릴레이를 마이크로 컨트롤러에 연결하는 방법. 릴레이가 있는 키를 마이크로 컨트롤러 또는 표시기의 출력에 연결하는 방식

군터 크라우트, 독일

논리 "1", 논리 "0" 및 높은 임피던스. 세 가지 출력 상태는 "정방향", "역방향" 및 "정지"의 세 가지 모터 상태에 해당합니다.

릴레이와 같은 두 개의 독립적인 부하를 제어하려면 일반적으로 두 개의 마이크로 컨트롤러 I/O 포트가 필요합니다. 이 경우 두 개의 릴레이를 켜거나 하나를 켜고 다른 하나를 끄거나 둘 다 끌 수 있습니다. 두 개의 릴레이를 동시에 켤 필요가 없는 경우 마이크로컨트롤러의 한 출력을 사용하여 나머지 세 가지 상태를 제어할 수 있습니다. 이것은 높은 임피던스 출력 상태를 사용합니다.

이 회로는 예를 들어 전기 모터 제어에 사용할 수 있습니다. 모터의 회전 방향은 두 위상 중 어느 것이 선택되었는지에 따라 달라집니다. 위상 전환을 위해 고전적인 전기 기계 및 솔리드 스테이트 MOS 릴레이를 모두 사용할 수 있습니다. 어느 쪽이든 두 릴레이를 모두 열면 엔진이 정지됩니다.

전기 기계 릴레이를 제어하기 위해 그림 1에 표시된 회로가 사용됩니다.마이크로 컨트롤러 출력이 로직 "1"이면 트랜지스터 Q1이 릴레이 REL 1을 켜고 모터가 정방향으로 회전할 수 있습니다. 출력이 "0"으로 전환되면 트랜지스터 Q 3이 열립니다. 이로 인해 REL 2 접점이 닫히고 모터가 반대 방향으로 회전하기 시작합니다. 마이크로컨트롤러 포트가 높은 임피던스 상태에 있으면 트랜지스터 Q 1 , Q 2 및 Q 3이 꺼집니다. Q 2 베이스의 1V 전압이 베이스-이미터 접합의 임계 전압의 합보다 작기 때문입니다. Q 1 및 Q 2 및 다이오드 D 1 양단의 전압 강하. 두 릴레이가 모두 꺼지고 모터가 정지합니다. 전압 분배기 또는 이미터 팔로워를 사용하여 1V의 전압을 얻을 수 있습니다. 다이오드 D 2 및 D 3은 릴레이가 꺼질 때 발생하는 전압 서지로부터 컬렉터 Q 1 및 Q 2를 보호하는 역할을 합니다. 거의 모든 저전력 NPN 및 PNP 트랜지스터를 회로에 사용할 수 있습니다. D 1의 선택도 원칙이 없습니다.

LED를 거의 모든 마이크로 컨트롤러의 출력에 직접 연결할 수 있으므로 MOS 계전기를 구동하는 회로는 더 간단합니다(그림 2). 논리 "1"은 릴레이 LED S 1을 켜고 논리 "0"-S 2를 켜서 해당 출력 트라이액을 엽니다. 포트가 하이 임피던스 상태에 들어가면 1.2V DC 전압이 두 LED의 임계 전압 합계보다 낮기 때문에 두 LED가 모두 꺼집니다. 배리스터 R 3 , R 5 및 스너버 회로 C 1 , R 4 , C 2 , R 6 는 MOS 릴레이를 보호하는 역할을 합니다. 이러한 요소의 매개변수는 하중에 따라 선택됩니다.

