用微控制器控制交流电源

介绍

世界越来越小，电子设计也越来越小。yabosports官网通孔组件对部件制造商来说利润较低，因此，新产品通常只能在表面安装包中使用。能够手工焊接表面贴装部件是一项非常有价值的技能，可以用于像芯片电阻和电容，小轮廓封装(SOIC/TSSOP)，和四平封装(QFP)等部件。然而，如果你的四轴飞行器控制器的完美ARM核心只是一个四平面无引线(QFN)呢?如果需要进行视觉处理的FPGA仅采用球网格阵列(BGA)风格，该怎么办?你可以用热风枪或焊料回流炉碰碰运气。

噢闪亮……但代价是什么呢?

焊料回流烤箱没什么新的，也没有像这样的标准烤面包机制作一个。该问题是商业选项通常非常昂贵（上面可能的价格为2,000美元的价格），许多家庭建造的选项通常需要拆除和修改粮仓，这可能是容易出错的，并且需要特殊工具（我自己Black＆Decker Toasr-R-oven里面有安全螺丝…)。Sparkfun发布了一个教程2006年，安迪·布朗创造了一个美丽的设计在他的博客上，甚至是AAC作者罗伯特Keim有一些关于烤箱控制的基本概念的教程，例如零交叉检测和控制三条重罪．本系列教程旨在充实一些概念，并为这个应用程序提供不同的硬件和(最终)软件方法。这是另一个“食谱”，如果你愿意的话。

你需要的东西

有关安全的几点记录

一位攀岩教练曾经开玩笑地告诉我，当涉及到安全问题时，有三条规则需要注意。按优先次序，它们是:

1. 看起来不错。
2. 不要死。
3. 如果你非死不可，那就好好表现。

我向你保证，如果你不尊重电源电压的危险程度，你就会违反这三条。在处理高电压时，有几件事要记住:

• 不要将高电压连接到面包板。电线松动或意外地触摸/插入面包板上的错误孔的风险是不值得的。焊接组件到Perfboard的焊接组件应该是可以进行原型设计。

• 无论何时连接电源，绝对放手。如果您必须使用万用表测量高电压，请勿用手将探针握住;连接鳄鱼夹并远程操作设备。更好的是，使用白炽灯泡作为测试负载，并使用浪涌保护器开关远程打开设备。

• 最重要的是，对此聪明。如果你不知道你在做什么或者不觉得这样做，请求帮助并找到那些做的人。AAC论坛和当地yabo sports黑客群地段是利用的很大资源。

系统级设计

一个完整的烤箱控制器由几个部分组成:

烤面包机烤箱系统流程图

我们只会在这里制作交流波形调光器。请注意，这是一个ad-hoc设备，其中它旨在控制仅限电阻负载就像大多数烤面包机一样。电容性和感性负载需要一些轻微的修改(增加了缓冲元件)，这里不介绍，但是可以在网上和元件数据表中找到相关信息。ag亚博科技紧凑型荧光灯(CFLs)在其外壳内部有一个相当复杂的电子镇流器电路，与交流调光器完全不兼容。

实现AC控制器的一种非常常见的方式具有固态继电器。这些允许烤箱完全或完全关闭，并且信号可以脉冲以获得近似温度（称为邦铃控制话语。巨大的世界控制系统在Bang-Bang控制器上运行完全良好，但它们既不优雅也不有趣。然而，在大多数固态继电器的内部是一种称为TRIAC的设备，可以被命令作为独立设备。像罗伯特提到在他的文章中，它本质上是晶闸管的双向延伸，或者可以看作是一个在两个方向导电的固态开关。

固态继电器。宝贝,砰砰的枪声!

没有像SSR那么华丽，但我们的TRIAC做了一些超酷的东西

这个烤箱控制器的整个想法是使用TRIAC实现所谓的东西交流相位控制．如果你等待交流波形过零，并在某个已知时间之后打开可控硅，你会得到一个输出波形，在可控硅激活的时间内，输出波形保持原始波形的频率和幅度不变。这限制了终端设备的功率，有效地降低了它的亮度。其他的调暗方法也存在波包控制（一种同步Bang-Bang Paradigm;对不起没有en Wikipedia），但他们超出了这个项目的范围。

