Bộ điều chỉnh độ sáng AC kỹ thuật số mạnh mẽ sử dụng STM32: 15 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:30

Bởi Hesam Moshiri, [email protected]

AC tải trực tiếp với chúng tôi! Bởi vì chúng ở khắp mọi nơi xung quanh chúng ta và ít nhất là các thiết bị gia dụng được cung cấp nguồn điện chính. Nhiều loại thiết bị công nghiệp cũng được cấp nguồn 220V-AC một pha. Do đó, chúng ta thường xuyên phải đối mặt với các tình huống mà chúng ta cần có toàn quyền kiểm soát (giảm độ sáng) đối với tải AC, chẳng hạn như đèn, động cơ AC, máy hút bụi, máy khoan, … vv Chúng ta nên biết rằng việc kiểm soát tải AC là không đơn giản như tải một chiều. Chúng tôi phải sử dụng một mạch điện tử và chiến lược khác. Hơn nữa, nếu bộ điều chỉnh độ sáng AC được thiết kế kỹ thuật số, nó được coi là một ứng dụng quan trọng về thời gian và mã của bộ vi điều khiển phải được viết cẩn thận và hiệu quả. Trong bài viết này, tôi đã giới thiệu một bộ điều chỉnh độ sáng AC kỹ thuật số 4000W biệt lập bao gồm hai phần: bảng mạch chính và bảng điều khiển. Bảng điều khiển cung cấp hai nút nhấn và màn hình hiển thị bảy đoạn cho phép người dùng điều chỉnh điện áp đầu ra một cách trơn tru.

Bước 1: Hình 1, Sơ đồ của Mainboard AC Dimmer’s

IC1, D1 và R2 được sử dụng để phát hiện các điểm giao nhau không. Các điểm giao nhau bằng không là khá cần thiết đối với bộ điều chỉnh độ sáng AC. IC1 [1] là một optocoupler cung cấp khả năng cách ly điện. R1 là một điện trở pullup giúp giảm nhiễu và cho phép chúng ta nắm bắt tất cả các thay đổi (cả các cạnh tăng và giảm).

IC3 là một Triac xếp hạng 25A từ ST [2]. Đánh giá dòng điện cao này cho phép chúng tôi dễ dàng đạt đến công suất làm mờ 4000W, tuy nhiên, nhiệt độ của Triac phải được giữ ở mức thấp và gần với nhiệt độ của phòng. Nếu bạn có ý định kiểm soát tải công suất cao, đừng quên lắp một bộ tản nhiệt lớn hoặc sử dụng Quạt để làm mát linh kiện. Theo bảng dữ liệu, Triac này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau: “Các ứng dụng bao gồm chức năng BẬT / TẮT trong các ứng dụng như rơ le tĩnh, điều chỉnh nhiệt độ, mạch khởi động động cơ cảm ứng, v.v. hoặc cho hoạt động điều khiển pha trong bộ điều chỉnh độ sáng, bộ điều khiển tốc độ động cơ, và tương tự”.

C3 và R6, R4 và C4 là các snubbers. Nói một cách dễ hiểu, mạch Snubber được sử dụng để giảm nhiễu, tuy nhiên để đọc thêm, vui lòng xem xét lưu ý ứng dụng AN437 từ ST [3]. IC3 là một Triac không có snubber, tuy nhiên, tôi cũng quyết định sử dụng các mạch snubber bên ngoài.

IC2 là một Triac optoisolator [4] được sử dụng để điều khiển IC3. Nó cũng tạo ra sự cô lập galvanic thích hợp. R5 giới hạn dòng diode của IC2.

IC4 là bộ điều chỉnh điện áp AMS1117 3.3V nổi tiếng [5] cung cấp năng lượng cho các mạch phần kỹ thuật số. C1 giảm nhiễu đầu vào và C2 giảm nhiễu đầu ra. P1 là đầu nối XH đực 2 chân được sử dụng để kết nối nguồn điện bên ngoài với thiết bị. Bất kỳ điện áp đầu vào nào từ 5V đến 9V là đủ.

IC5 là vi điều khiển STM32F030F4 và là trái tim của mạch [6]. Nó cung cấp tất cả các hướng dẫn để kiểm soát tải. P2 là một tiêu đề đực 2 * 2 cung cấp một giao diện để lập trình vi điều khiển thông qua SWD.

R7 và R8 là điện trở kéo lên cho các nút bấm. Do đó, các chân đầu vào nút bấm của MCU được lập trình là hoạt động ở mức thấp. C8, C9 và C10 được sử dụng để giảm nhiễu theo biểu dữ liệu của MCU. L1, C5, C6 và C7 giảm nhiễu nguồn, cũng xây dựng bộ lọc LC bậc một (Pi) để cung cấp khả năng lọc mạnh hơn cho nhiễu đầu vào.