다음 기사에는 외부 로드를 관리해야 하는 장치가 있습니다. 외부 부하란 LED, 전구, 계전기, 모터, 액추에이터 등 마이크로 컨트롤러의 다리에 부착된 모든 것을 의미합니다. 그리고이 주제가 아무리 진부하더라도 다음 기사에서 반복을 피하기 위해 나는 여전히 독창적이지 않을 위험이 있습니다-당신은 나를 용서할 것입니다 :). 권장 형식으로 부하를 연결하는 가장 일반적인 방법을 간략하게 보여 드리겠습니다 (추가하고 싶은 것이 있으면 기쁩니다).
우리가 디지털 신호(마이크로컨트롤러는 여전히 디지털 장치임)에 대해 이야기하고 있다는 데 즉시 동의하고 일반적인 논리에서 벗어나지 않을 것입니다. 1 - 포함, 0 -껐다. 시작하자.

DC 부하는 LED, 램프, 릴레이, DC 모터, 서보 드라이브, 다양한 액추에이터 등입니다. 이러한 부하는 마이크로컨트롤러에 가장 간단하게(그리고 대부분) 연결됩니다.

1.1 연결 잔뜩저항을 통해.
LED와 관련하여 가장 간단하고 가장 일반적으로 사용되는 방법입니다.

마이크로 컨트롤러의 레그를 통해 흐르는 전류를 허용 가능한 수준으로 제한하려면 저항이 필요합니다. 20mA. 밸러스트 또는 소화라고합니다. 부하 저항 Rn을 알면 저항 값을 대략적으로 계산할 수 있습니다.

소화 =(5v / 0.02A) - Rn = 250 - Rn

보시다시피 최악의 경우에도 부하 저항이 0일 때 전류가 20mA를 초과하지 않도록 250옴이면 충분합니다. 그래서 거기에 무언가를 세고 싶지 않다면 300옴과부하로부터 포트를 보호합니다. 이 방법의 장점은 명백합니다. 단순성입니다.

1.2 연결 잔뜩바이폴라 트랜지스터를 사용합니다.
부하가 20mA 이상을 소비하는 경우 물론 여기에서 저항이 도움이되지 않습니다. 어떻게든 전류를 증가(읽기 증폭)해야 합니다. 신호를 증폭하는 데 사용되는 것은 무엇입니까? 오른쪽. 트랜지스터!

강화를 위해 사용하는 것이 더 편리합니다. n-p-n회로에 연결된 트랜지스터 OE. 이 방법을 사용하면 마이크로 컨트롤러의 전원 공급 장치보다 높은 공급 전압을 가진 부하를 연결할 수 있습니다. 기본 저항은 제한 저항입니다. 넓은 범위(1-10kOhm)에 걸쳐 변할 수 있으며 어떤 경우에도 트랜지스터는 포화 모드에서 작동합니다. 트랜지스터는 무엇이든 될 수 있습니다 n-p-n트랜지스터. 이익은 실질적으로 관련이 없습니다. 트랜지스터는 컬렉터 전류(우리가 필요로 하는 전류)와 컬렉터-이미터 전압(부하에 전원을 공급하는 전압)에 따라 선택됩니다. 과열되지 않도록 전력 소비도 중요합니다.

일반적이고 쉽게 접근할 수 있는 것 중에서 BC546, BC547, BC548, BC549를 모든 문자(100mA)와 함께 사용할 수 있으며 동일한 KT315도 사용할 수 있습니다(오래된 재고를 가지고 있는 사람에게서 온 것임).
- 바이폴라 트랜지스터 BC547용 데이터시트

1.3 연결 잔뜩전계 효과 트랜지스터를 사용합니다.
글쎄, 우리 부하의 전류가 12 암페어 내에 있다면? 이러한 트랜지스터의 제어 전류가 크고 대부분 20mA를 초과하기 때문에 바이폴라 트랜지스터를 사용할 수 없습니다. 출력은 복합 트랜지스터(아래 참조) 또는 전계 효과 트랜지스터(일명 MOS, 일명 MOSFET)일 수 있습니다. 전계 효과 트랜지스터는 전류에 의해 제어되는 것이 아니라 게이트의 전위에 의해 제어되기 때문에 놀라운 것입니다. 이를 통해 미세한 게이트 전류가 큰 부하 전류를 구동할 수 있습니다.

