콤팩트하고 저전력 솔리드 구축

릴레이는 AC 부하를 제어 (켜기 또는 끄기)해야하는 많은 스위칭 회로에서 일반적입니다. 그러나 전기 기계적 특성으로 인해 기계식 릴레이는 자체 수명이 있으며 부하 상태 만 토글 할 수 있으며 디밍 또는 속도 제어와 같은 다른 스위칭 작업을 수행 할 수 없습니다. 이 외에도 전기 기계식 릴레이는 큰 유도 부하를 켜거나 끌 때 딸깍 소리와 고전압 스파크를 생성합니다. 릴레이 작업에 대한 기사를 확인하여 릴레이, 구성 및 유형에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다.

전자 기계 계전기의 가장 좋은 대안은 무 접점 계전기 입니다. 솔리드 스테이트 릴레이는 전기 부하를 제어하기 위해 전기 기계 릴레이 대신 사용할 수있는 반도체 기반 릴레이 유형입니다. 코일이 없으므로 작동하는 데 자기장이 필요하지 않습니다. 또한 스프링이나 기계적 접점이 없으므로 마모가 없으며 저 전류에서 작동 할 수 있습니다. SSR 로 종종 인식되는이 솔리드 스테이트 릴레이 는 부하의 ON-OFF 기능을 제어하는 반도체를 사용하고 모터의 속도와 조광기를 제어하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 이전 프로젝트에서 모터 속도를 제어하고 AC 부하의 광도를 제어하기 위해 TRIAC과 같은 반도체 장치를 사용했습니다.

이 프로젝트에서는 단일 부품을 사용하여 Solid-State Relay를 만들고 230VAC 작동에서 AC 부하를 제어합니다. 여기에 사용 된 사양은 제한적이며, 이 Solid-State-Relay를 사용하여 작동 할 부하의 2A를 선택했습니다. 목표는 Nodemcu 또는 ESP8266의 3.3V GPIO 핀과 직접 인터페이스 및 제어 할 수있는 솔리드 스테이트 릴레이 용 소형 PCB를 구축하는 것입니다. 이를 달성하기 위해 우리는 PCBWay 에서 PCB 보드를 제작 했으며이 프로젝트에서 동일한 것을 조립하고 테스트 할 것입니다. 그럼 시작합시다 !!!

솔리드 스테이트 릴레이를 구축하는 데 필요한 구성 요소

PCB
ACST210-8BTR
330R 저항 ¼ 와트
단자대 (300V 5A)
모든 색상의 0805 LED
150R 저항기

TRIAC를 사용하는 솔리드 스테이트 릴레이 – 회로도

주요 구성 요소는 줄여서 ACS Triac 또는 ACST입니다. ACST의 부품 번호는 ACST210-8BTR 입니다. 그러나 저항 R1은 마이크로 컨트롤러 또는 보조 회로 (제어 회로) GND를 AC 중립과 연결하는 데 사용됩니다. 저항의 값은 390R-470R 사이의 값이거나 그보다 약간 더 사용할 수 있습니다.

회로 작동에 대한 자세한 내용은 아래 섹션에 설명되어 있습니다. 앞서 언급했듯이 주요 구성 요소는 T1, ACST210-8BTR입니다. ACST는 TRIAC의 한 유형이며 교류 용 3 극관 이라고도 합니다.

ACS TRIAC (ASCT)는 어떻게 작동합니까?

ACST의 작동 방식을 이해하기 전에 TRIAC의 작동 방식을 이해하는 것이 중요합니다. TRIAC는 게이트를 사용하여 트리거 될 때 양방향으로 전류를 전도하는 3 단자 전자 부품입니다. 따라서이를 양방향 삼극관 사이리스터 라고합니다. TRIAC에는 "A1"이 양극 1, "A2"가 양극 2, "G"가 게이트 인 세 개의 터미널이 있습니다. 때로는 각각 Anode 1 및 Anode 2 또는 Main Terminal 1 (MT1) 및 Main Terminal 2 (MT2)라고도합니다. 이제 TRIAC의 게이트는 MOC3021 과 같은 옵토 사이리스터를 사용하여 AC 소스에서 소량의 전류를 제공해야합니다.

그러나 ACST는 일반 TRIAC과 약간 다릅니다. ACST는 STMicroelectronics의 TRIAC 유형이지만 마이크로 컨트롤러 장치와 직접 인터페이스 할 수 있으며 광 커플러없이 소량의 DC를 사용하여 트리거 할 수 있습니다. 데이터 시트에 따라 ACST 는 2A의 유도 부하에도 스 너버 회로가 필요하지 않습니다.

위의 회로는 ACST 의 응용 회로를 보여줍니다. 라인은 230VAC의 라이브 라인이고 중립 라인은 ACST의 공통 핀에 연결됩니다. 게이트 저항은 출력 전류를 제어하는 데 사용됩니다. 그러나이 저항은 접지가있는 중성선에서도 사용하거나 MCU 전류 출력에 따라 제거 할 수 있습니다.