交流相控制的示例安迪的车间

插头，端子和外壳

安全且便宜的是游戏的名称在这里，所以第一阶的业务使这是为了选择合理的机箱。我有一个廉价的塑料箱，带盖子，为自己和任何人写了一个漂亮而可怕的警告标签。可以在侧面切割或钻出插头的孔，但需要采取护理以防止材料破裂。

我选择了一个插头和插座接口的调光器。在交流电源侧，我使用了一个10A的IEC插头与集成保险丝支架(保险丝我必须自己来源)和电源开关，很像这个:

10A IEC插头带集成的保险丝座和开关

它能保护过电流，让我不用拔掉电缆就能关掉整个装置。在烤面包机方面，我浏览了一下当地的五金店，发现了这个:

单个防篡改出口

这是一个固定在外壳上的单一防篡改出口。我不想把高压电线直接焊接到我的板上，所以我得到了一个六位置的螺丝端子块。安装位置为“MAINS_L”、“MAINS_N”、“OVEN_L”、“OVEN_N”和两根市电接地线。我还使用了其中的一个终端块，用于四根微控制器导线的外部盒。有点夸张，但我手头就有这个。

孤立的零交叉探测器

当使用低压器件控制或测量高压电路时，在两侧使用某种电流隔离总是一个好主意;这可以实现归纳，光学,或容性．还有一些其他隔离方法，但这些是大的方法。

罗伯特双向可控硅控制器和讨论二阶导数过零检测器在墙壁上使用变压器在与其交互之前，将电源降低到更安全的12V。该应用程序使用光隔离器分离高电压，具有比庞大的变压器更轻，更紧凑的优点。与其他一些方法相比，它们对快速信号变化的反应很慢，但在亚千赫的速度如我们的应用程序中，它并不重要。

这个电路是从这里亲切地借用．作者做了一个很好的工作，详细地解释了电路，但一个快速的纲要是这样的:首先对主波形进行滤波和整流。它的电压被分割，然后向10uF电容充电。当分割的电压低于电容上的电压时，比较器晶体管打开，激活光隔离器。输出有集电极开路这意味着你可以在你的微控制器支持的任何VCC上操作它。我的perfboard电路是这样的:

一个满足的对称电路

我用电路板的其余电缆和电涌保护器隔离地测试了该电路。零交叉检测器波形叠加在AC Sinusoid上应该看起来像这样的东西（我使用了一台降压变压器来获得镜头。为了上帝的爱，不要将你的主电源挂钩！）：

TRIAC驾驶员和孤立的驱动器电路

接下来是TRIAC和隔离的驱动器电路。我之前提到过安迪·布朗的教程．我调整了他的TRIAC保护和驾驶电路，在各州的120VAC上工作，然后跟踪热链选择的热考虑因素。我们使用的是三折BTA312．我们用另一个光隔离器来驱动可控硅MOC310M这需要30到60mA来开启。大多数微控制器并不舒适采购这种电流，因此我们使用通用NPN晶体管提供它。

原理图是这样的:

VR1是压敏电阻器。当交流线路出现尖峰时，它可以起到过电压保护的作用。C3是一种用于抑制发射的275VAC薄膜帽。这个选项可以被认为是可选的。MOC310驱动板电路是这样的:

散热器，三端双向可控硅，压敏电阻，过滤帽和螺钉端子都在与驾驶员分开的主板上。一旦一切都通过标题连接到电路板，它应该看起来像这样：

我用主板角落的安装孔将它连接到机箱上。一旦所有的东西都放在一起，你会得到这个:

现在你应该准备好了!适当地连接电线(这个页面很有帮助)，将VCC和GND连接到面包板电源，并拨动电源开关。如果你给TRIAC_ACTIVE线施加3.3V，你应该在另一端得到100%的电源。

视频

下一个步骤

好的，我承认：用3.3V开关打开灯泡并不令人印象深刻。事实上，这几乎只是一个爆炸控制器。接下来我们需要的是一个控制器，可以测量零交叉信号，相应地暗指线，并从温度传感器读取输入。这一切都将在下一期间涵盖。你问的是什么？我会使用Arduino吗？绝对不是!它可能看起来像外面，但我们将在Atmega328p上用裸金属c快速玩耍。直到下一次，快乐的黑客攻击。

所有的项目文件和文档都可以在我在GitHub上的仓库——请随意投稿。KiCad原理图文件如下:

代码

triac -dimmer.zip.

为自己提供这个项目！得到bom。