모든 n 채널 전계 효과 트랜지스터가 우리를 위해 할 것입니다. 바이폴라와 마찬가지로 전류, 전압 및 전력 소모에 따라 선택합니다.

전계 효과 트랜지스터를 켤 때 여러 가지 사항을 고려해야 합니다.
-실제로 게이트는 커패시터이므로 트랜지스터를 전환하는 순간 큰 전류가 (짧은 시간 동안) 흐릅니다. 이러한 전류를 제한하기 위해 제한 저항이 게이트에 배치됩니다.
- 트랜지스터는 낮은 전류로 제어되며 게이트가 연결된 마이크로컨트롤러의 출력이 높은 임피던스 Z 상태에 있으면 필드 스위치가 예기치 않게 열리고 닫혀 간섭을 받습니다. 이 동작을 제거하려면 10kOhm 정도의 저항으로 마이크로 컨트롤러의 다리를 접지에 "눌러야" 합니다.
모든 긍정적 인 특성의 배경에 대해 전계 효과 트랜지스터에는 단점이 있습니다. 저전류 제어에 대한 대가는 트랜지스터의 속도 저하입니다. 물론 PWM은 당기지 만 허용 주파수를 초과하면 과열로 응답합니다.

1.4 연결 잔뜩복합 Darlington 트랜지스터를 사용합니다.
고전류 부하에 FET를 사용하는 것의 대안은 복합 Darlington 트랜지스터를 사용하는 것입니다. 겉으로는 바이폴라와 같은 트랜지스터이지만 내부에는 강력한 출력 트랜지스터를 제어하기 위해 예비 증폭 회로가 사용됩니다. 이를 통해 작은 전류로 강력한 부하를 제어할 수 있습니다. Darlington 트랜지스터의 적용은 이러한 트랜지스터의 조립 적용만큼 흥미롭지 않습니다. ULN2003과 같은 멋진 칩이 있습니다. 그것은 7개의 Darlington 트랜지스터를 포함하고 각각 최대 500mA의 전류를 부하할 수 있으며 병렬로 연결하여 전류를 증가시킬 수 있습니다.

마이크로 회로는 마이크로 컨트롤러에 연결하기가 매우 쉽습니다 (다리에 다리 만) 편리한 배선 (출력 반대 입력)이 있으며 추가 끈이 필요하지 않습니다. 이 성공적인 설계의 결과로 ULN2003은 아마추어 무선 실습에 널리 사용됩니다. 따라서 그것을 얻는 것은 어렵지 않을 것입니다.
- Darlington 어셈블리 ULN2003용 데이터시트

AC 장치 (대부분 220v)를 제어 해야하는 경우 모든 것이 더 복잡하지만 그다지 많지는 않습니다.

2.1 연결 잔뜩릴레이를 사용하여.
가장 간단하고 아마도 가장 신뢰할 수 있는 것은 릴레이를 사용한 연결입니다. 릴레이 코일 자체는 고전류 부하이므로 마이크로 컨트롤러로 직접 켤 수 없습니다. 릴레이는 필드 또는 바이폴라 트랜지스터를 통해 연결하거나 여러 채널이 필요한 경우 동일한 ULN2003을 통해 연결할 수 있습니다.

이 방법의 장점은 큰 스위칭 전류(선택한 릴레이에 따라 다름), 갈바닉 절연입니다. 단점 : 제한된 속도 / 켜기 빈도 및 부품의 기계적 마모.
사용할 무언가를 추천하는 것은 의미가 없습니다. 많은 릴레이가 있으며 필요한 매개 변수와 가격에 따라 선택하십시오.

