如何用單片機(jī)控制220V交流電的通斷?首先來說,220V交流電的負(fù)載是多大,是感性負(fù)載負(fù)載還是阻性負(fù)載,正常輸出功率是多大等這些都要考慮進(jìn)去。
對(duì)阻性負(fù)載和感性負(fù)載的控制
1、對(duì)于阻性負(fù)載
比如普通的燈泡,一般是30到40W左右,如果用220V交流電來控制通斷,簡(jiǎn)單點(diǎn)的就用一個(gè)雙向可控硅直接控制,BT137電流達(dá)到7A,耐壓值600V,驅(qū)動(dòng)燈泡足夠了
也可以加一個(gè)光耦:
2、對(duì)于感性負(fù)載
比如電動(dòng)機(jī),因?yàn)樗膬?nèi)部有線圈,100W的電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)的時(shí)候可能達(dá)到1000W,因此這類電器電路就要加多一個(gè) 阻容吸收電路 ,必要時(shí)候同時(shí)加一個(gè) 壓敏電阻 ,可以使10D471,根據(jù)實(shí)際間距選擇合適的壓敏電阻,因?yàn)樗矊?dǎo)通時(shí)候電壓很高,這樣就有起到過壓保護(hù),以防一通電或者關(guān)斷時(shí)候產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電壓把可控硅擊穿,有時(shí)候還會(huì)串聯(lián)一個(gè)電感。
如何用單片機(jī)控制220V交流電的通斷?
使用單片機(jī)控制220V交流電的通斷,方法非常多。使用繼電器是最方便的,但是繼電器通斷會(huì)有聲音,很不好,而且繼電器有次數(shù)限制,容易壞。下面提供幾種方法,供大家參考:
(1)使用雙向可控硅。 注意是交流電,使用雙向可控硅而不是單向可控硅。
這種情況比較簡(jiǎn)單,但是電路可靠性不高,220V和單片機(jī)電源必須共地,電路故障很容易高壓燒毀低壓端的單片機(jī)。低壓控制高壓,最好做隔離,上圖為使用光耦隔離的控制方式,也可以使用其它物理隔離芯片。
(2)使用三極管、MOS管的控制方式
上圖是使用MOS管作開關(guān)的電路原理圖,因?yàn)槭墙涣麟姡褂脙蓚(gè)N溝道的MOS管背靠背連接,該圖只是一部分示意圖,真正的電路還有很多關(guān)鍵技術(shù),比如采樣交流電的極性、判斷零點(diǎn),實(shí)現(xiàn)過零開通、斷開,以減少對(duì)設(shè)備的損耗。以及過流、短路保護(hù),區(qū)分容性負(fù)載上電瞬間的波形與過流、短路波形的區(qū)別,防止誤保護(hù)。使用三極管的原理也是類似的。
220V交流過零檢測(cè)
需要說明的是,這里的過零檢測(cè)指的是在交流回路的中的過零檢測(cè),對(duì)于我們最常接觸的交流電就是我們使用的220V的市電了。
1、什么是過零檢測(cè)
在交流回路中,電壓隨時(shí)間的變化是正弦波,當(dāng)波形由正半周向負(fù)半周轉(zhuǎn)換或者由負(fù)半周向正半周轉(zhuǎn)換時(shí),經(jīng)過x坐標(biāo)的點(diǎn)就是過零點(diǎn)。所謂 過零檢測(cè),就是對(duì)過零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè),判斷交流電是否到達(dá)這個(gè)點(diǎn) ,如下圖所示:
1.1 為何需要過零檢測(cè)
為什么需要過零檢測(cè),簡(jiǎn)單來說就是:為了讓使用交流電的系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定,同時(shí)方便對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。