위 이미지 는 ACST 의 핀아웃을 보여줍니다. 한 가지 흥미로운 점은 표준 TRIAC의 핀아웃과 ACS TRIAC 사이에 차이가 있다는 것입니다. 비교를 위해 표준 TRIAC 핀아웃이 아래에 나와 있으며 BT136 TRIAC 핀아웃입니다.

보시다시피 T1 및 T2 (터미널 1 및 터미널 2) 대신 ACST에는 Out 및 Common 핀이 있습니다. 공통 핀은 마이크로 컨트롤러의 접지 핀과 연결되어야합니다. 따라서 TRIAC처럼 양방향으로 작동하지 않습니다. 부하는 ACST와 직렬로 연결되어야합니다.

TRIAC를 사용하는 솔리드 스테이트 릴레이 – PCB 설계

PCB는 24mm / 15mm 크기로 설계되었습니다. 구리 층을 사용하여 ACST 전체에 적절한 방열판이 제공됩니다. 그러나이 PCB에 대한 업데이트 된 Gerber는 아래 링크에서 제공됩니다. Gerber는 약간의 디자인 실수가 있었기 때문에 테스트 후 업데이트됩니다.

테스트 중에 MOC3021의 제공이 주어졌지만 나중에 업데이트 된 Gerber에서 제거되는 경우 다른 회로를 가진 동일한 크기의 PCB가 사용됩니다.

Gerber 파일 및 회로도를 포함한 전체 PCB 설계는 아래 링크에서 다운로드 할 수 있습니다.

솔리드 스테이트 릴레이 용 Gerber 파일 및 PCB 설계 다운로드

PCBWay에서 PCB 주문

이제 설계를 완료 한 후 PCB 주문을 진행할 수 있습니다.

1 단계: https://www.pcbway.com/에 접속하여 처음이라면 가입하십시오. 그런 다음 PCB 프로토 타입 탭에서 PCB 치수, 레이어 수 및 필요한 PCB 수를 입력합니다.

2 단계: '지금 견적'버튼을 클릭하여 진행합니다. Board type, Layers, Material for PCB, Thickness 등과 같은 몇 가지 추가 매개 변수를 설정할 수있는 페이지로 이동합니다. 대부분은 기본적으로 선택되며 특정 매개 변수를 선택한 경우 선택할 수 있습니다. 여기에 있습니다.

3 단계: 마지막 단계는 Gerber 파일을 업로드하고 결제를 진행하는 것입니다. 프로세스가 원활하게 진행되도록 PCBWAY는 결제를 진행하기 전에 Gerber 파일이 유효한지 확인합니다. 이렇게하면 PCB가 제작에 친숙하고 약속 된대로 도달 할 수 있습니다.

솔리드 스테이트 릴레이 조립

며칠 후, 우리는 깔끔한 패키지로 PCB를 받았으며 PCB 품질은 항상 좋았습니다. 보드의 상단 레이어와 하단 레이어가 아래에 나와 있습니다.

ACST와 처음으로 작업 한 것이기 때문에 앞서 말씀 드린대로 일이 계획대로 진행되지 않았습니다. 나는 약간의 변경을해야했다. 모든 변경 후 최종 회로는 다음과 같습니다. 위 섹션에서 다운로드 한 Gerber 파일에서 이미 변경 및 업데이트되었으므로 변경에 대해 걱정할 필요가 없습니다.

솔리드 스테이트 릴레이를 제어하기위한 ESP8266 프로그래밍

코드는 간단합니다. ESP8266-01에서는 두 개의 GPIO 핀을 사용할 수 있습니다. GPIO 0은 버튼 핀으로 선택되고 GPIO 2는 릴레이 핀으로 선택됩니다. 버튼 핀을 읽을 때 버튼을 누르면 릴레이가 상태를 ON 또는 OFF 또는 그 반대로 변경합니다. 그러나 문제없는 작동을 위해 디 바운스 지연도 사용됩니다. 링크 된 문서에서 스위치 디 바운싱에 대해 자세히 알아볼 수 있습니다. 코드는 매우 간단하므로 여기서는 다루지 않겠습니다. 전체 코드는이 페이지 하단에서 찾을 수 있습니다.

솔리드 스테이트 릴레이 테스트

회로는 3.3V 전원으로 ESP8266-01과 연결됩니다. 또한 테스트 목적으로 100 와트 전구가 사용됩니다. 위 이미지에서 볼 수 있듯이 브레드 보드 전원 공급 장치 모듈로 ESP 모듈에 전원을 공급하고 두 개의 버튼을 사용하여 부하를 켜고 끕니다.

버튼을 누르면 라이트가 켜집니다. 나중에 테스트 후 솔리드 스테이트 릴레이와 ESP826 모듈을 모두 단일 보드에 납땜하여 아래와 같이 컴팩트 한 솔루션을 얻었습니다. 이제 데모 목적으로 푸시 버튼을 사용하여로드를 켰지 만 실제 애플리케이션에서는 그에 따라 프로그램을 작성하여 원격으로 켤 것입니다.

전체 설명과 작동 비디오는 아래 링크에서 볼 수 있습니다. 프로젝트를 즐겼고 유용한 것을 배웠기를 바랍니다. 질문이 있으시면 아래 댓글 섹션에 남겨 주시거나 포럼을 사용하여 이에 대한 토론을 시작하십시오.