2.2 연결 잔뜩트라이악(triac)을 사용합니다.
강력한 AC 부하를 제어해야 하는 경우, 특히 부하(다이머)에 전달되는 전력을 제어해야 하는 경우 트라이악(또는 트라이악)을 사용하지 않고는 할 수 없습니다. 트라이액은 제어 전극을 통해 짧은 전류 펄스로 열립니다(음 및 양의 전압 반파 모두에 대해). 트라이악은 전압이 없는 순간(전압이 0을 통과할 때) 자체적으로 닫힙니다. 여기서 어려움이 시작됩니다. 마이크로컨트롤러는 제로 전압을 통해 전환되는 순간을 제어해야 하며 정확하게 정의된 순간에 펄스를 제공하여 트라이액을 열어야 합니다. 이것이 컨트롤러의 지속적인 사용입니다. 또 다른 어려움은 트라이액으로부터 갈바닉 절연이 부족하다는 것입니다. 별도의 요소에서 수행해야 하므로 회로가 복잡해집니다.

최신 트라이액은 상당히 낮은 전류로 구동되고 마이크로컨트롤러에 직접(제한 저항을 통해) 연결할 수 있지만 안전상의 이유로 광학 디커플링 장치를 통해 연결해야 합니다. 그리고 이것은 트라이액 제어 회로뿐만 아니라 제로 제어 회로에도 적용됩니다.

부하를 연결하는 다소 모호한 방법. 한편으로는 마이크로 컨트롤러의 적극적인 참여와 상대적으로 복잡한 회로 설계 솔루션이 필요하기 때문입니다. 반면에 부하를 매우 유연하게 조작할 수 있습니다. 트라이액 사용의 또 다른 단점은 작동 중에 생성되는 많은 양의 디지털 노이즈입니다. 억제 회로가 필요합니다.

트라이액은 상당히 널리 사용되며 일부 영역에서는 대체할 수 없기 때문에 문제가 되지 않습니다. 매우 자주 BT138 유형의 트라이액이 아마추어 라디오에 사용됩니다.

많은 초보자 라디오 아마추어는 인터넷에 가득 찬 간단한 회로로 전자 제품에 익숙해지기 시작합니다. 그러나 이것이 어떤 종류의 액추에이터가 회로에 연결되어 있고 회로에 연결 방법이 표시되지 않은 제어 장치라면 초보자는 어려움을 겪습니다. 이 기사는 초보자 라디오 아마추어가 이 문제를 처리하는 데 도움을 주기 위해 작성되었습니다.

DC 부하.

첫 번째 방법은 저항을 통해 연결하는 것입니다.

저 전류 부하에 적합한 가장 쉬운 방법은 LED입니다.

Rgas \u003d (U / I)-Rн

여기서 U는 공급 전압(볼트), I는 회로를 통과하는 허용 전류(암페어), Rн는 부하 저항(옴)

두 번째 방법 - 바이폴라 트랜지스터

소비된 부하 전류가 장치의 최대 출력 전류보다 크면 여기에서 저항이 도움이 되지 않습니다. 전류를 증가시켜야 합니다. 이를 위해 일반적으로 트랜지스터가 사용됩니다.

이 회로에서는 OE 회로에 따라 연결된 n-p-n 트랜지스터가 사용됩니다. 이 방법을 사용하면 장치의 전원보다 높은 공급 전압으로 부하를 연결할 수 있습니다. 저항 R1은 트랜지스터를 통해 흐르는 전류를 제한하는 데 필요하며 일반적으로 1-10kOhm으로 설정됩니다.

세 번째 방법은 전계 효과 트랜지스터입니다.

전류가 수십 암페어(특히 강력한 전기 모터, 램프 등)인 부하를 제어하기 위해 전계 효과 트랜지스터가 사용됩니다.

저항 R1은 게이트를 통과하는 전류를 제한합니다. 전계 효과 트랜지스터는 작은 전류로 제어되기 때문에 게이트가 연결된 장치의 출력이 높은 임피던스 Z 상태에 있으면 필드 장치가 예기치 않게 열리고 닫혀 간섭을 받습니다. 이 동작을 제거하기 위해 장치의 출력은 10kΩ 저항을 사용하여 접지로 "누르게" 됩니다.
전계 효과 트랜지스터에는 느림이라는 특징이 있습니다. 허용 주파수를 초과하면 과열됩니다.

교류.

첫 번째 방법은 릴레이입니다.

AC 부하를 제어하는 ​​가장 간단한 방법은 릴레이를 사용하는 것입니다. 릴레이 자체는 고전류 부하이므로 바이폴라 또는 전계 효과 트랜지스터를 통해 켜야합니다.

계전기의 단점은 부품의 속도 저하와 기계적 마모입니다.

많은 자동화 장치에는 릴레이가 장착되어 있지만 마이크로 컨트롤러를 포함하여 몇 가지 간단한 회로의 예를 사용하여 릴레이를 제어할 수 있는 방법을 살펴보겠습니다.

옵션 1: 이것은 다양한 햄 라디오 프로젝트 등에 사용되는 간단한 단일 채널 릴레이 드라이버입니다. 이 설계는 강력한 소비자를 전환하는 데 사용할 수 있으며 자체는 저전압 및 전류로 제어됩니다.

옵션 2:

작업: 공급 전압이 가해지면 커패시턴스 C1이 저항 R1을 통해 충전되고 닫힌 접점 K1.1은 거의 공급 전압 수준까지 충전됩니다. 닫힌 접점, K1.1 및 R1을 통해 S1을 누르면 코일 K1에 전압이 공급되고 후자가 트리거됩니다. 릴레이 K1.1은 전면 접점을 닫고 저항 R1을 통해 권선에 전원을 공급합니다. 접점 전환 시 코일은 커패시턴스 C1에서 전원을 공급받습니다.

전면 접점을 닫은 후 커패시터 C1은 저항 R2를 통해 방전됩니다. S1을 다시 누르면 C1이 충전되어 코일의 전압이 떨어지고 전면 접점이 열리고 후면 접점이 닫힙니다. 수동 부품 R1 및 C1은 150밀리초의 시정수를 갖는 회로를 형성합니다.

옵션 3:

제어 회로는 매우 간단하며 릴레이 자체와 하나의 바이폴라 트랜지스터에 내장되어 있습니다. 버튼을 처음 누르면 커패시터 C1의 방전 전류에 의해 VT1이 잠금 해제되고 장치가 트리거됩니다. 커패시터는 전원에서 분리되고 버튼을 놓으면 다이오드와 저항을 통해 빠르게 방전되기 시작합니다. 이제 버튼을 두 번 누르면 트랜지스터가 닫히고 릴레이가 꺼집니다. 이것이 이 버전에서 자동화 장치가 제어되는 방식입니다.

마이크로컨트롤러를 사용하여 전자기 장치의 제어를 구성해야 하는 경우 갈바닉 절연을 사용하여 마이크로컨트롤러-릴레이 인터페이스의 다음과 같은 아마추어 무선 개발을 조립할 수 있습니다.

프로젝트의 기본은 CNY17-1 칩으로 적외선 LED와 포토트랜지스터로 구성된 전형적인 광커플러입니다. 이 장치는 입력과 출력 사이의 격리를 유지하면서 신호 형태로 정보를 전송할 수 있습니다. 마이크로컨트롤러의 상호 작용과 이러한 체계를 사용한 제어 구현은 매우 간단하게 구축됩니다. 입력은 입력 단자를 통해 선택한 MK 핀에 연결할 수 있습니다. 그러나 극성을 고려해야 합니다. 광 커플러 입력의 논리 1 레벨 (레벨 5V) 상태는 릴레이를 닫고 논리 0은 각각 열립니다. 회로는 거의 모든 12V DC 전원 공급 장치로 전원을 공급받을 수 있으며, 이 버전의 제어 장치에서 저항 R1 \u003d 1KΩ, 12V 릴레이 / 권선 저항이 320Ω 인 경우 약 38mA를 소비합니다.

코일과 병렬로 연결된 다이오드 D1(1N4007, 1N4001)은 트랜지스터가 꺼지는 순간 코일 인덕턴스에 의해 생성된 전자기 펄스로부터 바이폴라 트랜지스터를 보호합니다. C1 100 uF는 션트 커패시터이며 릴레이가 켜지고 꺼질 때 전류 리플을 감쇠시키도록 설계되었습니다.

특정 시간 간격 동안 강력한 부하를 제어한 다음 자동으로 끄는 간단한 회로 선택.

마이크로 컨트롤러의 회로 설계에 종사하는 많은 무선 아마추어는 이들에 핀이 부족한 문제에 직면합니다. 따라서 컨트롤러의 하나의 출력에 여러 기능을 할당하여 이 문제를 해결할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

이 항목은 이미 기사에서 다루었습니다. 두 개의 릴레이로 부하를 제어하고 마이크로컨트롤러의 동일한 출력을 사용하는 새로운 옵션의 다이어그램이 아래 그림에 나와 있습니다.

회로 동작

컨트롤러 초기화 프로그램부터 시작하겠습니다. GP0 핀은 입력으로 구성되어야 합니다. 이 경우 높은 임피던스 상태를 갖게 됩니다. 이 출력 상태를 세 번째 상태라고도 합니다. 핀 7 DD1이 공중에 매달려 있고 옵토커플러의 상태에 영향을 미치지 않는다고 상상할 수 있습니다. 제너 다이오드 VD1, 저항 R1, 옵토커플러 U1 및 U2의 LED, 저항 R2 및 다른 제너 다이오드 VD2로 구성된 직렬 제어 회로에서 이 상태에서는 전류가 흐르지 않습니다. 안정화 전압이 3V인 제너 다이오드(3V + 3V = 6V)의 총 항복 전압이 이 회로에 적용되는 전압 5V보다 크기 때문입니다.

릴레이 P1을 켜려면 출력 GP0을 마이크로 컨트롤러 프로그램의 출력으로 구성하고 0 상태로 두어야 합니다. 따라서 위 회로의 상반부에 5볼트의 공급 전압이 인가됩니다. 이 상황에서 5V는 이미 제너 다이오드 VD1을 열기에 충분하고 트랜지스터를 여는 전류는 옵토 커플러 U1의 LED를 통해 흐르기 시작합니다. 다이어그램에 표시된 130옴의 저항 값으로 약 5mA의 전류가 광커플러 LED를 통해 흘렀습니다. 대부분의 옵토커플러의 경우 이것은 트랜지스터를 완전히 열기에 충분합니다. 광 커플러의 열린 트랜지스터와 저항 R3을 통해 전압이 트랜지스터 VT1의베이스에 적용되기 시작하여 개방으로 이어지고 그에 따라 릴레이 P1이 작동합니다. 어떤 릴레이가 전환될지 생각합니다. 릴레이를 끄려면 컨트롤러 출력을 다시 세 번째 상태로 전환하십시오. 릴레이 P2를 켜려면 마이크로 컨트롤러 GP0의 출력을 정보 출력 상태로 전송하고 논리 "1"을 형성해야 합니다. 컨트롤러 출력 버퍼 트랜지스터는 이제 제어 회로의 위쪽 절반을 단락시키고 +5V 공급이 제어 회로의 아래쪽 절반에 적용됩니다. 다음으로 광 커플러 U2가 작동하고 릴레이 P2가있는 트랜지스터 VT2가 이어집니다. 릴레이를 다시 끄려면 컨트롤러 출력을 다시 세 번째 상태로 전환하십시오.

회로에 사용되는 트랜지스터 유형은 찢어진 릴레이에 따라 다릅니다. 적어도 컬렉터 전류는 릴레이 작동 전류의 2배 ~ 3배여야 합니다. DA1 칩은 적합한 5볼트 전압 조정기일 수 있습니다.