Управление силовыми цепями
Подключение силовых цепей имеет свои особенности: эти устройства не могут непосредственно управляться микроконтроллером, так как они потребляют большой ток или им необходимо высокое напряжение, а также они являются источниками помех. Необходимо использовать специальные интерфейсные схемы.
Самый простой метод управления этими устройствами заключается в том, чтобы просто включать и выключать их. На рис.4.13 приведена схема управления реле. Микроконтроллер открывает транзисторную пару Дарлингтона (VT1), что приводит к протеканию тока через катушку реле, которое замыкает контакты (К1). Чтобы разомкнуть реле, необходимо закрыть транзистор, для чего на его базу с выхода микроконтроллера надо подать 0. Шунтирующий диод используется для подавления броска напряжения, возникающего при выключении тока. Этот бросок индуцируется магнитным потоком в катушке и может привести к повреждению источника питания реле и даже микроконтроллера.
Расчет схемы заключается:
в выборе реле, обеспечивающего коммутацию необходимой мощности;
в выборе мощного транзистора, обеспечивающего требуемый ток для нормальной работы реле;
в выборе шунтирующего диода, имеющего необходимый запас по величине обратного напряжения.
Рис.4.13. Схема управления реле
Вместо разработки схемы на дискретных компонентах можно использовать для управления электромагнитными приборами специальные интегральные схемы, например серии ULN200x, которые содержат несколько выходных каскадов-драйверов, использующих транзисторные пары Дарлингтона и шунтирующие диоды.
В настоящее время все чаще вместо реле в силовой электронике используют симисторы – симметричные полупроводниковые тиристоры (триаки – TRIAC). Симисторы используются в качестве быстродействующих бесконтактных исполнительных устройств и в сочетании с интегральными системами управления позволяют создавать недорогие высокоточные компактные и надежные системы регулирования электрическими аппаратами, питающимися переменным током, например, двигателями переменного тока, лампами накаливания, нагревателями и т.д. Они особенно эффективны в системах поддержания температуры в термошкафах, системах кондиционирования, регулирования освещением, системах управления двигателями переменного тока с частыми пусками, например, в холодильниках, электроинструменте, электрофенах, насосах [47]. Для управления симисторами выпускаются оптоэлектронные драйверы, например, серии МОС3ххх, представляющие собой светоизлучающий диод и оптоуправляемый симистр. Драйверы управляются стандартными логическими сигналами. На рис. 4.14 представлена подобная схема: оптопара МОС3042 и мощный симистор МАС-9М. Резистор R4 определяет ток через светодиод оптопары МОС3042, резисторR3 задает рабочий ток ее оптосимистора.
Рис. 4.14. Схема оптосимисторного управления силовыми цепями
Некоторые оптосимисторы включают в свой состав схему, обеспечивающую включение силовых симисторов только при переходе напряжения силовой цепи через нуль. Особый интерес для построения конструктивно плотных симисторных устройств управления представляют модули POWER OPTO (например, МАС2А40, МАС2А60), объединяющие силовой симистр и оптодрайвер [47].
В общем случае, оптоэлектронные реле представляют собой оптопару, на выходе которой установлен мощный полевой транзистор или тиристор (симистор). Мощные оптореле чаще всего называют твёрдотельными реле [20].
В медицинской и бытовой технике, в телекоммуникационном оборудовании очень широко применяют герконовые реле [20]. Высокая чувствительность таких реле позволяет управлять ими непосредственно от микросхем TTL или CMOS-логики.