摘要：簡(jiǎn)要介紹了家用電器單片機(jī)控制所用的基本元件和基本電路, 較詳細(xì)介紹了家用電器中單片機(jī)外圍電路的功率驅(qū)動(dòng)接口。
　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展, 單片機(jī)在家用電器中的應(yīng)用越來越廣泛。單片機(jī)需要根據(jù)一定的控制規(guī)律控制家用電器中的一些功率部件工作。這些部件是實(shí)現(xiàn)家用電器功能的重要部件。例如洗衣機(jī)中的洗滌電機(jī)和脫水電機(jī); 電熱爐中的加熱元件(硅碳棒或電熱絲等) ; 電冰箱和空調(diào)器中的壓縮電機(jī); 在微波爐中的磁控管; 在電磁爐中的變換電路, 在半導(dǎo)體冰箱中的熱電堆管等。單片機(jī)是微電子器件, 它的輸入信號(hào)功率很小, 要直接驅(qū)動(dòng)大功率部件是不可能的,要實(shí)現(xiàn)其控制作用, 需要中間的變換電路, 這種電路就是中間驅(qū)動(dòng)電路接口。本文主要介紹常用的單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接口。
    電機(jī)的控制是家用電器中一種普遍的應(yīng)用技術(shù), 用單片機(jī)去控制家用電器中的電機(jī), 使之具有一定的狀態(tài)和性能, 必須有適當(dāng)?shù)慕涌陔娐贰Ｒ环矫? 電機(jī)是大功率執(zhí)行元件, 另一方面, 它是感性負(fù)載。在家電的控制中, 應(yīng)給予考慮。例如洗衣機(jī)和電冰箱及空調(diào)器等家用電器中都是由電機(jī)拖動(dòng)工作, 而且這些電機(jī)的工作狀態(tài)是不一樣的。空調(diào)器和電冰箱的電機(jī)用于帶動(dòng)壓縮機(jī)工作, 所以它工作在間歇狀態(tài);洗衣機(jī)中的電機(jī)則工作在正反轉(zhuǎn)狀態(tài); 而電風(fēng)扇的電機(jī)則工作在長(zhǎng)期運(yùn)行工作狀態(tài)或調(diào)速工作狀態(tài)。要用單片機(jī)進(jìn)行控制必須采用不同的驅(qū)動(dòng)電路和接口電路。

1　電機(jī)控制的基本元件和電路
1.1　雙向光電耦合器
　雙向光電耦合器和一般光電耦合器不同。一般光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成, 所以輸出級(jí)光敏三極管中的電流是單向的。
    在雙向光電耦合器中, 輸入級(jí)是發(fā)光二極管, 輸出級(jí)是光敏雙向管, 在導(dǎo)通時(shí), 流過的雙向電流達(dá)100 毫安, 壓降小于3 伏, 導(dǎo)通時(shí)最小維持電流為100 微安。在截止時(shí), 其阻斷電壓為直流250 伏, 當(dāng)維持電流小于100 微安時(shí), 雙向管從導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂．?dāng)阻斷電壓大于250 伏, 或發(fā)光二極管發(fā)光時(shí), 則雙向管導(dǎo)通。為了降低雙向光電耦合器的誤觸發(fā)率, 通常在光電耦合器的輸出端加阻容吸收電路。雙向光電耦合器又稱為雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器, 專門用于驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管。類型有過零觸發(fā)耦合器(例如MOC3030 等) 和非過零觸發(fā)耦合器(例如MOC3009) 兩種。

1.2　固態(tài)繼電器SSR
    固態(tài)繼電器是電子繼電器, 它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端, 輸入端和輸出端之間有光電隔離, 并且是過零開關(guān)輸出。其特點(diǎn)是: 無運(yùn)動(dòng)部件, 所以無振動(dòng), 無沖擊噪聲; 開關(guān)速度快, 通常小于10 微秒; 不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)輸出; 在半個(gè)周期內(nèi)有鎖存功能; 靈敏度高; 可直接由TTL 或CMOS 邏輯控制, 輸出間的電容小等。經(jīng)常用于微機(jī)控制的接口電路中。

1.3　感性負(fù)載控制電路
    電路如圖1 所示。在控制電路中用了兩個(gè)雙向光電耦合器。因?yàn)槊總�(gè)雙向光電耦合器只能耐250 伏的直流電壓, 不能直接用在220 伏的交流電路中(其峰值電壓為311 伏)。圖中R2和R3 是平衡電阻, 其作用是使兩個(gè)光電耦合器分得相同的電壓。R4 是限流電阻。R4 的選取可按下式選擇。
R4= Vpr/1.2。Vpr是加在MOC3011 上的峰值電壓, 圖中R4 的阻值取180 歐姆。
 
