Болл С.Р. Аналоговые интерфейсы микроконтроллеров (2007) (1264220), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Соленоиды 6.1Л. Реле Реле — устройство для замыкания и размыкания электрической цепи. Оно состоит из обмотки и одной или нескольких групп контактов. Различают группы нормально-разомкнутых, нормально-замкнутых и переключающих контактов. Когда на обмотку реле подается напряжение источника питания, контакт соответственно замыкается, размыкается или переключается: подобно механическим ключам. " ! унция = 283 г, ! фунт = 453 г. (Притт. науч. ред] Солеиоид — это электромагнит, приводящий в движение какой-либо механизм, например плунжер. Соленоиды используются для защелкивания зашитных кожухов так, чтобы те не могли открыться во время работы станка, или для открывания дверей вашего автомобиля с пульта дистанционного управления. Соленоиды применяются для открытия и закрытия клапанов в промышленных процессах или для управления движением магнитной головки, например в 2-координатном графопостроителе.
Соленоиды бывают самых разных размеров, способные создавать самые различные усилия от унций до нескольких фунтов". Сушествует две основные разновидности соленоидов: постоянные и импульсные. Постояниые соленоиды спроектированы так, чтобы во включенном состоянии через них постоянно протекал определенный ток. Такие соленоиды могут применяться, например, для удержания защитного кожуха. Импульсный соленоид открывает двери вашего автомобиля. Импульсный соленоид переключается импульсами разной полярности и перегреется, если по нему будет протекать номинальный ток. Поскольку для импульсного соленоида не предусмотрен режим постоянной работы, соленоид можно изготовить меньшего размера. 180 ° Глава 6.
Соленоиды, реле и другие иснолннтсльныс устройства 6.1.2. Интерфейс соленоидов и реле Несмотря на то что данный раздел посвящен только реле, все перечисленное можно применить и к соленоидам. На Рис. 6.1а показан пример подключения реле к микропроцессору. Всего один бит необходим для включения или выключения реле. На рисунке изображен и-р-и-транзистор, соединенный с одним битом норта микропроцессора; вместо биполярного н-р-н-транзистора можно также использовать МОП-транзистор. В отдельных микропроцессорах предусмотрены выходы с повышенным током нагрузки, как правило, 25 мА, вместо типовых токов, на порядок меньших, достаточным для включения реле, если, конечно, реле рассчитано на то же напряжение, что и микропроцессор.
Нормально замкнугыи ьу контакт Нормально- разомкнутый контакт Входной сигнал Выходное напряжение ~~ Реле +ч ции +ч Ч,напряжение на коллекторе оно чс Вход ВРемя аыклачения значительно бсдьш, чем а схеме без гашения импульса ЗДС Нормально за у ый +ч контакт Нормально-ч . Разомкнутый контакт Выход Входной сиги ал ч Выходное напряжен не )~ Реле б) н ВВ Чс ьч Ч,напряжение на коллекторе ВНР Вход рис. 6.д Подключение реле б.д Соленоиды ° 181 Время выключения больше, чем всхемебезгашения импульса ЭДС, но меньше, ЧЕМ В СХЕМЕ С ОДНИМ ДИОДОМ замкнутыи контакт Нормапьноразомкнутый контакт Выход Г Входноа сигнал Выходное напряжение +ч ~ Реле ч Че,напряжение на коллекторе ВНО ус Импульс ЭДС ограничен донапряжения +Чч напряжение срабатывания стабилитрона Рис. б.2.
Использование стабилитрона а испи подавления импульса самоиндукции лдя ускорения срабатывания реле Поскольку для электрической цепи обмотка реле или соленоида представляет собой индуктивность, при запирании управляющего транзистора возбуждается значительная ЭДС самоиндукции обратной полярности. Это напряжение может достигать значительного уровня, под действием которого протекает ток обратной полярности, что может привести к пробою транзистора. На Рис. 6.16 показано применение диода, не пропускающего ток обратной полярности к коллектору транзистора. Когда транзистор открывается, включая реле, диод смешается в обратном направлении.
При закрьпии транзистора, импульс напряжения появляется на нижнем на схеме полюсе катушки (соединенном с коллектором транзистора). Как только напряжение достигает 0.6В, диод открывается и пропускает ток, отсекая на этом уровне выброс напряжения. Следует учитывать два обстоятельства при применении гасящего диода. Во-первых, энергия магнитного поля, запасенная в катушке, не может пропасть бесследно.
Она рассеивается при протекании тока через диод. В результате в цели питания возникает импульс помехи Поэтому в цепи пизания реле должна быть включена емкость фильтра достаточной величины (десятки мкФ). Если реле находится на большом расстоянии от блока питания, возможно появление импульса помехи и на общем проводе (земля) устройства.
Вторая проблема состоит в увеличении задержки срабатывания реле. 182 ° Глава 6. Соленоиды, реле и другие исполнительные устройства На Рис. 6.2 показано, как использовать стабилитрон для ускорения работы реле. Когда транзистор открывается, и реле срабатывает, диод не пропускает ток через стабилитрон. При запирании транзистора и появлении импульса самоиндукции, диод смещен в прямом направлении, а стабилитрон — в обратном. В результате напряжение на коллекторе транзистора устанавливается на уровне, равном напряжению стабилизации стабилитрона плюс напряжению прямого смещения диода. Естественно, результирующее напряжение должно быть ниже напряжения пробоя транзистора.
Типичные значения времен включения обычного реле при применении гасящего диода и стабнлитрона сведены в таблицу: Приведенное время задержек — от момента отключения катушки реле до момента размыкания контактов. Можно заметить, что чем выше допускается пик обратного напряжения, тем быстрее размыкаются контакты реле.
