocoupler. وفقًا لورقة البيانات ، لا يتطلب ACST أي دائرة كهربائية أيضًا لـ 2A من الحمل الاستقرائي.

الدائرة المذكورة أعلاه هي توضيح لدائرة تطبيق ACST. الخط هو الخط المباشر لـ 230VAC والخط المحايد متصل بالدبوس المشترك لـ ACST. يتم استخدام مقاوم البوابة للتحكم في تيار الخرج. ومع ذلك ، يمكن أيضًا استخدام هذا المقاوم في الخط المحايد مع الأرض أو يمكن إزالته اعتمادًا على خرج MCU الحالي.

الصورة أعلاه توضح pinout من ACST. شيء واحد مثير للاهتمام هو ، هناك فرق بين pinout مع معيار TRIAC و ACS TRIAC. يتم عرض pinout القياسي TRIAC أدناه للمقارنة ، وهو عبارة عن pinout BT136 TRIAC.

كما نرى ، بدلاً من T1 و T2 (المحطة 1 والمحطة 2) ، يحتوي ACST على دبابيس خارجية ومشتركة. يجب توصيل الدبوس المشترك بالدبوس الأرضي للميكروكونترولر. وبالتالي ، فهي لا تعمل بشكل ثنائي الاتجاه مثل TRIAC. يجب أن يتم توصيل الحمولة في سلسلة مع ACST.

مرحل الحالة الصلبة باستخدام تصميم TRIAC - PCB

تم تصميم PCB بحجم 24 مم / 15 مم. يتم توفير غرفة التبريد المناسبة عبر ACST باستخدام الطبقة النحاسية. ومع ذلك ، يتم توفير Gerber المحدث لهذا PCB في الرابط أدناه. تم تحديث Gerber بعد الاختبار لوجود بعض أخطاء التصميم.

أثناء الاختبار ، يتم استخدام نفس الحجم من ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع الدائرة المختلفة حيث يتم توفير MOC3021 ولكن يتم إزالته لاحقًا في Gerber المحدث.

يمكن تنزيل تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور الكامل بما في ذلك ملف Gerber والتخطيطي من الرابط أدناه.

قم بتنزيل ملف Gerber وتصميم PCB لترحيل الحالة الصلبة

طلب PCB من PCBWay

الآن بعد الانتهاء من التصميم ، يمكنك متابعة طلب PCB:

الخطوة 1: ادخل إلى https://www.pcbway.com/ ، قم بالتسجيل إذا كانت هذه هي المرة الأولى لك. ثم ، في علامة التبويب PCB Prototype ، أدخل أبعاد PCB وعدد الطبقات وعدد PCB الذي تحتاجه.

الخطوة 2: تابع بالنقر فوق الزر "اقتباس الآن". سيتم نقلك إلى صفحة حيث يتم تعيين بعض المعلمات الإضافية مثل نوع اللوحة ، والطبقات ، والمواد الخاصة بثنائي الفينيل متعدد الكلور ، والسمك ، والمزيد ، ويتم تحديد معظمها افتراضيًا ، إذا كنت تختار أي معلمات محددة ، يمكنك تحديد هنا.

الخطوة 3: الخطوة الأخيرة هي تحميل ملف Gerber ومتابعة الدفع. للتأكد من أن العملية سلسة ، يتحقق PCBWAY مما إذا كان ملف Gerber الخاص بك صالحًا قبل متابعة الدفع. بهذه الطريقة ، يمكنك التأكد من أن ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاص بك سهل التصنيع وسيصل إليك كما هو ملتزم.

تجميع مرحل الحالة الصلبة

بعد بضعة أيام ، تلقينا ثنائي الفينيل متعدد الكلور في عبوة أنيقة وكانت جودة ثنائي الفينيل متعدد الكلور جيدة كما هو الحال دائمًا. يتم عرض الطبقة العليا والطبقة السفلية للوحة أدناه.

نظرًا لأن هذه كانت المرة الأولى التي أعمل فيها مع ACST ، لم تسر الأمور وفقًا للخطة كما قلت سابقًا. كان علي إجراء بعض التغييرات. الدائرة النهائية بعد إجراء جميع التغييرات موضحة أدناه. لا داعي للقلق بشأن التغييرات لأنها تم إجراؤها بالفعل وتحديثها في ملف Gerber الذي قمت بتنزيله من القسم أعلاه.

برمجة ESP8266 للتحكم في مرحل الحالة الصلبة

الكود بسيط. يتوفر دبابيس GPIO في ESP8266-01. يتم تحديد GPIO 0 كدبوس زر ويتم تحديد GPIO 2 باعتباره دبوس الترحيل. عند قراءة دبوس الزر ، إذا تم الضغط على الزر ، فسيقوم المرحل بتغيير الحالة ON أو OFF أو العكس. ومع ذلك ، للتشغيل الخالي من المشاكل ، يتم أيضًا استخدام تأخير الارتداد يمكنك معرفة المزيد حول إلغاء التبديل في المقالة المرتبطة. نظرًا لأن الشفرة بسيطة جدًا ، فلن نناقشها هنا. يمكن العثور على الكود الكامل في أسفل هذه الصفحة.

اختبار ترحيل الحالة الصلبة

الدائرة متصلة بـ ESP8266-01 بمصدر طاقة 3.3 فولت. أيضًا ، يتم استخدام لمبة 100 وات لأغراض الاختبار. كما ترون في الصورة أعلاه ، لقد قمت بتشغيل وحدة ESP الخاصة بنا بوحدة تزويد طاقة اللوح واستخدمت زرين لتشغيل الحمل وإيقاف تشغيله.

عند الضغط على الزر ، يتم تشغيل الضوء. في وقت لاحق بعد الاختبار ، قمت بلحام كلاً من مرحل الحالة الصلبة ووحدة ESP826 على لوحة واحدة لتحقيق حل مضغوط كما هو موضح أدناه. الآن لأغراض العرض التوضيحي ، استخدمنا زر ضغط لتشغيل التحميل ولكن في التطبيق الفعلي ، سنقوم بتشغيله عن بُعد عن طريق كتابة برنامجنا وفقًا لذلك.

يمكن مشاهدة الشرح الكامل وفيديو العمل في الرابط أدناه. آمل أن تكون قد استمتعت بالمشروع وتعلمت شيئًا مفيدًا ، إذا كانت لديك أي أسئلة ، فيرجى تركها في قسم التعليقات أدناه أو استخدام منتدياتنا لبدء مناقشة حول هذا الموضوع.