Construindo um sólido compacto e de baixo consumo de energia

Os relés são comuns em muitos circuitos de comutação onde é necessário controlar (ligar ou desligar) uma carga CA. Mas, devido à característica eletromecânica, um relé mecânico tem vida própria, e também pode apenas alternar o status da carga e não pode realizar outras operações de chaveamento como escurecimento ou controle de velocidade. Além disso, um relé eletromecânico também produz sons de clique e faíscas de alta tensão quando grandes cargas indutivas são LIGADAS ou DESLIGADAS. Você pode verificar o artigo sobre Trabalho de relés para saber mais sobre relés, sua construção e tipos.

A melhor alternativa para um relé eletromecânico é um relé de estado sólido. Um relé de estado sólido é um tipo de relé baseado em semicondutor que pode ser usado como um substituto para um relé eletromecânico para controlar cargas elétricas. Não tem bobinas e, portanto, não precisa de um campo magnético para operar. Ele também não tem molas ou contatos mecânicos, portanto, não apresenta desgaste e pode operar com baixa corrente. Este relé de estado sólido freqüentemente reconhecido como SSR usa semicondutores que controlam a função ON-OFF da carga, bem como pode ser usado para controlar a velocidade dos motores e também do dimmer. Também usamos um dispositivo de estado sólido como o TRIAC para controlar a velocidade do motor e controlar a intensidade da luz de uma carga CA em projetos anteriores.

Neste projeto, faremos um Relé de Estado Sólido usando um único componente e controlaremos uma carga AC em operação 230VAC. A especificação usada aqui é limitada, escolhemos 2A de carga para ser operado usando este relé de estado sólido. O objetivo é construir um PCB compacto para um relé de estado sólido que possa ser conectado e controlado diretamente com os pinos GPIO de 3,3 V do Nodemcu ou ESP8266. Para isso, fabricamos nossas placas de PCB da PCBWay e iremos montar e testar as mesmas neste projeto. Então vamos começar !!!

Componentes necessários para construir um relé de estado sólido

1. Um PCB
2. ACST210-8BTR
3. Resistor 330R ¼ Watt
4. Bloco Terminal (300 V 5 A)
5. 0805 LED com qualquer cor
6. Resistor 150R

Relé de estado sólido usando TRIAC - Diagrama de circuito

O componente principal é o ACS Triac ou ACST para breve. O número da peça do ACST é ACST210-8BTR. No entanto, o resistor R1 é usado para conectar o microcontrolador ou circuito secundário (circuito de controle) GND com o neutro CA. O valor do resistor pode ser qualquer coisa entre 390R-470R ou pode ser usado um pouco mais do que isso também.

Para obter mais informações sobre o funcionamento do circuito, ele é descrito na seção abaixo. Conforme mencionado anteriormente, o componente principal é o T1, ACST210-8BTR. ACST é um tipo de TRIAC e também é chamado de triodo para corrente alternada.

Como funciona um ACS TRIAC (ASCT)?

Antes de entender como funciona um ACST, é importante entender como funciona o TRIAC. TRIAC é um componente eletrônico de três terminais que conduz corrente em qualquer direção quando acionado por meio de sua porta. Portanto, é chamado de tiristor triodo bidirecional. O TRIAC tem três terminais onde "A1" é o ânodo 1, "A2" é o ânodo 2 e "G" é o portão. Às vezes, ele também é conhecido como Ânodo 1 e Ânodo 2 ou Terminal Principal 1 (MT1) e Terminal Principal 2 (MT2), respectivamente. Agora, a porta de um TRIAC precisa receber uma pequena quantidade de corrente da fonte CA usando tiristores Opto, por exemplo, como o MOC3021.

Mas, o ACST é um pouco diferente do TRIAC normal. ACST é um tipo de TRIAC da STMicroelectronics, mas pode ter interface direta com uma unidade de microcontrolador e pode ser disparado usando uma pequena quantidade de CC sem a necessidade de um optoacoplador. De acordo com a ficha técnica, o ACST não requer nenhum circuito de amortecimento também para 2A de carga indutiva.