IDC1 là đầu nối IDC nam 2 * 7 (14 chân) được sử dụng để tạo kết nối thích hợp giữa bo mạch chính và bảng điều khiển thông qua cáp dẹt 14 chiều.

Bố cục PCB [mainboard]

Hình-2 cho thấy cách bố trí PCB của bo mạch chủ. Nó là một thiết kế PCB hai lớp. Các thành phần nguồn là lỗ xuyên và các thành phần kỹ thuật số là SMD.

Bước 2: Hình 2, Bố trí PCB của Mainboard AC Dimmer

Như rõ ràng trong hình ảnh, bo mạch được chia thành hai phần và được cách ly về mặt quang học bằng cách sử dụng IC1 và IC2. Tôi cũng tạo một khoảng cách ly trên PCB, dưới IC2 và IC3. Các rãnh mang dòng điện cao đã được tăng cường bằng cách sử dụng cả hai lớp trên cùng và dưới cùng và được buộc lại bằng Vias. IC3 đã được đặt ở cạnh của bo mạch, vì vậy việc lắp tản nhiệt sẽ dễ dàng hơn. Bạn sẽ không gặp khó khăn khi hàn các thành phần ngoại trừ IC5. Ghim mỏng và gần nhau. Bạn nên cẩn thận để không làm cầu hàn giữa các chốt.

Việc sử dụng các thư viện thành phần SamacSys được xếp hạng công nghiệp cho TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10] và STM32F030F4 [11], đã giảm đáng kể thời gian thiết kế của tôi và ngăn ngừa những sai lầm có thể xảy ra. Tôi không thể tưởng tượng mình đã lãng phí bao nhiêu thời gian nếu tôi có ý định thiết kế những biểu tượng sơ đồ và dấu chân PCB này từ đầu. Để sử dụng các thư viện thành phần của Samacsys, bạn có thể sử dụng một plugin cho phần mềm CAD yêu thích của mình [12] hoặc tải xuống các thư viện từ công cụ tìm kiếm thành phần. Tất cả các dịch vụ / thư viện thành phần của SamacSys đều miễn phí. Tôi đã sử dụng Altium Designer, Vì vậy, tôi ưu tiên sử dụng plugin SamacSys Altium (Hình 3).

Bước 3: Hình 3, Thư viện thành phần được chọn từ plugin SamacSys Altium

Hình 4 cho thấy các khung nhìn 3D từ trên và dưới của bảng. Hình 5 cho thấy PCB của bo mạch chủ đã được lắp ráp từ góc nhìn trên và hình 6 cho thấy PCB của bo mạch chủ đã được lắp ráp từ góc nhìn dưới. Phần lớn các thành phần được hàn trên lớp trên cùng. Bốn thành phần SMD được hàn ở lớp dưới cùng. Trong hình-6, khoảng cách cách ly của PCB là rõ ràng.

Bước 4: Hình 4, Chế độ xem 3D từ Bảng mạch PCB

Bước 5: Hình 5/6, PCB Mainboard đã được lắp ráp (Xem trên / Xem dưới)

Phân tích mạch [bảng điều khiển] Hình 7 cho thấy sơ đồ của bảng điều khiển. SEG1 là một hai chữ số được ghép với bảy đoạn cathode chung.

Bước 6: Hình 7, Sơ đồ của Bảng điều khiển AC Dimmer

Các điện trở từ R1 đến R7 giới hạn dòng điện cho các đèn LED bảy đoạn. IDC1 là đầu nối IDC nam 7 * 2 (14 chân), vì vậy dây dẹt 14 chiều cung cấp kết nối với bo mạch chủ. SW1 và SW2 là nút ấn xúc giác. P1 và P2 là đầu nối XH đực 2 chân. Tôi đã cung cấp chúng cho những người dùng có ý định sử dụng nút bấm bảng điều khiển bên ngoài thay vì nút bấm xúc giác trên bo mạch.

Q1 và Q2 là MOSFET kênh N [13] được sử dụng để BẬT / TẮT từng phần của bảy đoạn. R8 và R9 là điện trở kéo xuống để giữ chân cổng của MOSFET ở mức thấp, nhằm ngăn chặn sự kích hoạt không mong muốn của MOSFET.

Bố cục PCB [bảng điều khiển]

Hình 8 cho thấy cách bố trí PCB của bảng điều khiển. Nó là một bảng mạch PCB hai lớp và tất cả các thành phần ngoại trừ đầu nối IDC và các nút ấn xúc giác đều là SMD.

