جهاز تعتيم التيار المتردد الرقمي القوي باستخدام STM32: 15 خطوة (بالصور)

2024 مؤلف: John Day | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-30 07:35

بقلم: حسام مشيري [email protected]

أحمال التيار المتردد تعيش معنا! لأنها موجودة في كل مكان حولنا وعلى الأقل يتم تزويد الأجهزة المنزلية بالطاقة الكهربائية. يتم أيضًا تشغيل العديد من أنواع المعدات الصناعية باستخدام 220 فولت تيار متردد أحادي الطور. لذلك ، غالبًا ما نواجه المواقف التي نحتاج فيها إلى التحكم الكامل (التعتيم) في حمل التيار المتردد ، مثل المصباح ، ومحرك التيار المتردد ، والمكنسة الكهربائية ، والمثقاب ، … إلخ. يجب أن نعلم أن التحكم في حمل التيار المتردد ليس كذلك. بسيطة مثل حمولة DC. علينا استخدام دارة واستراتيجية إلكترونية مختلفة. علاوة على ذلك ، إذا تم تصميم باهتة للتيار المتردد رقميًا ، فإنه يعتبر تطبيقًا مهمًا للوقت ، ويجب كتابة كود وحدة التحكم الدقيقة بعناية وكفاءة. في هذه المقالة ، قمت بإدخال جهاز تخفيت رقمي للتيار المتردد بقوة 4000 وات يتكون من جزأين: اللوحة الرئيسية واللوحة. توفر لوحة اللوحة زري دفع وشاشة من سبعة أجزاء تتيح للمستخدم ضبط جهد الخرج بسلاسة.

الخطوة 1: الشكل 1 ، رسم تخطيطي للوحة الأم AC Dimmer’s

يتم استخدام IC1 و D1 و R2 للكشف عن نقاط العبور الصفرية. نقاط العبور الصفرية ضرورية جدًا لمخفت الإضاءة في التيار المتردد. IC1 [1] هو مقارن بصري يوفر عزلًا كلفانيًا. R1 هو مقاوم سحب يقلل الضوضاء ويسمح لنا بالتقاط جميع التغييرات (كل من الحواف الصاعدة والهابطة).

IC3 هو التيرستورات المصنف 25A من ST [2]. يسمح لنا هذا التصنيف الحالي العالي بالوصول بسهولة إلى طاقة تعتيم تبلغ 4000 واط ، ومع ذلك ، يجب أن تظل درجة حرارة التيرستورات منخفضة وقريبة من درجة حرارة الغرفة. إذا كنت تنوي التحكم في أحمال الطاقة العالية ، فلا تنس تركيب مبدد حراري كبير أو استخدام مروحة لتبريد المكون. وفقًا لورقة البيانات ، يمكن استخدام Triac في مجموعة متنوعة من التطبيقات: "تتضمن التطبيقات وظيفة التشغيل / الإيقاف في تطبيقات مثل المرحلات الثابتة ، وتنظيم التسخين ، ودوائر بدء تشغيل المحرك التعريفي ، وما إلى ذلك ، أو لتشغيل التحكم في الطور في مخفتات الإضاءة ، وأجهزة التحكم في سرعة المحرك ، وما شابه ذلك ".

C3 و R6 و R4 و C4 هي snubbers. في مصطلح بسيط ، يتم استخدام دوائر Snubber لتقليل الضوضاء ، ولكن لمزيد من القراءة ، يرجى النظر في ملاحظة تطبيق AN437 من ST [3]. IC3 عبارة عن Triac بدون snubber ، ومع ذلك ، قررت استخدام دوائر snubber الخارجية أيضًا.

IC2 هو Optoisolator Triac [4] يستخدم للتحكم في IC3. كما أنه يقوم بعمل عزل كلفاني مناسب. R5 يحد من تيار الصمام الثنائي لـ IC2.

IC4 هو منظم الجهد الشهير AMS1117 3.3V [5] الذي يوفر الطاقة لدوائر الأجزاء الرقمية. يقلل C1 من ضوضاء الإدخال ويقلل C2 من ضوضاء الإخراج. P1 هو موصل XH ذكر ذو دبابيس يستخدم لتوصيل الطاقة الخارجية بالجهاز. يكفي أي جهد إدخال من 5 فولت إلى 9 فولت.

IC5 هو متحكم STM32F030F4 وقلب الدائرة [6]. يوفر جميع التعليمات للتحكم في الحمل. P2 هو رأس 2 * 2 للذكور يوفر واجهة لبرمجة وحدة التحكم الدقيقة من خلال SWD.

