STM32 का उपयोग करते हुए शक्तिशाली डिजिटल एसी डिमर: 15 कदम (चित्रों के साथ)

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:18

हेसम मोशिरी द्वारा, [email protected]

एसी लोड हमारे साथ रहते हैं! क्योंकि वे हमारे चारों ओर हर जगह हैं और कम से कम घरेलू उपकरणों को मुख्य शक्ति के साथ आपूर्ति की जाती है। कई प्रकार के औद्योगिक उपकरण एकल-चरण 220V-AC से भी संचालित होते हैं। इसलिए, हम अक्सर ऐसी स्थितियों का सामना करते हैं कि हमें एसी लोड पर पूर्ण नियंत्रण (डिमिंग) की आवश्यकता होती है, जैसे कि लैंप, एसी मोटर, वैक्यूम क्लीनर, ड्रिल, आदि। हमें पता होना चाहिए कि एसी लोड को नियंत्रित करना नहीं है। डीसी लोड के रूप में सरल। हमें एक अलग इलेक्ट्रॉनिक सर्किट और रणनीति का उपयोग करना होगा। इसके अलावा, यदि एक एसी डिमर को डिजिटल रूप से डिज़ाइन किया गया है, तो इसे एक समय-महत्वपूर्ण अनुप्रयोग माना जाता है, और माइक्रोकंट्रोलर का कोड सावधानीपूर्वक और कुशलता से लिखा जाना चाहिए। इस लेख में, मैंने एक पृथक 4000W डिजिटल एसी डिमर पेश किया जिसमें दो भाग होते हैं: मेनबोर्ड और पैनल। पैनल बोर्ड दो पुश बटन और एक सात-खंड डिस्प्ले प्रदान करता है जो उपयोगकर्ता को आउटपुट वोल्टेज को सुचारू रूप से समायोजित करने की अनुमति देता है।

चरण 1: चित्र 1, एसी डिमर के मेनबोर्ड का योजनाबद्ध आरेख

शून्य-क्रॉसिंग बिंदुओं का पता लगाने के लिए IC1, D1 और R2 का उपयोग किया जाता है। एसी डिमर के लिए जीरो-क्रॉसिंग पॉइंट काफी जरूरी हैं। IC1 [1] एक ऑप्टोकॉप्लर है जो गैल्वेनिक अलगाव प्रदान करता है। R1 एक पुलअप रेसिस्टर है जो शोर को कम करता है और हमें सभी परिवर्तनों (बढ़ते और गिरते किनारों दोनों) को पकड़ने की अनुमति देता है।

IC3 ST [2] से 25A रेटेड Triac है। यह उच्च वर्तमान रेटिंग हमें आसानी से 4000W डिमिंग पावर तक पहुंचने की अनुमति देती है, हालांकि, Triac का तापमान कम रखा जाना चाहिए और कमरे के तापमान के करीब होना चाहिए। यदि आप उच्च शक्ति भार को नियंत्रित करने का इरादा रखते हैं, तो एक बड़ा हीटसिंक माउंट करना न भूलें या घटक को ठंडा करने के लिए पंखे का उपयोग करें। डेटाशीट के अनुसार, इस ट्राईक का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जा सकता है: "एप्लिकेशन में स्टैटिक रिले, हीटिंग रेगुलेशन, इंडक्शन मोटर स्टार्टिंग सर्किट आदि जैसे अनुप्रयोगों में या लाइट डिमर्स में चरण नियंत्रण ऑपरेशन के लिए ON / OFF फ़ंक्शन शामिल हैं।, मोटर गति नियंत्रक, और समान"।

C3 और R6, R4 और C4 स्नबर हैं। एक सरल शब्द में, शोर को कम करने के लिए स्नबर सर्किट का उपयोग किया जाता है, हालांकि अधिक पढ़ने के लिए, कृपया ST [3] से AN437 एप्लिकेशन नोट पर विचार करें। IC3 एक स्नबर-कम Triac है, हालाँकि, मैंने बाहरी स्नबर सर्किट का भी उपयोग करने का निर्णय लिया।

IC2 एक ऑप्टोइसोलेटर ट्राईक [4] है जिसका उपयोग IC3 को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। यह उचित गैल्वेनिक अलगाव भी करता है। R5 IC2 के डायोड करंट को सीमित करता है।

IC4 प्रसिद्ध AMS1117 3.3V वोल्टेज नियामक [5] है जो डिजिटल पार्ट सर्किट के लिए शक्ति प्रदान करता है। C1 इनपुट शोर को कम करता है और C2 आउटपुट शोर को कम करता है। P1 एक 2 पिन पुरुष XH कनेक्टर है जिसका उपयोग बाहरी शक्ति को डिवाइस से जोड़ने के लिए किया जाता है। 5V से 9V तक कोई भी इनपुट वोल्टेज पर्याप्त है।

IC5 STM32F030F4 माइक्रोकंट्रोलर और सर्किट का दिल है [6]। यह लोड को नियंत्रित करने के लिए सभी निर्देश प्रदान करता है। P2 एक 2*2 पुरुष हेडर है जो SWD के माध्यम से माइक्रोकंट्रोलर को प्रोग्राम करने के लिए एक इंटरफ़ेस प्रदान करता है।

R7 और R8 पुशबटन के लिए पुलअप रेसिस्टर्स हैं। इसलिए एमसीयू के पुशबटन इनपुट पिन को सक्रिय-निम्न के रूप में प्रोग्राम किया जाता है। C8, C9 और C10 का उपयोग MCU के डेटाशीट के अनुसार शोर को कम करने के लिए किया जाता है। L1, C5, C6, और C7 आपूर्ति शोर को कम करते हैं, इनपुट शोर के लिए मजबूत फ़िल्टरिंग प्रदान करने के लिए पहले ऑर्डर एलसी फ़िल्टर (पीआई) भी बनाते हैं।

IDC1 एक 2*7 (14 पिन) पुरुष IDC कनेक्टर है जिसका उपयोग 14-तरफा फ्लैट केबल के माध्यम से मेनबोर्ड और पैनल बोर्ड के बीच उचित संबंध बनाने के लिए किया जाता है।

पीसीबी लेआउट [मेनबोर्ड]

चित्र-2 मेनबोर्ड के पीसीबी लेआउट को दर्शाता है। यह दो-परत पीसीबी डिजाइन है। बिजली के घटक थ्रू-होल हैं और डिजिटल घटक एसएमडी हैं।

चरण 2: चित्रा 2, एसी डिमर के मेनबोर्ड का पीसीबी लेआउट

जैसा कि छवि में स्पष्ट है, बोर्ड को दो भागों में विभाजित किया गया है और वैकल्पिक रूप से IC1 और IC2 का उपयोग करके अलग किया गया है। मैंने IC2 और IC3 के तहत PCB पर एक आइसोलेशन गैप भी बनाया। उच्च धारा ले जाने वाले ट्रैक को ऊपर और नीचे दोनों परतों का उपयोग करके मजबूत किया गया है और Vias का उपयोग करके बांधा गया है। IC3 को बोर्ड के किनारे पर रखा गया है, इसलिए हीटसिंक को माउंट करना आसान है। आपको IC5 को छोड़कर घटकों को टांका लगाने में कठिनाई नहीं होनी चाहिए। पिन पतले और एक दूसरे के करीब होते हैं। आपको सावधान रहना चाहिए कि पिनों के बीच सोल्डर ब्रिज न बनाएं।

TLP512 [7], MOC3021 [8], BTA26 [9], AMS1117 [10], और STM32F030F4 [11] के लिए औद्योगिक रेटेड SamacSys घटक पुस्तकालयों का उपयोग करके, मेरे डिजाइन समय को काफी कम कर दिया और संभावित गलतियों को रोका। मैं कल्पना नहीं कर सकता कि मैं कितना समय बर्बाद कर रहा था अगर मैं इन योजनाबद्ध प्रतीकों और पीसीबी के पैरों के निशान को खरोंच से डिजाइन करने का इरादा रखता था। Samacsys घटक पुस्तकालयों का उपयोग करने के लिए, आप या तो अपने पसंदीदा CAD सॉफ़्टवेयर [12] के लिए एक प्लगइन का उपयोग कर सकते हैं या घटक-खोज-इंजन से पुस्तकालयों को डाउनलोड कर सकते हैं। SamacSys की सभी सेवाएँ/घटक पुस्तकालय निःशुल्क हैं। मैंने Altium Designer का उपयोग किया, इसलिए मैंने SamacSys Altium प्लगइन (चित्र 3) का उपयोग करना पसंद किया।

चरण 3: चित्र 3, SamacSys Altium प्लगइन से चयनित घटक पुस्तकालय

चित्र 4 बोर्ड के ऊपर और नीचे से 3D दृश्य दिखाता है। चित्रा 5 एक शीर्ष दृश्य से इकट्ठे मेनबोर्ड पीसीबी को दिखाता है और आंकड़ा 6 नीचे के दृश्य से इकट्ठे मेनबोर्ड पीसीबी को दिखाता है। अधिकांश घटकों को शीर्ष परत पर मिलाप किया जाता है। नीचे की परत पर चार एसएमडी घटकों को मिलाया जाता है। फिगर-6 में, PCB का आइसोलेशन गैप स्पष्ट है।

चरण 4: चित्र 4, पीसीबी बोर्ड से 3डी दृश्य

चरण 5: चित्रा 5/6, इकट्ठे मेनबोर्ड पीसीबी (शीर्ष दृश्य / नीचे देखें)

सर्किट विश्लेषण [पैनल] चित्र 7 पैनल के योजनाबद्ध आरेख को दर्शाता है। SEG1 एक दो अंकों का बहुसंकेतन सामान्य-कैथोड सात-खंड है।

चरण 6: चित्रा 7, एसी डिमर के पैनल का योजनाबद्ध आरेख

R1 से R7 रेसिस्टर्स करंट को सात-खंड एलईडी तक सीमित करते हैं। IDC1 एक 7*2 (14 पिन) पुरुष IDC कनेक्टर है, इसलिए एक 14-तरफा फ्लैट तार मेनबोर्ड से कनेक्शन प्रदान करता है। SW1 और SW2 स्पर्शनीय पुशबटन हैं। P1 और P2 2-पिन XH पुरुष कनेक्टर हैं। मैंने उन्हें उन उपयोगकर्ताओं के लिए प्रदान किया है जो ऑनबोर्ड स्पर्श पुशबटन के बजाय बाहरी पैनल पुशबटन का उपयोग करना चाहते हैं।

Q1 और Q2 N-चैनल MOSFETs [13] हैं जिनका उपयोग सात-खंड के प्रत्येक भाग को चालू/बंद करने के लिए किया जाता है। MOSFETs के अवांछित ट्रिगर को रोकने के लिए, MOSFETs के गेट पिन को कम रखने के लिए R8 और R9 पुल-डाउन रेसिस्टर्स हैं।

पीसीबी लेआउट [पैनल]

चित्र 8 पैनलबोर्ड के पीसीबी लेआउट को दिखाता है। यह दो परतों वाला पीसीबी बोर्ड है और आईडीसी कनेक्टर और स्पर्शनीय पुशबटन को छोड़कर सभी घटक एसएमडी हैं।

चरण 7: चित्रा 8, एसी डिमर के पैनलबोर्ड का पीसीबी लेआउट

सात-खंड और पुशबटन (यदि आप बाहरी बटन का उपयोग नहीं करते हैं) को छोड़कर, अन्य घटकों को नीचे की परत पर मिलाया जाता है। IDC कनेक्टर को नीचे की परत पर भी मिलाया जाता है।

मेनबोर्ड की तरह ही, मैंने 2N7002 [14] के लिए SamacSys औद्योगिक घटक पुस्तकालयों (योजनाबद्ध प्रतीक, PCB पदचिह्न, 3D मॉडल) का उपयोग किया। चित्र 9 Altium प्लगइन और योजनाबद्ध दस्तावेज़ में स्थापित किए जाने वाले चयनित घटक को दिखाता है।

चरण 8: चित्र 9, चयनित घटक (2N7002) SamacSys Altium प्लगइन से

चित्र 10 पैनलबोर्ड के ऊपर और नीचे से 3D दृश्य दिखाता है। चित्रा 11 इकट्ठे पैनलबोर्ड से एक शीर्ष दृश्य दिखाता है और आंकड़ा 12 इकट्ठे पैनलबोर्ड से नीचे का दृश्य दिखाता है।

चरण 9: चित्र 10, पैनलबोर्ड के ऊपर और नीचे से 3डी दृश्य

चरण १०: चित्र ११/१२, इकट्ठे पैनलबोर्ड से एक ऊपर/नीचे का दृश्य

परिणाम चित्र 13 एसी डिमर के वायरिंग आरेख को दर्शाता है। यदि आप एक आस्टसीलस्कप का उपयोग करके आउटपुट तरंग की जांच करने का इरादा रखते हैं, तो आपको अपने ऑसिलोस्कोप जांच के ग्राउंड लेड को डिमर आउटपुट या मेन पर कहीं नहीं जोड़ना चाहिए।

ध्यान दें: अपनी आस्टसीलस्कप जांच को सीधे मेन से कभी न जोड़ें। जांच का ग्राउंड लीड मुख्य टर्मिनल के साथ एक बंद लूप का निर्माण कर सकता है। यह आपके सर्किट, जांच, आस्टसीलस्कप, या यहां तक कि स्वयं सहित पथ में सब कुछ उड़ा देगा

चरण 11: चित्र 13, एसी डिमर का वायरिंग आरेख

इस समस्या को दूर करने के लिए आपके पास 3 विकल्प हैं। 220V-220V आइसोलेशन ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करके, फ्लोटिंग ऑसिलोस्कोप (ज्यादातर ऑसिलोस्कोप्स को ग्राउंड रेफरेंस किया जाता है) का उपयोग करते हुए, एक डिफरेंशियल प्रोब का उपयोग करना, या बस एक सस्ते स्टेप-डाउन ट्रांसफॉर्मर का उपयोग करना, जैसे कि 220V-6V या 220V-12V … आदि। वीडियो और चित्र-11 में, मैंने आउटपुट की जांच करने के लिए अंतिम विधि (स्टेप-डाउन ट्रांसफार्मर) का उपयोग किया।

चित्र 14 पूर्ण एसी डिमर इकाई को दर्शाता है। मैंने 14-तरफा फ्लैट तार का उपयोग करके दो बोर्ड जोड़े हैं।

चरण 12: चित्र 14, एक पूर्ण डिजिटल एसी डिमर इकाई

चित्र 15 शून्य-क्रॉसिंग बिंदु और Triac के ON/OFF समय को दर्शाता है। जैसा कि स्पष्ट है, एक नाड़ी के बढ़ते/गिरते दोनों किनारों को किसी भी चंचलता और अस्थिरता का सामना नहीं करने के लिए माना जाता था।

चरण 13: चित्र 15, जीरो क्रॉसिंग पॉइंट्स (बैंगनी तरंग)

चरण 14: सामग्री का बिल

C3 और C4 के लिए 630V रेटेड कैपेसिटर का उपयोग करना बेहतर है।

चरण 15: संदर्भ

लेख:

[१]: टीएलपी५२१ डेटाशीट:

[२]: BTA२६ डेटाशीट:

[३]: एएन४३७, एसटी आवेदन नोट:

[४]: एमओसी३०२१ डेटाशीट:

[५]: एएमएस१११७-३.३ डेटाशीट:

[६]: एसटीएम३२एफ०३०एफ४ डेटाशीट:

[७]: टीएलपी५२१ का योजनाबद्ध प्रतीक और पीसीबी फुटप्रिंट:

[८]: एमओसी३०२१ का योजनाबद्ध प्रतीक और पीसीबी फुटप्रिंट:

[९]: बीटीए २६-६०० का योजनाबद्ध प्रतीक और पीसीबी पदचिह्न:

[१०]: एएमएस१११७-३.३ का योजनाबद्ध प्रतीक और पीसीबी पदचिह्न:

[११]: STM32F030F4 का योजनाबद्ध प्रतीक और पीसीबी पदचिह्न:

[१२]: इलेक्ट्रॉनिक सीएडी प्लगइन्स:

[१३]: २एन७००२ डेटाशीट:

[१४]: २एन७००२ का योजनाबद्ध प्रतीक और पीसीबी पदचिह्न: