Aufbau eines kompakten Festkörpers mit geringem Stromverbrauch

Relais sind in vielen Schaltkreisen üblich, in denen die Steuerung (Ein- oder Ausschalten) einer Wechselstromlast erforderlich ist. Aufgrund der elektromechanischen Eigenschaften hat ein mechanisches Relais eine Eigenlebensdauer und kann auch nur den Status der Last umschalten und keine anderen Schaltvorgänge wie Dimmen oder Geschwindigkeitsregelung ausführen. Abgesehen davon erzeugt ein elektromechanisches Relais auch Klickgeräusche und Hochspannungsfunken, wenn große induktive Lasten ein- oder ausgeschaltet werden. In dem Artikel über das Arbeiten mit Relais erfahren Sie mehr über Relais, deren Aufbau und Typen.

Die beste Alternative für ein elektromechanisches Relais ist ein Halbleiterrelais. Ein Halbleiterrelais ist eine Art Halbleiterrelais, das als Ersatz für ein elektromechanisches Relais zur Steuerung elektrischer Lasten verwendet werden kann. Es hat keine Spulen und benötigt daher kein Magnetfeld, um zu arbeiten. Es hat auch keine Federn oder mechanischen Kontakte, daher keinen Verschleiß und kann mit geringem Strom betrieben werden. Diese Halbleiterrelais, die häufig als SSR erkannt werden, verwenden Halbleiter, die die EIN-AUS-Funktion der Last steuern und zur Steuerung der Motordrehzahl sowie des Dimmers verwendet werden können. In früheren Projekten haben wir auch ein Festkörpergerät wie TRIAC verwendet, um die Motordrehzahl und die Lichtintensität einer Wechselstromlast zu steuern.

In diesem Projekt werden wir ein Halbleiterrelais mit einer einzigen Komponente herstellen und eine Wechselstromlast im 230-VAC-Betrieb steuern. Die hier verwendete Spezifikation ist begrenzt. Wir haben 2A Last ausgewählt, um mit diesem Halbleiterrelais betrieben zu werden. Ziel ist es, eine kompakte Leiterplatte für ein Halbleiterrelais zu bauen, die direkt mit den 3,3-V-GPIO-Pins von Nodemcu oder ESP8266 verbunden und gesteuert werden kann. Um dies zu erreichen, haben wir unsere Leiterplatten aus PCBWay hergestellt und werden diese in diesem Projekt zusammenbauen und testen. Also lasst uns anfangen !!!

Komponenten, die zum Erstellen eines Halbleiterrelais erforderlich sind

1. Eine Leiterplatte
2. ACST210-8BTR
3. 330R Widerstand ¼ Watt
4. Klemmenblock (300V 5A)
5. 0805 LED mit beliebiger Farbe
6. 150R Widerstand

Halbleiterrelais mit TRIAC - Schaltplan

Die Hauptkomponente ist der ACS Triac oder kurz ACST. Die Teilenummer des ACST lautet ACST210-8BTR. Der Widerstand R1 wird jedoch verwendet, um den Mikrocontroller oder den Sekundärkreis (Steuerkreis) GND mit dem AC-Neutralleiter zu verbinden. Der Wert des Widerstands kann zwischen 390R und 470R liegen oder auch geringfügig verwendet werden.

Weitere Informationen zur Funktionsweise der Schaltung finden Sie im folgenden Abschnitt. Wie bereits erwähnt, ist die Hauptkomponente T1, ACST210-8BTR. ACST ist eine Art TRIAC und wird auch als Triode für Wechselstrom bezeichnet.

Wie funktioniert ein ACS TRIAC (ASCT)?

Bevor Sie verstehen, wie ein ACST funktioniert, ist es wichtig zu verstehen, wie TRIAC funktioniert. TRIAC ist eine elektronische Komponente mit drei Anschlüssen, die Strom in beide Richtungen leitet, wenn sie über ihr Gate ausgelöst wird. Daher wird es als bidirektionaler Triodenthyristor bezeichnet. TRIAC hat drei Anschlüsse, wobei "A1" Anode 1, "A2" Anode 2 und "G" Gate ist. Manchmal wird es auch als Anode 1 und Anode 2 oder Hauptanschluss 1 (MT1) bzw. Hauptanschluss 2 (MT2) bezeichnet. Jetzt muss dem Gate eines TRIAC eine kleine Menge Strom von der Wechselstromquelle bereitgestellt werden, indem beispielsweise Opto-Thyristoren wie MOC3021 verwendet werden.

Das ACST unterscheidet sich jedoch ein wenig vom normalen TRIAC. ACST ist eine Art TRIAC von STMicroelectronics, kann jedoch direkt mit einer Mikrocontrollereinheit verbunden und mit einer kleinen Menge Gleichstrom ausgelöst werden, ohne dass ein Optokoppler erforderlich ist. Gemäß Datenblatt benötigt der ACST auch für 2A induktive Last keine Dämpfungsschaltung.

Die obige Schaltung ist eine Darstellung der Anwendungsschaltung von ACST. Die Leitung ist die LIVE-Leitung des 230VAC und die Neutralleitung ist mit dem gemeinsamen Pin des ACST verbunden. Der Gate-Widerstand dient zur Steuerung des Ausgangsstroms. Dieser Widerstand kann jedoch auch in der Neutralleitung mit der Erde verwendet werden oder kann abhängig vom MCU-Stromausgang eliminiert werden.

Das obige Bild zeigt die Pinbelegung des ACST. Eine interessante Sache ist, dass es einen Unterschied zwischen der Pinbelegung mit dem Standard-TRIAC und einem ACS-TRIAC gibt. Eine Standard-TRIAC-Pinbelegung ist unten zum Vergleich dargestellt. Es handelt sich um eine BT136-TRIAC-Pinbelegung.

Wie wir sehen können, verfügt der ACST anstelle von T1 und T2 (Klemme 1 und Klemme 2) über Out- und Common-Pins. Der gemeinsame Pin muss mit dem Erdungsstift des Mikrocontrollers verbunden werden. Somit wirkt es nicht so bidirektional wie das TRIAC. Die Last sollte in Reihe mit dem ACST geschaltet werden.

Halbleiterrelais mit TRIAC - PCB Design

Die Leiterplatte ist in einer Größe von 24 mm / 15 mm ausgeführt. Der geeignete Kühlkörper wird über das ACST unter Verwendung der Kupferschicht bereitgestellt. Der aktualisierte Gerber für diese Leiterplatte finden Sie jedoch unter dem folgenden Link. Der Gerber wird nach dem Test aktualisiert, da einige Designfehler aufgetreten sind.

Während des Tests wird die gleiche Leiterplattengröße mit der unterschiedlichen Schaltung verwendet, wenn eine Bestimmung von MOC3021 angegeben ist, diese jedoch später im aktualisierten Gerber entfernt wird.

Das komplette PCB-Design einschließlich der Gerber-Datei und des Schaltplans kann über den folgenden Link heruntergeladen werden.

• Laden Sie die Gerber-Datei und das PCB-Design für das Halbleiterrelais herunter

PCB bei PCBWay bestellen

Nachdem Sie das Design fertiggestellt haben, können Sie mit der Bestellung der Leiterplatte fortfahren:

Schritt 1: Rufen Sie https://www.pcbway.com/ auf und melden Sie sich an, wenn Sie zum ersten Mal hier sind. Geben Sie dann auf der Registerkarte PCB Prototype die Abmessungen Ihrer Leiterplatte, die Anzahl der Schichten und die Anzahl der benötigten Leiterplatten ein.

Schritt 2: Klicken Sie auf die Schaltfläche "Jetzt zitieren". Sie werden zu einer Seite weitergeleitet, auf der Sie einige zusätzliche Parameter wie den Platinentyp, die Schichten, das Material für die Leiterplatte, die Dicke usw. festlegen können. Die meisten davon sind standardmäßig ausgewählt. Wenn Sie sich für bestimmte Parameter entscheiden, können Sie diese auswählen es hier drin.

Schritt 3: Der letzte Schritt besteht darin, die Gerber-Datei hochzuladen und mit der Zahlung fortzufahren. Um sicherzustellen, dass der Prozess reibungslos verläuft, überprüft PCBWAY, ob Ihre Gerber-Datei gültig ist, bevor Sie mit der Zahlung fortfahren. Auf diese Weise können Sie sicher sein, dass Ihre Leiterplatte herstellungsfreundlich ist und Sie als engagiert erreicht.

Zusammenbau des Halbleiterrelais

Nach ein paar Tagen erhielten wir unsere Leiterplatte in einer ordentlichen Verpackung und die Leiterplattenqualität war wie immer gut. Die obere Schicht und die untere Schicht der Platine sind unten gezeigt.

Da ich zum ersten Mal mit ACST zusammengearbeitet habe, verliefen die Dinge nicht wie geplant, wie ich bereits sagte. Ich musste einige Änderungen vornehmen. Die letzte Schaltung nach Vornahme aller Änderungen ist unten dargestellt. Sie müssen sich keine Gedanken über die Änderungen machen, da diese bereits in der Gerber-Datei vorgenommen und aktualisiert wurden, die Sie aus dem obigen Abschnitt heruntergeladen haben.

Programmierung des ESP8266 zur Steuerung unseres Halbleiterrelais

Der Code ist einfach. In ESP8266-01 sind zwei GPIO-Pins verfügbar. GPIO 0 wird als Tastenstift und GPIO 2 als Relaisstift ausgewählt. Wenn der Tastenstift gelesen wird und die Taste gedrückt wird, ändert das Relais den Status EIN oder AUS oder umgekehrt. Für einen störungsfreien Betrieb wird jedoch auch eine Entprellverzögerung verwendet. Weitere Informationen zum Entprellen von Switches finden Sie im verlinkten Artikel. Da der Code sehr einfach ist, werden wir ihn hier nicht diskutieren. Den vollständigen Code finden Sie unten auf dieser Seite.

Testen unseres Halbleiterrelais

Die Schaltung ist mit dem ESP8266-01 über eine 3,3-V-Stromquelle verbunden. Außerdem wird zu Testzwecken eine 100-Watt-Lampe verwendet. Wie Sie im obigen Bild sehen können, habe ich unser ESP-Modul mit einem Steckbrett-Netzteilmodul betrieben und zwei Tasten zum Ein- und Ausschalten unserer Last verwendet.

Wenn die Taste gedrückt wird, wird das Licht eingeschaltet. Später nach dem Testen habe ich sowohl das Halbleiterrelais als auch das ESP826-Modul auf eine einzelne Platine gelötet, um eine kompakte Lösung wie unten gezeigt zu erhalten. Zu Demonstrationszwecken haben wir jetzt einen Druckknopf verwendet, um die Last einzuschalten. In der tatsächlichen Anwendung werden wir sie jedoch aus der Ferne einschalten, indem wir unser Programm entsprechend schreiben.

Die vollständige Erklärung und das Arbeitsvideo finden Sie unter dem folgenden Link. Ich hoffe, Ihnen hat das Projekt gefallen und Sie haben etwas Nützliches gelernt. Wenn Sie Fragen haben, lassen Sie diese bitte im Kommentarbereich unten oder nutzen Sie unsere Foren, um eine Diskussion darüber zu beginnen.