Реле как подключить к микросхеме

Как подключить нагрузку к блоку управления на микросхемах

Статья о различных способах подключения нагрузки к микроконтроллерному блоку управления с помощью реле и тиристоров.

Все современное оборудование, как промышленное, так и бытовое приводится в действие электричеством. При этом всю его электрическую схему можно разделить на две большие части: устройства управления (контроллеры от английского слова CONTROL – управлять) и исполнительные механизмы.

Лет двадцать назад блоки управления выполнялись на микросхемах малой и средней степени интеграции. Это были серии микросхем К155, К561, К133, К176 и им подобные. Они называются логическими цифровыми микросхемами, так как выполняют логические операции над сигналами, а сами сигналы являются цифровыми (дискретными).

В точности также, как обычные контакты: «замкнут – разомкнут». Только в этом случае эти состояния называются соответственно «логическая единица» и «логический ноль». Напряжение логической единицы на выходе микросхем находится в пределах от половины напряжения питания до его полной величины, а напряжение логического нуля у таких микросхем, как правило, 0…0,4В.

Алгоритм работы таких блоков управления осуществлялся за счет соответствующего соединения микросхем, и количество их было достаточно велико.

В настоящее время все блоки управления разрабатываются на основе микроконтроллеров разных типов. В этом случае алгоритм работы закладывается не схемным соединением отдельных элементов, а «прошитой» в микроконтроллере программой.

В связи с этим вместо нескольких десятков, а то и сотен микросхем блок управления содержит микроконтроллер и некоторое количество микросхем для взаимодействия с «внешним миром». Но, несмотря на такое усовершенствование, сигналы микроконтроллерного блока управления все те же цифровые, что и у старых микросхем.

Понятно, что мощности таких сигналов недостаточно, чтобы включить мощную лампу, двигатель, да и просто реле. В этой статье мы рассмотрим, какими способами можно подключить к микросхемам мощные нагрузки.

Самые простые способы это включение нагрузки через реле. На рисунке 1 реле включается при помощи транзистора VT1, для этого на его базу через резистор R1 от микросхемы подается логическая единица, транзистор открывается и включает реле, которое своими контактами (на рисунке не показаны) включает нагрузку.

Каскад, показанный на рисунке, 2 работает по-другому: чтобы включить реле на выходе микросхемы должен появиться логический 0, который закроет транзистор VT3. при этом транзистор VT4 откроется и включит реле. Кнопкой SB3 можно включить реле вручную.

На обоих рисунках можно заметить, что параллельно обмоткам реле включены диоды, причем по отношению к напряжению питания в обратном (непроводящем) направлении. Их назначение погасить ЭДС самоиндукции (может в десять и более раз превышать напряжение питания) при выключении реле и защитить элементы схемы.

Если же в схеме не одно, два реле, а намного больше, то для их подключения выпускается специализированная микросхема ULN2003A, допускающая подключение до семи реле. Такая схема включения показана на рисунке 3, а на рисунке 4 внешний вид современного малогабаритного реле.

На рисунке 5 показана схема подключения нагрузки с помощью оптронных тиристоров ТО125-12,5-6 (вместо которых ничего не меняя в схеме, можно подключить реле). На этой схеме следует обратить внимание на транзисторный ключ, выполненный на двух транзисторах VT3, VT4. Подобное усложнение вызвано тем, что некоторые микроконтроллеры, например AT89C51, AT89C2051 на время сброса при включении в течение нескольких миллисекунд удерживают на всех выводах уровень логической 1. Если нагрузку подключить по схеме приведенной на рисунке 1, то срабатывание нагрузки произойдет сразу же при включении питания, что может быть очень нежелательным явлением.

Читайте также:  Как подключить контактор к gsm модулю

Для того, чтобы включить нагрузку (в данном случае светодиоды оптронных тиристоров V1,V2) на базу транзистора VT3 через резистор R12 следует подать логический 0, что приведет к открытию VT3 и VT4. Последний зажжет светодиоды оптотиристоров, которые откроются и включат сетевую нагрузку. Оптронные тиристоры обеспечивают гальваническую развязку от сети собственно схемы управления, что повышает электробезопасность и надежность схемы.

В открытом состоянии тиристор будет находиться до тех пор, пока через него течет ток в прямом направлении. Этот ток должен быть не менее некоторой величины, называемой током удержания. Иначе тиристор просто не включится. Выключить тиристор можно лишь разорвав цепь или подав напряжение обратной полярности. Поэтому, чтобы пропустить обе полуволны переменного напряжения используется встречно – параллельное включение двух тиристоров (см. рис. 5).

Чтобы не делать такого включения выпускаются симисторы или на буржуйском языке триаки. В них уже в одном корпусе изготовлены два тиристора, включенные встречно – параллельно. Управляющий электрод у них общий.

На рисунке 6 показаны внешний вид и цоколевка тиристоров, а на рисунке 7 то же для триаков.

На рисунке 8 показана схема подключения триака к микроконтроллеру (выходу микросхемы) при помощи специального маломощного оптотриака типа MOC3041.

Этот драйвер внутри себя содержит светодиод, подключенный к выводам 1 и 2 (на рисунке показан вид на микросхему сверху) и собственно оптотриак, который, будучи засвечен светодиодом, открывается (выводы 6 и 4) и, через резистор R1, соединяет управляющий электрод с анодом, за счет чего открывается мощный триак.

Резистор R2 предназначен для того, чтобы не произошло открытия триака в отсутствии управляющего сигнала в момент включения питания, а цепочка C1, R3 предназначена для подавления помех в момент переключений. Правда, MOC3041 особых помех не создает, поскольку имеет схему CROSS ZERO (переход напряжения через 0), и включения происходят в тот момент, когда сетевое напряжение только перешло через 0.

Все рассмотренные схемы имеют гальваническую развязку от питающей сети, что обеспечивает надежность работы и электробезопасность при значительной коммутируемой мощности.

Если же мощность незначительна и не требуется гальваническая развязка контроллера от сети, то возможно подключение тиристоров непосредственно к микроконтроллеру. Подобная схема приведена на рисунке 9.

Это схема елочной гирлянды произведенной, конечно, в Китае. Управляющие электроды тиристоров MCR 100-6 через резисторы подключены непосредственно к микроконтроллеру (находится на плате под каплей черного компаунда). Мощность управляющих сигналов настолько мала, что потребление тока на все четыре сразу, менее 1 миллиампера. При этом обратное напряжение до 800В и ток до 0,8А. Габаритные же размеры как у транзисторов КТ209.

Читайте также:  Как подключить флешку к макбуку про

Конечно, в одной короткой статье невозможно описать сразу все схемы, но, основные принципы их работы, кажется рассказать удалось. Сложностей особых тут нет, схемы все проверены на практике и, как правило, при ремонте или самостоятельном изготовлении огорчений не приносят.

Источник

Как подключить реле к микроконтроллеру

Самый простой способ подключить реле к микроконтроллеру — это использовать обычный NPN транзистор. Параметры данного транзистора подбираются исходя из рабочего напряжения реле и тока. Величина тока реле зависит от типа реле. Как правило, чем больше реле, тем больше нужен ток.

Если взять типовое реле малого размера с коммутацией от 2…4 А, то как правило для его переключения необходим ток в районе 60 мА.

Весьма легко определить необходимый ток, зная сопротивление катушки. По закону Ома:

I = V / R

Например, если у нас есть реле на 5 В с сопротивлением катушки 100 Ом, мы можем рассчитать потребляемый ток:

I = 5 В / 100 Ом = 50 мА

Ток 50 мА слишком высок, и поэтому мы не можем подключить реле непосредственно к выходу микросхемы (CMOS или TTL), а также к микроконтроллеру.

Поэтому необходимо использовать транзистор в режиме ключа, который может обеспечить необходимый ток для реле.

Для правильной работы транзистора необходимо подобрать оптимальный ток базы, который задается путем подключения резистора между базой и выходом микроконтроллера. Расчет данного сопротивления рассмотрим на примере.

Предположим, что мы используем транзистор BC547, этот транзистор имеет статический коэффициент усиления (hFE) 100 или более. Поэтому для получения необходимого выходного тока в 50 мА (ток коллектора), ток базы транзистора должен составлять:

Iб = Iк / hFE => Iб = 0,05A/100 = 0,0005 A

R = (V — Vбэ) / Iб => (5В — 0,6 В) / 0,0005A = 8800 Ом

Чтобы обеспечить достаточный (надежный) выходной ток для реле, мы можем уменьшить полученное сопротивление в два с лишним раза, при этом выходной ток микроконтроллера останется на безопасном уровне.

R = 8800 Ом / 2,5 = 3520 Ом => возьмем 3,3 кОм

Как видно на рисунке добавлен диод 1N4001, подключенный параллельно катушке, но в обратном направлении. Это делается для того, чтобы погасить всплеск ЭДС самоиндукции катушки реле (в момент ее отключения), который может повредить транзистор.

Для наглядности можно подключить светодиод (с соответствующим сопротивлением), который будет указывать на работу реле.

В случае, если необходимо подключить более мощное реле, то придется использовать более мощный транзистор. Как известно мощные транзисторы обладают малым коэффициентом усиления, поэтому здесь желательно использовать дополнительный маломощный транзистор. В связке они образуют так называемый транзистор Дарлингтона, обладающий высоким коэффициентом усиления.

В этом случае ток базы будет следующим:

Наконец, если нужно подключить несколько реле, то есть более элегантное решение, состоящее из использования интегральной микросхемы ULN2003 (или других моделей того же семейства). Микросхема ULN2003 состоит из 7 групп транзисторов, подключенных в конфигурации «Дарлингтон», имеет входные резисторы, а также защитные диоды.

Источник

Как подключить реле к микроконтроллеру

Продолжаем рассказ о подключении мощной нагрузки к микроконтроллеру. Мы уже знаем, как подключить к микроконтроллеру оптрон и транзистор. Теперь пришла очередь разобраться с электромагнитным реле.

Что такое электромагнитное реле

Катушка (в зависимости от вида реле) может быть рассчитана либо на переменное напряжение, либо на постоянное.

Читайте также:  Как на теле2 подключить 100 мбайт за 5 рублей в день

Когда на катушку подаётся напряжение, то вокруг неё создаётся магнитное поле, которое намагничивает сердечник. Тогда якорь притягивается к сердечнику и сдвигает группу контактов. В зависимости от конструкции контакты либо размыкаются, либо замыкаются, либо переключаются. В группе контактов могут быть как нормально замкнутые, так и нормально разомкнутые контакты. И контактов может быть и два, и три и более.

Когда напряжение с катушки снимается, то и контакты возвращаются в исходное положение.

Основные характеристики реле

Чтобы использовать реле в своих устройствах (не обязательно на микроконтроллерах), вам нужно знать, подойдёт оно для ваших целей или нет. Для этого надо знать характеристики реле. Основные характеристики:

Последние два параметра обычно не принимаются во внимание. Однако в тех случаях, когда требуется определённое быстродействие (например, срабатывание каких-то устройств защиты), то эти значения надо учитывать.

Как подключить нагрузку через реле

Ну вот наконец мы добрались до подключения нагрузки к микроконтроллеру через реле. Предлагаю вспомнить статью о дискретных выходах. Если вы помните, то подключить нагрузку к выходу микроконтроллера можно двумя способами: с общим плюсом и с общим минусом.

Если мы хотим подключить реле к микроконтроллеру напрямую, то способ с общим минусом, скорее всего, отпадает, потому что при таком способе микроконтроллер способен управлять очень слабой нагрузкой. А почти все реле потребляют несколько десятков или даже сотен мА.

Да и способ с общим минусом тоже в большинстве случаев не позволит подключить реле напрямую к микроконтроллеру по той же причине (при таком способе микроконтроллер обычно может обеспечить на выходе 15-20 мА, что будет недостаточно для большинства реле).

Малым током потребления обычно обладают герконовые реле. Однако они и коммутировать могут только небольшие токи.

Но тут есть одна хитрость. Дело в том, что чем выше напряжение катушки реле, тем меньше ток потребления. Поэтому, если в вашем устройстве есть источник питания, например, на 24 В и выше, то вы вполне сможете подобрать реле с приемлемым током потребления.

Например, реле Finder 32-й серии при напряжении катушки 24В потребляет всего 8,3 мА.

В этом случае (когда у вас есть два источника напряжения) подключить реле можно примерно так:

Как подключить реле к транзистору

Однако использовать дополнительный источник питания в устройстве в большинстве с лучаев возможности нет. Поэтому обычно реле подключают к выходу микроконтроллера через дополнительный транзистор. Как это делать, я уже рассказывал. Поэтому повторяться не буду.

Меры безопасности

Реле обычно используют, когда требуется управлять мощной нагрузкой и/или высоким напряжением.

Поэтому здесь надо помнить о мерах безопасности. Желательно разделять слаботочную низковольтную цепь и цепь высокого напряжения. Например, устанавливать реле в отдельном корпусе или в отдельном изолированном отсеке корпуса, чтобы при наладке устройства случайно не коснуться контактов с высоким напряжением.

Кроме того есть опасность вывести из строя выход микроконтроллера или дополнительный транзистор.

И здесь есть два риска:

ВАЖНО!
Обратите внимание на включение диода. Он должен включаться именно так, а не наоборот, как думают некоторые.

Источник

Поделиться с друзьями
Делаю сам
Adblock
detector