Bước 7: Hình 8, Bố cục PCB của Bảng điều khiển AC Dimmer’s

Ngoại trừ bảy phân đoạn và nút bấm (nếu bạn không sử dụng nút bên ngoài), các thành phần khác được hàn ở lớp dưới cùng. Đầu nối IDC cũng được hàn ở lớp dưới cùng.

Tương tự như bo mạch chủ, tôi sử dụng các thư viện thành phần công nghiệp SamacSys (biểu tượng sơ đồ, dấu chân PCB, mô hình 3D) cho 2N7002 [14]. Hình 9 cho thấy plugin Altium và thành phần được chọn sẽ được cài đặt trong tài liệu Schematic.

Bước 8: Hình 9, Thành phần đã chọn (2N7002) Từ Plugin SamacSys Altium

Hình 10 cho thấy các chế độ xem 3D từ trên cùng và dưới cùng của bảng điều khiển. Hình 11 cho thấy hình chiếu từ trên xuống từ bảng điều khiển đã lắp ráp và hình 12 cho thấy hình chiếu từ dưới lên từ bảng điều khiển đã lắp ráp.

Bước 9: Hình 10, Chế độ xem 3D từ trên cùng và dưới cùng của bảng điều khiển

Bước 10: Hình 11/12, Chế độ xem trên / dưới từ Bảng điều khiển đã lắp ráp

Kết quả Hình 13 cho thấy sơ đồ đấu dây của AC Dimmer. Nếu bạn định kiểm tra dạng sóng đầu ra bằng máy hiện sóng, bạn không được kết nối dây nối đất của đầu dò máy hiện sóng với đầu ra mờ hơn hoặc không ở đâu trên nguồn điện.

Chú ý: Không bao giờ kết nối trực tiếp đầu dò máy hiện sóng với nguồn điện lưới. Đầu nối đất của đầu dò có thể tạo một vòng khép kín với đầu cuối nguồn điện. Nó sẽ làm nổ tung mọi thứ trên đường đi, bao gồm cả mạch điện, đầu dò, máy hiện sóng hoặc thậm chí là chính bạn

Bước 11: Hình 13, Sơ đồ đấu dây của bộ điều chỉnh độ sáng AC

Để khắc phục vấn đề này, bạn có 3 lựa chọn. Sử dụng đầu dò vi sai, sử dụng dao động ký nổi (đa số các dao động ký được nối đất), sử dụng biến áp cách ly 220V-220V, hoặc chỉ đơn giản là sử dụng biến áp rẻ tiền như 220V-6V hoặc 220V-12V … vv Trong video và hình-11, tôi đã sử dụng phương pháp cuối cùng (biến áp bước xuống) để kiểm tra đầu ra.

Hình 14 cho thấy bộ điều chỉnh độ sáng AC hoàn chỉnh. Tôi đã kết nối hai bảng bằng dây dẹt 14 chiều.

Bước 12: Hình 14, Bộ điều chỉnh độ sáng AC kỹ thuật số hoàn chỉnh

Hình 15 cho thấy các điểm giao nhau không và thời gian BẬT / TẮT của Triac. Rõ ràng là cả cạnh tăng / giảm của xung đều được coi là không phải đối mặt với bất kỳ hiện tượng nhấp nháy và không ổn định nào.

Bước 13: Hình 15, Điểm giao nhau bằng 0 (Dạng sóng màu tím)

Bước 14: Hóa đơn nguyên vật liệu

Tốt hơn là sử dụng tụ điện định mức 630V cho C3 và C4.

Bước 15: Tham khảo

Bài viết:

[1]: Biểu dữ liệu TLP521:

[2]: Biểu dữ liệu BTA26:

[3]: AN437, ST Ghi chú ứng dụng:

[4]: MOC3021 Datasheet:

[5]: Biểu dữ liệu AMS1117-3.3:

[6]: Bảng dữ liệu STM32F030F4:

[7]: Biểu tượng sơ đồ và Dấu chân PCB của TLP521:

[8]: Biểu tượng sơ đồ và Dấu chân PCB của MOC3021:

[9]: Biểu tượng sơ đồ và Dấu chân PCB của BTA26-600:

[10]: Biểu tượng sơ đồ và Dấu chân PCB của AMS1117-3.3:

[11]: Biểu tượng sơ đồ và Dấu chân PCB của STM32F030F4:

[12]: Plugin CAD điện tử:

[13]: 2N7002 Datasheet:

[14]: Biểu tượng sơ đồ và Dấu chân PCB của 2N7002: