การสร้างของแข็งขนาดกะทัดรัดและใช้พลังงานต่ำ

รีเลย์เป็นเรื่องธรรมดาในวงจรสวิตชิ่งจำนวนมากที่ต้องมีการควบคุม (เปิดหรือปิด) โหลด AC แต่เนื่องจากลักษณะทางกลไฟฟ้ารีเลย์เชิงกลจึงมีอายุการใช้งานและยังสามารถสลับสถานะของโหลดเท่านั้นและไม่สามารถดำเนินการสวิตชิ่งอื่น ๆ เช่นการลดแสงหรือการควบคุมความเร็ว นอกจากนี้รีเลย์ระบบเครื่องกลไฟฟ้ายังสร้างเสียงคลิกและประกายไฟแรงสูงเมื่อเปิดหรือปิดโหลดอุปนัยขนาดใหญ่ คุณสามารถอ่านบทความเกี่ยวกับการทำงานของรีเลย์เพื่อเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับรีเลย์โครงสร้างและประเภทของรีเลย์

ทางเลือกที่ดีที่สุดสำหรับรีเลย์ไฟฟ้าคือรีเลย์โซลิดสเตต โซลิดสเตตรีเลย์คือรีเลย์ที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์ชนิดหนึ่งซึ่งสามารถใช้แทนรีเลย์ไฟฟ้าเพื่อควบคุมโหลดไฟฟ้าได้ มันไม่มีขดลวดใด ๆ และด้วยเหตุนี้จึงไม่จำเป็นต้องมีสนามแม่เหล็กในการทำงาน นอกจากนี้ยังไม่มีสปริงหรือหน้าสัมผัสทางกลจึงไม่สึกหรอและสามารถทำงานได้โดยใช้กระแสไฟฟ้าต่ำ โซลิดสเตตรีเลย์เหล่านี้มักรู้จักกันในชื่อSSRใช้เซมิคอนดักเตอร์ที่ควบคุมฟังก์ชั่นเปิด - ปิดของโหลดรวมทั้งสามารถใช้เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์และหรี่ เรายังใช้อุปกรณ์โซลิดสเตทเช่น TRIAC เพื่อควบคุมความเร็วมอเตอร์และควบคุมความเข้มแสงของโหลด AC ในโครงการก่อนหน้านี้

ในโครงการนี้เราจะสร้าง Solid-State Relay โดยใช้ส่วนประกอบเดียวและเราจะควบคุมโหลด AC ในการทำงาน 230VAC ข้อกำหนดที่ใช้ที่นี่มีข้อ จำกัด เราได้เลือก2A ของโหลดที่จะดำเนินการโดยใช้ Solid-State-Relay จุดมุ่งหมายคือการสร้าง PCB ขนาดกะทัดรัดสำหรับโซลิดสเตตรีเลย์ที่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงและควบคุมด้วยพิน 3.3V GPIO ของ Nodemcu หรือ ESP8266 เพื่อให้บรรลุผลสำเร็จเราได้ประดิษฐ์บอร์ด PCB จากPCBWayและเราจะประกอบและทดสอบแบบเดียวกันในโครงการนี้ มาเริ่มกันเลย !!!

ส่วนประกอบที่จำเป็นในการสร้างโซลิดสเตทรีเลย์

PCB
ACST210-8BTR
ตัวต้านทาน 330R ¼วัตต์
ขั้วต่อ (300V 5A)
0805 LED ที่มีสีใดก็ได้
ตัวต้านทาน 150R

โซลิดสเตตรีเลย์โดยใช้ TRIAC - แผนภาพวงจร

ส่วนประกอบหลักคือACS Triacหรือ ACST สำหรับระยะสั้น หมายเลขชิ้นส่วนของ ACST เป็นACST210-8BTRอย่างไรก็ตามตัวต้านทาน R1 ใช้เพื่อเชื่อมต่อไมโครคอนโทรลเลอร์หรือวงจรทุติยภูมิ (วงจรควบคุม) GND กับ AC Neutral ค่าของตัวต้านทานอาจเป็นอะไรก็ได้ที่อยู่ระหว่าง 390R-470R หรือสามารถใช้มากกว่านั้นเล็กน้อยก็ได้

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับการทำงานของวงจรจะอธิบายไว้ในส่วนด้านล่าง ดังที่ได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ส่วนประกอบหลักคือ T1, ACST210-8BTR ACST เป็นประเภทของ TRIAC และจะเรียกว่า triode สำหรับกระแสสลับ

ACS TRIAC (ASCT) ทำงานอย่างไร

ก่อนที่จะเข้าใจวิธีการทำงานของ ACST สิ่งสำคัญคือต้องเข้าใจว่า TRIAC ทำงานอย่างไร TRIAC เป็นส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์สามขั้วที่นำกระแสไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งเมื่อถูกกระตุ้นโดยใช้ประตูของมัน ดังนั้นจึงเรียกว่าทรานซิสเตอร์ triode แบบสองทิศทาง TRIAC มีสามเทอร์มินัลโดยที่ "A1" คือ Anode 1, "A2" คือ Anode 2 และ "G" คือ Gate บางครั้งเรียกอีกอย่างว่า Anode 1 และ Anode 2 หรือ Main Terminal 1 (MT1) และ Main Terminal 2 (MT2) ตามลำดับ ตอนนี้ประตูของความต้องการ TRIAC ที่จะจัดให้มีขนาดเล็กจำนวนมากในปัจจุบันจากแหล่ง AC โดยใช้ thyristors Opto เช่นเช่นMOC3021

แต่ ACST นั้นแตกต่างจาก TRIAC ปกติเล็กน้อย ACST เป็น TRIAC ประเภทหนึ่งจาก STMicroelectronics แต่สามารถเชื่อมต่อโดยตรงกับหน่วยไมโครคอนโทรลเลอร์และสามารถเรียกใช้โดยใช้ DC จำนวนเล็กน้อยโดยไม่ต้องใช้ออปโตคัปเปลอร์ ตามแผ่นข้อมูล ACST ไม่ต้องการวงจร snubber ใด ๆสำหรับ 2A ของโหลดอุปนัย

วงจรข้างต้นเป็นตัวอย่างของวงจรการประยุกต์ใช้ ACST Line คือ LIVE Line ของ 230VAC และสาย Neutral เชื่อมต่อกับพินทั่วไปของ ACST ตัวต้านทานเกตใช้เพื่อควบคุมกระแสเอาต์พุต อย่างไรก็ตามตัวต้านทานนี้สามารถใช้ในสาย Neutral กับกราวด์หรือสามารถกำจัดได้ขึ้นอยู่กับเอาต์พุตกระแส MCU

ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงpinout ของ ACST สิ่งหนึ่งที่น่าสนใจคือมีความแตกต่างระหว่าง pinout กับ TRIAC มาตรฐานและ ACS TRIAC พินเอาต์ TRIAC มาตรฐานแสดงไว้ด้านล่างเพื่อเปรียบเทียบเป็นพิน BT136 TRIAC

อย่างที่เราเห็นแทนที่จะเป็น T1 และ T2 (เทอร์มินอล 1 และเทอร์มินอล 2) ACST มีพิน Out และ Common พินทั่วไปจะต้องเชื่อมต่อกับพินกราวด์ของไมโครคอนโทรลเลอร์ ดังนั้นจึงไม่ทำหน้าที่เป็นแบบสองทิศทางเหมือน TRIAC โหลดควรเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับ ACST

โซลิดสเตตรีเลย์โดยใช้ TRIAC - การออกแบบ PCB

PCB ได้รับการออกแบบให้มีขนาด 24 มม. / 15 มม. ฮีทซิงค์ที่เพียงพอมีให้ทั่ว ACST โดยใช้ชั้นทองแดง อย่างไรก็ตาม Gerber ที่อัปเดตสำหรับ PCB นี้มีอยู่ในลิงค์ด้านล่าง Gerber ได้รับการอัปเดตหลังการทดสอบเนื่องจากมีข้อผิดพลาดในการออกแบบ

ในระหว่างการทดสอบจะใช้ PCB ขนาดเดียวกันกับวงจรที่แตกต่างกันซึ่งมีการกำหนด MOC3021 แต่จะถูกลบออกในภายหลังใน Gerber ที่ปรับปรุงแล้ว

สามารถดาวน์โหลดการออกแบบ PCB ที่สมบูรณ์รวมถึงไฟล์ Gerber และแผนผังได้จากลิงค์ด้านล่าง

ดาวน์โหลดไฟล์ Gerber และการออกแบบ PCB สำหรับ Solid State Relay

สั่งซื้อ PCB จาก PCBWay

หลังจากเสร็จสิ้นการออกแบบแล้วคุณสามารถดำเนินการสั่งซื้อ PCB ได้:

ขั้นตอนที่ 1: เข้าสู่ https://www.pcbway.com/ ลงทะเบียนหากนี่เป็นครั้งแรกของคุณ จากนั้นในแท็บ PCB Prototype ให้ป้อนขนาดของ PCB จำนวนเลเยอร์และจำนวน PCB ที่คุณต้องการ

ขั้นตอนที่ 2: ดำเนินการต่อโดยคลิกที่ปุ่ม 'อ้างสิทธิ์ทันที' คุณจะเข้าสู่หน้าที่ตั้งค่าพารามิเตอร์เพิ่มเติมบางอย่างเช่นประเภทบอร์ด, เลเยอร์, วัสดุสำหรับ PCB, ความหนาและอื่น ๆ ส่วนใหญ่จะถูกเลือกโดยค่าเริ่มต้นหากคุณกำลังเลือกพารามิเตอร์เฉพาะใด ๆ คุณสามารถเลือกได้ ที่นี่

ขั้นตอนที่ 3: ขั้นตอนสุดท้ายคือการอัปโหลดไฟล์ Gerber และดำเนินการชำระเงิน เพื่อให้แน่ใจว่ากระบวนการนี้ราบรื่น PCBWAY จะตรวจสอบว่าไฟล์ Gerber ของคุณถูกต้องหรือไม่ก่อนดำเนินการชำระเงิน ด้วยวิธีนี้คุณจะมั่นใจได้ว่า PCB ของคุณเป็นมิตรต่อการผลิตและจะไปถึงคุณอย่างมุ่งมั่น

การประกอบโซลิดสเตตรีเลย์

หลังจากนั้นไม่กี่วันเราได้รับ PCB ของเราในแพ็คเกจที่เรียบร้อยและคุณภาพของ PCB ก็ดีเช่นเคย ชั้นบนสุดและชั้นล่างสุดของกระดานแสดงอยู่ด้านล่าง

เนื่องจากนี่เป็นครั้งแรกที่ฉันได้ร่วมงานกับ ACST สิ่งต่าง ๆ ไม่เป็นไปตามแผนอย่างที่ฉันบอกก่อนหน้านี้ ฉันต้องทำการเปลี่ยนแปลงบางอย่าง วงจรสุดท้ายหลังจากทำการเปลี่ยนแปลงทั้งหมดดังแสดงด้านล่าง คุณไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากมีการทำและอัปเดตในไฟล์ Gerber ที่คุณดาวน์โหลดจากส่วนด้านบนแล้ว

การเขียนโปรแกรม ESP8266 เพื่อควบคุม Solid-State Relay ของเรา

รหัสเป็นเรื่องง่าย มีหมุด GPIO สองตัวใน ESP8266-01 GPIO 0 ถูกเลือกเป็นพินปุ่มและเลือก GPIO 2 เป็นพินรีเลย์ เมื่ออ่านหมุดปุ่มถ้ากดปุ่มรีเลย์จะเปลี่ยนสถานะเป็นเปิดหรือปิดหรือในทางกลับกัน อย่างไรก็ตามเพื่อการดำเนินการที่ปราศจากปัญหาจะใช้การดีเลย์การดีเบตด้วยเช่นกัน คุณสามารถเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการแก้ปัญหาสวิตช์ได้ในบทความที่เชื่อมโยง เนื่องจากโค้ดนั้นง่ายมากเราจะไม่พูดถึงมันที่นี่ คุณสามารถดูรหัสทั้งหมดได้ที่ด้านล่างของหน้านี้

ทดสอบ Solid-State Relay ของเรา

วงจรเชื่อมต่อกับ ESP8266-01 ด้วยแหล่งจ่ายไฟ 3.3V นอกจากนี้หลอดไฟขนาด 100 วัตต์ยังใช้เพื่อการทดสอบ ดังที่คุณเห็นในภาพด้านบนฉันได้ขับเคลื่อนโมดูล ESP ของเราด้วยโมดูลแหล่งจ่ายไฟ breadboard และใช้ปุ่มสองปุ่มเพื่อเปิดและปิดโหลดของเรา

เมื่อกดปุ่มไฟจะเปิดขึ้น หลังจากการทดสอบฉันบัดกรีทั้งโซลิดสเตตรีเลย์และโมดูล ESP826 ลงบนบอร์ดเดียวเพื่อให้ได้โซลูชันขนาดกะทัดรัดดังที่แสดงด้านล่าง ตอนนี้เพื่อวัตถุประสงค์ในการสาธิตเราได้ใช้ปุ่มกดเพื่อเปิดโหลด แต่ในแอปพลิเคชันจริงเราจะเปิดใช้งานจากระยะไกลโดยการเขียนโปรแกรมของเราตามนั้น

คำอธิบายและวิดีโอการทำงานฉบับเต็มสามารถดูได้จากลิงค์ด้านล่าง หวังว่าคุณจะสนุกกับโครงการและเรียนรู้สิ่งที่เป็นประโยชน์หากคุณมีคำถามใด ๆ โปรดทิ้งไว้ในส่วนความคิดเห็นด้านล่างหรือใช้ฟอรัมของเราเพื่อเริ่มการสนทนาเกี่ยวกับเรื่องนี้