Для гашения импульса самоиндукции катушки реле также может быть применен двунаправленный стабилитрон Тгапсогд, стабилизирующий положительные и отрицательные напряжения на уровнях, определяемых его спецификацией (можно выбрать требуемый по схеме из предлагаемого ряда). ТгапгогЬ позволяет гасить импульсы большей энергии. При применении Тгапхогб нет необходимости в дополнительном диоде.
6.1.3. Включение/удержание реле Чтобы переключить контакт из одного положения в другое, на реле должен быть подан достаточно большой ток. Однако для удержания реле необходим гораздо меньший ток, порядка 50% от тока переключения. Во многих случаях для управления реле можно пользоваться блоком питания меньшей мощности. К тому же снижение тока удержания позволяет ускорить процесс размыкания реле, поскольку в реле запасается меньшая энергия. На Рис. 6.3а показан простой метод снижения тока удержания. Электролитический конденсатор с резистором подключены последовательно с коллектором транзистора и обмоткой реле. Когда транзистор открывается, б.1. Соленоиды ° 183 незаряженный электролитический конденсатор ведет себя как элемент с малым внутренним сопротивлением, пропуская через катушку полный ток. В ходе зарядки конденсатора, ток через катушку спадает до уровня, устанавливаемого резистором.
У данной схемы два недостатка. Во-первых, емкость конденсатора должна быть довольно большой. Во-вторых, резистор рассе вает значительную мощность вхолостую, и к тому же, нагревается. На Рис. 6.36 показан другой метод выполнения цепи удержания половинного тока. Для данного метода потребуется задействовать два независимых вывода микропроцессора. Вывод 2 (включение) переводится в ВЫСОКИЙ логический уровень, включая реле. После короткой задержки, выполненной программно, вывод 2 переводится в НИЗКИЙ, а вывод 1 (удержание) в ВЫСОКИЙ. В результате устанавливается меньший ток удержания. В данной схеме нет надобности в емкости, однако все еще требуется задействовать резистор и два вывода микропроцессора, а также дополнительное ПО.
На Рис. 6.3в показано, как управлять реле с помощью прерывания тока, используя ШИМ. Вывод (ВКЛ.) устанавливается в ВЫСОКИЙ для включения реле. После некоторой задержки, выполненной программно, в ВЫСОКИЙ переводится вывод НОЬЕ) (Удержание). Ток реле теперь меньше благодаря усреднению по времени при работе ШИМ.
Если длительность импульсов высокого уровня равна длительности низкого уровня, то есть рабочий цикл (коэффициент заполнения) равен 50%, то ток удержания реле составит половину тока включения. Другая реализация данного метода может быть выполнена при испольювании мироконтроллера с встроенной ШИМ (Рис. 6.3г). Вы включаете реле транзистором, подключенным к выводу ШИМ. Для замыкания реле вы устанавливаете коэффициент заполнения ШИМ 90% или даже 100%, что соответствует отсутствию режима ШИМ.
После того, как реле замкнется, вы снижаете коэффициент заполнения до 50% для снижения тока удержания. На Рис. 6.3д показано, как для выполнения функции удержания могут быть применены два р-п-р-транзистора, питающихся от двух напряжений питания +Ч! и +Ч2. Для включения реле вывод 1 процессора переводится в ВЫСОКИЙ, и транзистор ЧТ2 открывается, подавая напряжение Ч2 на реле. После того, как реле замкнулось, вывод 2 переводится в ВЫСОКИЙ, а вывод ! в НИЗКИЙ. Примечание.
Ч2 должно быть выше, чем Ч1. Например, Ч2 может составлять 12 В, а Ч! — 6 или 8 В. Заметим, что транзисторы в этой цепи должны управяяться от процессора, способного работать в диапазоне двух уровней питаюшего напряжения. 184 ° Глава 6. Соленоиды, реле и другие исполнительные устройства Нормально. замкнутый канюку Нормалыю- замкнугый контакг Нормзльно- аамкнугый контакт Нормзньноразомкнугый контакт Нормалчо. разомкнутый контакт Нормально- разомкнутый контакт Вход 2 Включение И! Вход! НО)О (Удержание) Вход б) а) Нормальноэамкнугый конга кт е) Нормзльно- замкнупий контакт Нормально.
разомкнутый контакт Нормальнорззомкнугый кснгакг ьЧ Вход 01 Вход! Включение ...г — 3 но )ЛЛЛЛЛЛ (Удержание) Вход 2 НО(О (Удержание) Ч!3 р-и-р) чу1 Рис. бый Включение/удержание !! НО)О (Удержание) тактовые импульсы 2 ГГУКУЗУКС Вюг. Удержзние о о о о 1 1 Результат Реле открыто Реле открыто Включение Импульсное удержзнне б.2 Нагревательные элементы ° 185 Наконец, можно обеспечить удержание реле без специальных функций задержки, если использовать реле с несколькими группами контактов. Одну группу можно использовать по прямому назначению, а дополнительную — для переключения режимов включения и удержания'у. Преимущество данного метода — в обеспечении корректного времени в любом случае, поскольку схема не перейдет в режим удержания до тех пор, пока не замкнется основная группа контактов.
6.2. Нагревательные элементы Нагревательные элементы обычно подключаются подобно соленоиду, например, с использованием транзистора. Большая часть нагревателей имеет незначительную индуктивность, в результате чего отпадает необходимость в гасящем диоде. В большинстве случаев нагревательные приборы оснащаются петлей обратной связи с датчиком температуры, прикрепляемом в области нагрева. На Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
