Construire un solide compact et de faible puissance

Les relais sont courants dans de nombreux circuits de commutation où la commande (mise en marche ou arrêt) d'une charge CA est nécessaire. Mais en raison de la caractéristique électromécanique, un relais mécanique a une autonomie, et il ne peut également que basculer l'état de la charge et ne peut pas effectuer d'autres opérations de commutation comme la gradation ou le contrôle de la vitesse. En dehors de cela, un relais électromécanique produit également des clics et des étincelles à haute tension lorsque d'énormes charges inductives sont activées ou désactivées. Vous pouvez consulter l'article sur le fonctionnement des relais pour en savoir plus sur les relais, leur construction et leurs types.

La meilleure alternative pour un relais électromécanique est un relais à semi-conducteurs. Un relais à semi-conducteurs est un type de relais à semi-conducteurs qui peut être utilisé comme substitut d'un relais électromécanique pour contrôler les charges électriques. Il n'a pas de bobines et n'a donc pas besoin d'un champ magnétique pour fonctionner. Il n'a pas non plus de ressorts ou de contacts mécaniques, donc pas d'usure et peut fonctionner à faible courant. Ces relais à semi-conducteurs souvent reconnus comme SSR utilisent des semi-conducteurs qui contrôlent la fonction ON-OFF de la charge et peuvent être utilisés pour contrôler la vitesse des moteurs ainsi que le gradateur. Nous avons également utilisé un dispositif à semi-conducteurs tel que TRIAC pour contrôler la vitesse du moteur et pour contrôler l'intensité lumineuse d'une charge CA dans des projets précédents.

Dans ce projet, nous fabriquerons un relais à semi-conducteurs en utilisant un seul composant et nous contrôlerons une charge CA en fonctionnement 230VAC. La spécification utilisée ici est limitée, nous avons choisi 2A de charge à utiliser avec ce relais à semi-conducteurs. Le but est de construire un PCB compact pour un relais à semi-conducteurs qui pourrait être directement interfacé et contrôlé avec les broches GPIO 3.3V de Nodemcu ou ESP8266. Pour ce faire, nous avons fabriqué nos cartes de circuits imprimés à partir de PCBWay et nous assemblerons et testerons la même chose dans ce projet. Alors, commençons !!!

Composants requis pour construire un relais à semi-conducteurs

Un PCB
ACST210-8BTR
Résistance 330R ¼ Watt
Bornier (300V 5A)
0805 LED avec n'importe quelle couleur
Résistance 150R

Relais à semi-conducteurs utilisant TRIAC - Schéma de circuit

Le composant principal est l' ACS Triac ou ACST en abrégé. Le numéro de pièce de l'ACST est ACST210-8BTR. Cependant, la résistance R1 est utilisée pour connecter le microcontrôleur ou le circuit secondaire (circuit de commande) GND avec le neutre CA. La valeur de la résistance peut être n'importe quoi entre 390R-470R ou peut être utilisée plus légèrement que cela également.

Pour plus d'informations sur le fonctionnement du circuit, il est décrit dans la section ci-dessous. Comme mentionné précédemment, le composant principal est le T1, ACST210-8BTR. ACST est un type de TRIAC et est également appelé triode pour courant alternatif.

Comment fonctionne un ACS TRIAC (ASCT)?

Avant de comprendre comment fonctionne un ACST, il est important de comprendre comment fonctionne TRIAC. TRIAC est un composant électronique à trois bornes qui conduit le courant dans les deux sens lorsqu'il est déclenché à l'aide de sa grille. C'est ce qu'on appelle un thyristor triode bidirectionnel. TRIAC a trois bornes où "A1" est l'anode 1, "A2" est l'anode 2 et "G" est la porte. Parfois, il est également appelé Anode 1 et Anode 2 ou Terminal principal 1 (MT1) et Terminal principal 2 (MT2) respectivement. Maintenant, la porte d'un TRIAC doit recevoir une petite quantité de courant de la source CA à l'aide d'Opto thyristors, par exemple, tels que MOC3021.

Mais, l'ACST est un peu différent du TRIAC normal. ACST est un type de TRIAC de STMicroelectronics, mais il peut être directement interfacé avec une unité de microcontrôleur et peut être déclenché en utilisant une petite quantité de CC sans avoir besoin d'un optocoupleur. Selon la fiche technique, l'ACST ne nécessite aucun circuit d'amortissement également pour 2A de charge inductive.

Le circuit ci-dessus est une illustration du circuit d'application d'ACST. La ligne est la ligne LIVE du 230VAC et la ligne neutre est connectée à la broche commune de l'ACST. La résistance de grille est utilisée pour contrôler le courant de sortie. Cependant, cette résistance peut également être utilisée dans la ligne neutre avec la terre ou peut être éliminée en fonction de la sortie de courant du MCU.

L'image ci-dessus illustre le brochage de l'ACST. Une chose intéressante est, il y a une différence entre le brochage avec le TRIAC standard et un ACS TRIAC. Un brochage TRIAC standard est montré ci-dessous pour comparaison, il s'agit d'un brochage TRIAC BT136.