圖1　感性負(fù)載控制電路
    由于感性負(fù)載電流和電壓不同相, 所以其電壓的變化率就升高, 由此容易引起誤觸發(fā)。為了減小電壓的變化率, 常在電路中加RC 阻容吸收環(huán)節(jié), 圖1 中的阻容吸收電路由R5 和C1組成。取值由Itg (雙向可控硅控制極的觸發(fā)電流) 確定。
Itg= 15mA 　　R5= 2.4kb 　　　C1= 0.1uF
        30                        1.2                           0.2
        50                        0.8                           0.3
如果雙向可控硅所控制的是電阻性負(fù)載,可以不用RC 阻容吸收電路。

2　單片機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路
    大功率驅(qū)動(dòng)部件——電機(jī), 在家用電器中一般有兩種工作方式, 一種是開關(guān)控制方式; 另一種是調(diào)壓控制方式。前者用于起停壓縮機(jī)及洗滌電機(jī)等。后者用于電風(fēng)扇等的調(diào)速控制。

2.1　開關(guān)控制方式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口
    電路如圖2 所示。圖中所示有兩個(gè)部分。上面部分是直接邏輯電平耦合電路接口, 下面部分是光電耦合電路接口。在直接耦合電路中, 電路是由三極管Q1, 雙向可控硅TR1 和電機(jī)M1等組成, 其中雙向可控硅TR1 是工作在第二、第三象限, 其門極的觸發(fā)信號(hào)為負(fù)電壓。即當(dāng)三極管Q1 導(dǎo)通后觸發(fā)雙向可控硅TR1 使之導(dǎo)通, 而當(dāng)Q1 截止時(shí), TR1 也截止。其工作過程是: 當(dāng)單片機(jī)的A 口I/O 輸出為低電平時(shí),三極管Q1 截止, 此時(shí)雙向可控硅TR1 沒有被觸發(fā)也處于截止?fàn)顟B(tài), 壓縮機(jī)等電機(jī)就不工作;當(dāng)單片機(jī)的A 口I/O 輸出為高電平時(shí), Q1 導(dǎo)通, TR1 被觸發(fā)導(dǎo)通, 壓縮機(jī)開始工作。
 
圖2　開關(guān)控制方式電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路
    在光電耦合電路接口中, 驅(qū)動(dòng)電路由雙向光電耦合器OC1 (MOC3081) 和雙向可控硅TR2 和電機(jī)M2 等元件組成, 其工作過程如下: 當(dāng)B 口I/O
輸出為高電平時(shí), 發(fā)光二極管不亮, TR2 截止,電機(jī)M2 就不工作, 反之, 當(dāng)B 口I/O 輸出為低電平時(shí), 發(fā)光二極管發(fā)光, 可控硅TR2 被觸發(fā)導(dǎo)通, 驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2 工作。

2.2　調(diào)壓控制方式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口
    在有些家用電器中, 需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,此時(shí)可利用圖3 所示的驅(qū)動(dòng)控制電路實(shí)現(xiàn)。圖3 中有兩個(gè)不同的接口電路, 它的結(jié)構(gòu)是類同的。只是電機(jī)部分的電路不同, 這些電路的工作還需要電源過零信號(hào)同步。電源過零信號(hào)可以從電源變壓器低壓端整流后取得。圖中A 口I/O 是單相電容電機(jī)調(diào)速控制電路。其電路由OC1 (MOC3021) , TR 1 和電機(jī)M1 組成, 在過零信號(hào)同步作用下, A 口I/O 線輸出100Hz 的移相信號(hào), 正脈沖使雙向耦合管中的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光, 進(jìn)而觸發(fā)TR 1, 隨著移相角不同,TR1 的導(dǎo)通情況就不同, 電機(jī)M1 上得到的電壓就不同, 所以它的速度也就不同。從而達(dá)到了調(diào)速的目的。
 
圖3　調(diào)壓控制方式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路
    B I/O 和A I/O 相似。區(qū)別在于電機(jī)部分,電容C4 是電機(jī)的啟動(dòng)電容, 當(dāng)TR2 導(dǎo)通時(shí), 電機(jī)M2 的工作電流很大, 在R7 上形成較大的壓降, 從而觸發(fā)TR3 導(dǎo)通, C4 和啟動(dòng)繞組有電流, 電機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí), 工作電流下降,從而使R7 上的電壓降變小, TR3 不導(dǎo)通, C4和啟動(dòng)繞組斷開。電機(jī)此后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
    圖中的C5 和R 8 是阻容吸收電路, 用于抑制TR3 的電壓速度變化率。
    總之, 在家用電器的控制方面, 現(xiàn)在越來越趨向于小型化和智能化, 要實(shí)現(xiàn)這種功能, 微型計(jì)算機(jī)起了一個(gè)很重要的作用。應(yīng)該說, 單片機(jī)在家用電器的控制方面有著廣泛的應(yīng)用。如何利用單片機(jī)等小功率的器件去控制大功率器件十分重要。