R7 و R8 مقاومات سحب لأزرار الضغط. لذلك ، تتم برمجة دبابيس إدخال زر الضغط في MCU على أنها نشطة-منخفضة. يتم استخدام C8 و C9 و C10 لتقليل الضوضاء وفقًا لورقة بيانات MCU. تعمل L1 و C5 و C6 و C7 على تقليل ضوضاء الإمداد ، وكذلك إنشاء مرشح LC من الدرجة الأولى (Pi) لتوفير ترشيح أقوى لضوضاء الإدخال.

IDC1 هو موصل IDC ذكر 2 * 7 (14 سنًا) يستخدم لإجراء اتصال مناسب بين اللوحة الرئيسية ولوحة اللوحة من خلال كابل مسطح بـ 14 اتجاهًا.

تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور [اللوحة الرئيسية]

يوضح الشكل 2 تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور للوحة الأم. إنه تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور من طبقتين. مكونات الطاقة من خلال ثقب والمكونات الرقمية SMD.

الخطوة 2: الشكل 2 ، تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور للوحة الأم AC باهتة

كما هو واضح في الصورة ، يتم تقسيم اللوحة إلى جزأين ومعزولة بصريًا باستخدام IC1 و IC2. لقد قمت أيضًا بعمل فجوة عزل على ثنائي الفينيل متعدد الكلور ، تحت IC2 و IC3. تم تقوية مسارات الحمل عالية التيار باستخدام كل من الطبقات العلوية والسفلية وربطها باستخدام Vias. تم وضع IC3 على حافة اللوحة ، لذلك من السهل تركيب غرفة التبريد. يجب ألا تواجه صعوبات في لحام المكونات باستثناء IC5. الدبابيس رفيعة وقريبة من بعضها البعض. يجب أن تكون حريصًا على عدم عمل جسور لحام بين المسامير.

باستخدام مكتبات مكونات SamacSys المصنفة صناعيًا لـ TLP512 [7] و MOC3021 [8] و BTA26 [9] و AMS1117 [10] و STM32F030F4 [11] ، قلل بشكل كبير من وقت التصميم ومنع الأخطاء المحتملة. لا أستطيع أن أتخيل مقدار الوقت الذي كنت أضيعه إذا كنت أنوي تصميم هذه الرموز التخطيطية وآثار أقدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور من الصفر. لاستخدام مكتبات مكونات Samacsys ، يمكنك إما استخدام مكون إضافي لبرنامج CAD المفضل لديك [12] أو تنزيل المكتبات من محرك بحث المكون. جميع مكتبات / خدمات SamacSys مجانية. لقد استخدمت Altium Designer ، لذلك فضلت استخدام المكون الإضافي SamacSys Altium (الشكل 3).

الخطوة 3: الشكل 3 ، مكتبات المكونات المحددة من SamacSys Altium Plugin

يوضح الشكل 4 مناظر ثلاثية الأبعاد من أعلى وأسفل اللوحة. يوضح الشكل 5 اللوحة الرئيسية المجمعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور من منظر علوي ويوضح الشكل 6 لوحة PCB المجمعة للوحة الأم من وجهة نظر سفلية. غالبية المكونات ملحومة على الطبقة العليا. أربعة مكونات SMD ملحومة على الطبقة السفلية. في الشكل 6 ، فجوة عزل ثنائي الفينيل متعدد الكلور واضحة.

الخطوة 4: الشكل 4 ، طرق عرض ثلاثية الأبعاد من لوحة PCB

الخطوة 5: الشكل 5/6 ، اللوحة الرئيسية المجمعة PCB (المنظر العلوي / العرض السفلي)

تحليل الدائرة [لوحة] يوضح الشكل 7 الرسم التخطيطي للوحة. SEG1 عبارة عن مقطع مكون من سبعة أرقام كاثود مشترك متعدد الإرسال.

الخطوة 6: الشكل 7 ، رسم تخطيطي للوحة باهتة التيار المتردد

تقصر المقاومات R1 إلى R7 التيار على مصابيح LED ذات الأجزاء السبعة. IDC1 هو موصل IDC ذكر 7 * 2 (14 سنًا) ، لذلك يوفر سلك مسطح ذو 14 اتجاهًا الاتصال باللوحة الرئيسية. SW1 و SW2 عبارة عن أزرار ضغط لمسية. P1 و P2 هما موصلات ذكر XH ذات دبابيس. لقد قمت بتوفيرها للمستخدمين الذين ينوون استخدام أزرار ضغط اللوحة الخارجية بدلاً من الأزرار التي تعمل باللمس على متن الطائرة.

Q1 و Q2 هما N-Channel MOSFETs [13] التي تستخدم لتشغيل / إيقاف كل جزء من الأجزاء السبعة. R8 و R9 عبارة عن مقاومات قابلة للسحب لإبقاء دبابيس البوابة الخاصة بدوائر MOSFET منخفضة ، لمنع التشغيل غير المرغوب فيه للوحدات MOSFET.

تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور [لوحة]

يوضح الشكل 8 تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور للوحة اللوحة. إنها لوحة PCB ذات طبقتين وجميع المكونات باستثناء موصل IDC وأزرار الضغط الملموسة هي SMD.

الخطوة 7: الشكل 8 ، تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور للوحة لوحة باهتة التيار المتردد

باستثناء الأجزاء السبعة والأزرار الانضغاطية (إذا كنت لا تستخدم الأزرار الخارجية) ، يتم لحام المكونات الأخرى في الطبقة السفلية. موصل IDC ملحوم أيضًا في الطبقة السفلية.

مثل اللوحة الرئيسية ، استخدمت مكتبات المكونات الصناعية SamacSys (رمز تخطيطي ، بصمة PCB ، نموذج ثلاثي الأبعاد) لـ 2N7002 [14]. يوضح الشكل 9 المكون الإضافي Altium والمكون المحدد ليتم تثبيته في المستند التخطيطي.

الخطوة 8: الشكل 9 ، المكون المحدد (2N7002) من البرنامج المساعد SamacSys Altium

يوضح الشكل 10 مناظر ثلاثية الأبعاد من أعلى وأسفل لوحة اللوحة. يوضح الشكل 11 منظرًا علويًا من اللوحة المجمعة ويظهر الشكل 12 منظرًا سفليًا من اللوحة المجمعة.

الخطوة 9: الشكل 10 ، عروض ثلاثية الأبعاد من أعلى وأسفل لوحة اللوحة

الخطوة 10: الشكل 11/12 ، منظر علوي / سفلي من اللوحة المجمعة

النتائج يوضح الشكل 13 مخطط الأسلاك الخاص بخفت التيار المتردد. إذا كنت تنوي التحقق من شكل الموجة الناتج باستخدام راسم الذبذبات ، فيجب ألا تقوم بتوصيل السلك الأرضي لمسبار راسم الذبذبات بمخرج باهت أو في أي مكان على التيار الكهربائي.

تنبيه: لا تقم أبدًا بتوصيل مسبار الذبذبات مباشرة بالتيار الكهربائي. يمكن أن يبني الرصاص الأرضي للمسبار حلقة مغلقة مع طرف التيار الكهربائي. سوف يفجر كل شيء في المسار ، بما في ذلك دائرتك أو مسبارك أو راسم الذبذبات أو حتى نفسك

الخطوة 11: الشكل 13 ، مخطط الأسلاك الخاص بخفت التيار المتردد

للتغلب على هذه المشكلة ، لديك 3 خيارات. باستخدام مسبار تفاضلي ، باستخدام راسم الذبذبات العائم (تتم الإشارة إلى غالبية راسمات الذبذبات بالأرض) ، باستخدام محول عزل 220 فولت -220 فولت ، أو مجرد استخدام محول تنحى رخيص ، مثل 220 فولت -6 فولت أو 220 فولت -12 فولت … إلخ في الفيديو والشكل 11 ، استخدمت الطريقة الأخيرة (محول التدريجي) للتحقق من الإخراج.

يوضح الشكل 14 وحدة باهتة التيار المتردد الكاملة. لقد قمت بتوصيل لوحين باستخدام سلك مسطح من 14 اتجاهًا.

الخطوة 12: الشكل 14 ، وحدة إعتام تيار متردد رقمية كاملة

يوضح الشكل 15 نقاط العبور الصفرية ووقت تشغيل / إيقاف Triac. كما هو واضح ، تم اعتبار كل من الحافة الصاعدة / المتساقطة للنبض على أنها لا تواجه أي وميض وعدم استقرار.

الخطوة 13: الشكل 15 ، نقاط العبور الصفرية (الشكل الموجي الأرجواني)

الخطوة 14: فاتورة المواد

من الأفضل استخدام المكثفات المصنفة 630 فولت لـ C3 و C4.

الخطوة 15: المراجع

مقال:

[1]: ورقة بيانات TLP521:

[2]: ورقة بيانات BTA26:

[3]: AN437، ST Application Note:

[4]: ورقة بيانات MOC3021:

[5]: AMS1117-3.3 ورقة البيانات:

[6]: ورقة بيانات STM32F030F4:

[7]: رمز تخطيطي وبصمة PCB لـ TLP521:

[8]: رمز تخطيطي وبصمة ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ MOC3021:

[9]: رمز تخطيطي وبصمة ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ BTA26-600:

[10]: رمز تخطيطي وبصمة ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ AMS1117-3.3:

[11]: رمز تخطيطي وبصمة PCB لـ STM32F030F4:

[12]: ملحقات CAD الإلكترونية:

[13]: 2N7002 ورقة البيانات:

[14]: رمز تخطيطي وبصمة ثنائي الفينيل متعدد الكلور لـ 2N7002: