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pic单片机控制双向可控硅调节交流电压的电路设计
由于项目需要根据光照传感器采集到的光照强度或上位机的指令调节交流灯泡的亮度。最好的方式便是调节供电的交流电压。参考了许多资料,最后决定采用采集交流信号的同步信号,并根据此交流信号输出延时脉冲控制可控硅导通角的方式进行交流调压。
交流电压过零点信号提取
图1交流同步信号提取
如上图1所示,左侧为两个30K/2W的电阻,这样限制输入电流为:220V/60K=,由于该路仅仅是为了提取交流信号,因此小电流输入即可。整流桥芯片采用小功率(2W)的KBP210,之后接入一个光耦(P521),这样如图1整流后信号电压值超过光耦前段二极管的导通电压时,即产生一次脉冲,光耦右侧为一上拉电路,VCC为单片机供电电压:+。光耦三极管导通时,输出低电平,关闭时输出高电平。输出同步信号如上图1同步信号。
PIC单片机的输入信号及输出脉冲
图2单片机的输入同步信号及输出脉冲
如上图2所示,采集到的同步信号进入PIC单片机的一个数值I/O口,作为外部中断的触发信号,每触发一次,单片机进一次中断,然后人为定义一个延时,一定导通角后输出可控硅触发信号,延时时间越长(注意应小于半个周期的时间:10ms),一个周期内的导电时间越短,即输出电压平均值越小,灯泡越暗。
双向可控硅驱动电路
图3双向可控硅驱动电路
如上图3所示,PIC单片机的数字输出口DO,输出触发信号。此处考虑到单片机引脚的输出电流有限,电路用单片机引脚输出触发三极管,控制电路的通断。(此处电路可考虑进一步精简,如单片机引脚串联一小电阻:200Ω,直接驱动光耦可控硅)触发信号为高电平时,光耦可控硅MOC3021基极触发已承受压降的集电极和发射极导通,使用一30K/2W的电阻限制双向可控硅TLC336A的基极电流最大为:220V/30K=。当交流电压反向时,光耦可控硅和可控硅均关断,直到接收到一个新的触发高电平才导通。
备注
可控硅TLC336A两端可以考虑并联一个开关,作为灯泡的手动开启开关。
关于所用的三极管:C9013
NPN型三极管:NPN型,当B与E之间电压Vbe>时,如果三个管脚电压关系是Vc>Vb>Ve,则会处於放大状态;如果是Vb>Vc>Ve则会处於饱和状态(相当於开关);如果此时Ve>Vc则仍会处於截止状态.
由于低频时β1和β的数值相差不大,所以有时为了方便起见,对两者不作严格区分,β值约为20到200。三极管是一种电流放大器件,但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用,通过电阻转变为电压放大作用。
Uce大于1V时,,三极管工作于放大区,即Ic与Ib成正比,比例系数为β。
数字电路中BJT一般工作在饱和区和截止区。表示开关状态
模拟电路中BJT一般工作在放大区。
关于所用光耦双向可控硅:
之前调试时使用的MOC3041,电路调试无法通过。
MOC3041比MOC3021多了一个功能:zerovoltagecrossing,不适用该电路。
过零光耦只能在过零点附近施加信号导通,当超过零点一定角度后就无法触发了。不过零的想在哪触发都行。
使用上的区别为过零触发与随机触发两种情况。过零触发应用于不需要移相调整的电路或当中。比如功能单一的开关功能,过零触发可以最大程度的消除干扰。随机触发主要用于移相控制电路,如调光调速等改变导通角的驱动应用当中。两者在一定的程度上不能替代使用。