Comme nous pouvons le voir, au lieu de T1 et T2 (Terminal 1 et Terminal 2), l'ACST a des broches Out et Common. La broche commune doit être connectée à la broche de masse du microcontrôleur. Ainsi, il n'agit pas aussi bidirectionnel que le TRIAC. La charge doit être connectée en série avec l'ACST.

Relais à semi-conducteurs utilisant TRIAC - Conception de circuits imprimés

Le PCB est conçu dans une taille de 24 mm / 15 mm. Le dissipateur thermique adéquat est fourni à travers l'ACST en utilisant la couche de cuivre. Cependant, le Gerber mis à jour pour ce PCB est fourni dans le lien ci-dessous. Le Gerber est mis à jour après les tests car il y a eu des erreurs de conception.

Pendant le test, le PCB de même taille avec le circuit différent est utilisé lorsqu'une disposition de MOC3021 est donnée mais elle est supprimée plus tard dans le Gerber mis à jour.

La conception complète du circuit imprimé, y compris le fichier Gerber et le schéma, peut être téléchargée à partir du lien ci-dessous.

Téléchargez le fichier Gerber et la conception de circuits imprimés pour relais à semi-conducteurs

Commande de PCB auprès de PCBWay

Maintenant, après avoir finalisé la conception, vous pouvez passer à la commande du PCB:

Étape 1: accédez à https://www.pcbway.com/, inscrivez-vous si c'est votre première fois. Ensuite, dans l'onglet Prototype PCB, entrez les dimensions de votre PCB, le nombre de couches et le nombre de PCB dont vous avez besoin.

Étape 2: Continuez en cliquant sur le bouton «Devis maintenant». Vous serez redirigé vers une page où définir quelques paramètres supplémentaires tels que le type de carte, les couches, le matériau pour PCB, l'épaisseur, etc., la plupart d'entre eux sont sélectionnés par défaut, si vous optez pour des paramètres spécifiques, vous pouvez sélectionner il ici.

Étape 3: La dernière étape consiste à télécharger le fichier Gerber et à procéder au paiement. Pour s'assurer que le processus se déroule sans heurts, PCBWAY vérifie si votre fichier Gerber est valide avant de procéder au paiement. De cette façon, vous pouvez être sûr que votre PCB est facile à fabriquer et vous atteindra comme engagé.

Assemblage du relais à semi-conducteurs

Après quelques jours, nous avons reçu notre PCB dans un emballage soigné et la qualité du PCB était bonne comme toujours. La couche supérieure et la couche inférieure de la planche sont illustrées ci-dessous.

Comme c'était la première fois que je travaillais avec l'ACST, les choses ne se sont pas déroulées comme prévu, comme je l'ai dit plus tôt. J'ai dû faire quelques changements. Le circuit final après avoir effectué toutes les modifications est indiqué ci-dessous. Vous n'avez pas à vous soucier des modifications car elles sont déjà effectuées et mises à jour sur le fichier Gerber que vous avez téléchargé à partir de la section ci-dessus.

Programmation de l'ESP8266 pour contrôler notre relais à semi-conducteurs

Le code est simple. Deux broches GPIO sont disponibles dans ESP8266-01. GPIO 0 est sélectionné comme broche de bouton et GPIO 2 est sélectionné comme broche de relais. Lorsque la broche du bouton est lue, si le bouton est enfoncé, le relais changera d'état ON ou OFF ou vice versa. Cependant, pour un fonctionnement sans problème, un délai anti-rebond est également utilisé. Vous pouvez en savoir plus sur le débouncing des commutateurs dans l'article lié. Comme le code est très simple, nous n'en discuterons pas ici. Le code complet se trouve au bas de cette page.

Test de notre relais à semi-conducteurs

Le circuit est connecté à l'ESP8266-01 avec une source d'alimentation de 3,3 V. En outre, une ampoule de 100 watts est utilisée à des fins de test. Comme vous pouvez le voir dans l'image ci-dessus, j'ai alimenté notre module ESP avec un module d'alimentation de planche à pain et utilisé deux boutons pour allumer et éteindre notre charge.

Lorsque le bouton est enfoncé, la lumière est allumée. Plus tard, après les tests, j'ai soudé le relais à semi-conducteurs et le module ESP826 sur une seule carte pour obtenir une solution compacte comme indiqué ci-dessous. Maintenant, à des fins de démonstration, nous avons utilisé un bouton poussoir pour allumer la charge mais dans l'application réelle, nous l'allumerons à distance en écrivant notre programme en conséquence.

L'explication complète et la vidéo de travail peuvent être vues dans le lien ci-dessous. J'espère que vous avez apprécié le projet et appris quelque chose d'utile, si vous avez des questions, laissez-les dans la section commentaires ci-dessous ou utilisez nos forums pour lancer une discussion à ce sujet.