我們知道交流電的電壓是在一直變化的,如果我們的用電系統(tǒng)開關(guān)的時(shí)候都處于電壓高點(diǎn),那么這個(gè)時(shí)候的電流也會(huì)對(duì)應(yīng)的比較大,忽然間打開關(guān)短對(duì)系統(tǒng)會(huì)造成一定的 “沖擊”,有時(shí)候也會(huì)產(chǎn)生一些電弧火花,就是所謂的浪涌,這樣存在安全隱患,在一些帶大功率負(fù)載的交流回路中,風(fēng)險(xiǎn)會(huì)更大。如果我們系統(tǒng)能夠知道每次過零點(diǎn)的時(shí)間,在這個(gè)時(shí)候去進(jìn)行開關(guān)控制,那么可以使得系統(tǒng)安全穩(wěn)定。另外,我們通過檢測(cè)交流電信號(hào)的過零點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)交流電電子設(shè)備的開關(guān)控制、電流采樣和保護(hù)功能,在調(diào)光開關(guān)/調(diào)光器、電機(jī)調(diào)速產(chǎn)品中,可從零點(diǎn)開始控制交流電導(dǎo)通角的大小,實(shí)現(xiàn)調(diào)光燈具亮度、電機(jī)速度的調(diào)節(jié)。
2、如何做過零檢測(cè)
首先要明白,我們做過零檢測(cè),最直觀的是檢測(cè)什么? 實(shí)際上就是電壓。電壓變成0的時(shí)候,就是零點(diǎn)。如何檢測(cè),我這里直接先告訴大家,從結(jié)果來看,最常見的過零檢測(cè)電路有如下兩種方式:
第一種,過零點(diǎn)時(shí)候電路末端會(huì)輸出脈沖,如下圖:
第二種,過零點(diǎn)的時(shí)候,電路末端電平會(huì)發(fā)生變化,如下圖:
當(dāng)然 ,直接ADC采樣也是一種方式,但是相對(duì)前面這兩種用得不多。
大家看了上面的兩種結(jié)果,是不是若有所思,回顧一下我們所學(xué)過的電路知識(shí),能夠?qū)崿F(xiàn)上面這種檢測(cè)電壓變化的很多器件,比如我們的三極管,MOS管,比較器/運(yùn)放,光耦,是不是感覺都可以搭建方案。
2.1 光耦
說到光耦之于220V交流的應(yīng)用,《單片機(jī)檢測(cè)信號(hào)通斷通用電路(3.3V/5V直流信號(hào),24V+直流信號(hào),220V交流信號(hào))》分享過一個(gè)電路:
當(dāng)時(shí)的需求只是需要檢測(cè)是否有220V交流電信號(hào)存在,使用了雙向光耦,其中右邊輸出的地方特意加了一個(gè)2.2uF的電容防止過零點(diǎn)時(shí)候電壓突變。我們稍微變通一下,電路變成如下,是不是理論上就能夠產(chǎn)生下圖所示的輸出:
當(dāng)然,如果我們做一下整流,也可以使得輸出脈沖信號(hào),如下圖:
2.2 比較器/運(yùn)放
對(duì)于比較器以及后面的三極管而言,我們一般來說需要先降壓,然后進(jìn)行處理,是比較妥當(dāng)?shù)囊环N方式,比如下面圖的示例:
上面的設(shè)計(jì)是脈沖,通過R22, R21控制小于Vcc/101電壓的時(shí)候 (如果VCC為3.3V ,閥門大概在0.03V) , 輸出S2會(huì)輸出一個(gè)高電平信號(hào),因?yàn)闀r(shí)間很短,所以結(jié)果為脈沖。
當(dāng)然大家也可以把比較器的負(fù)輸出端連接GND ,也就是0V ,然后+輸入端連接降壓后但是不整流的輸入(220V的交流變成低壓的交流),這樣輸出S2就能形成方波輸出,但是不整流需要額外注意一些問題。
2.3 三極管/MOS管
對(duì)于三極管和MOS管來說,與上面的比較器也是類似的,直接上個(gè)示意圖:
需要說明的是,通過三極管或者M(jìn)OS管判斷的輸出脈沖,會(huì)比上面使用比較器的脈沖會(huì)寬一些。三極管0.7V就導(dǎo)通了,MOS管可能會(huì)更大一些,比如有些1.0V左右就導(dǎo)通了。
2.4 過零檢測(cè)芯片
和電平轉(zhuǎn)換或者其他應(yīng)用電路一樣,過零檢測(cè)也有專門的芯片,當(dāng)然還是老問題,成本相對(duì)前面較高。沒用過,暫時(shí)沒有啥好推薦的,大家可以自行搜索。
3、過零檢測(cè)電路
通過上面小結(jié)我們說明了多種 220V 交流過零檢測(cè)的方案,在實(shí)際使用中大家完全可以根據(jù)自己的情況搭建起電路使用。網(wǎng)上也有很多的視頻和文章,網(wǎng)上眾多的電路中,挑選了幾個(gè)比較實(shí)在的推薦給大家:
參考電路一:
此電路來源,B站:龍順宇老師
參考電路二:
此電路來源,B站:皆行電子
參考電路三:
此電路來源163博客 ,博主:ARM嵌入式研發(fā)2008年的一篇文章
上面這幾個(gè)實(shí)際的電路,從原理上來說,都可以實(shí)際使用,感覺都可以直接照著做,但是大家得注意元器件的選型,強(qiáng)電安全第一。