O circuito acima é uma ilustração do circuito de aplicação do ACST. A linha é a linha VIVA do 230VAC e a linha neutra é conectada com o pino comum do ACST. O resistor de porta é usado para controlar a corrente de saída. No entanto, este resistor também pode ser usado na linha neutra com o terra ou pode ser eliminado dependendo da saída de corrente MCU.

A imagem acima ilustra a pinagem do ACST. Uma coisa interessante é que há uma diferença entre a pinagem com o TRIAC padrão e um ACS TRIAC. Uma pinagem TRIAC padrão é mostrada abaixo para comparação, é uma pinagem TRIAC BT136.

Como podemos ver, em vez de T1 e T2 (Terminal 1 e Terminal 2), o ACST tem pinos Out e Common. O pino comum precisa ser conectado ao pino terra do microcontrolador. Portanto, não está atuando tão bidirecionalmente quanto o TRIAC. A carga deve ser conectada em série com o ACST.

Relé de estado sólido usando TRIAC - Projeto PCB

O PCB é projetado no tamanho de 24 mm / 15 mm. O dissipador de calor adequado é fornecido através do ACST usando a camada de cobre. No entanto, o Gerber atualizado para este PCB é fornecido no link abaixo. O Gerber é atualizado após o teste porque houve alguns erros de design.

Durante o teste, o mesmo tamanho de PCB com o circuito diferente é usado onde uma provisão de MOC3021 é fornecida, mas é posteriormente removida no Gerber atualizado.

O projeto completo da PCB, incluindo o arquivo Gerber e o esquema, pode ser baixado do link abaixo.

• Baixe o arquivo Gerber e o projeto PCB para relé de estado sólido

Solicitando PCB da PCBWay

Agora, depois de finalizar o design, você pode prosseguir com o pedido do PCB:

Passo 1: Acesse https://www.pcbway.com/, inscreva-se se esta for a sua primeira vez. Em seguida, na guia Protótipo de PCB, insira as dimensões de seu PCB, o número de camadas e o número de PCB que você precisa.

Passo 2: Continue clicando no botão 'Citar Agora'. Você será levado a uma página onde definir alguns parâmetros adicionais como o tipo de placa, camadas, material para PCB, espessura e mais, a maioria deles são selecionados por padrão, se você está optando por quaisquer parâmetros específicos, você pode selecionar isso aqui.

Etapa 3: A última etapa é fazer o upload do arquivo Gerber e prosseguir com o pagamento. Para ter certeza de que o processo está tranquilo, a PCBWAY verifica se o seu arquivo Gerber é válido antes de prosseguir com o pagamento. Dessa forma, você pode ter certeza de que seu PCB é amigável para a fabricação e chegará até você quando estiver comprometido.

Montagem do Relé de Estado Sólido

Depois de alguns dias, recebemos nosso PCB em um pacote elegante e a qualidade do PCB estava boa como sempre. A camada superior e a camada inferior da placa são mostradas abaixo.

Como esta foi a primeira vez que trabalhei com o ACST, as coisas não correram conforme o planejado, conforme eu disse antes. Tive que fazer algumas mudanças. O circuito final após fazer todas as alterações é mostrado abaixo. Você não precisa se preocupar com as alterações, porque elas já foram feitas e atualizadas no arquivo Gerber que você baixou da seção acima.

Programando ESP8266 para controlar nosso Relé de Estado Sólido

O código é simples. Dois pinos GPIO estão disponíveis no ESP8266-01. GPIO 0 é selecionado como um pino de botão e GPIO 2 é selecionado como o pino de relé. Quando o pino do botão é lido, se o botão for pressionado, o relé mudará o estado ON ou OFF ou vice-versa. No entanto, para uma operação sem problemas, um atraso de depuração também é usado. Você pode aprender mais sobre o switch debouncing no artigo vinculado. Como o código é muito simples, não o discutiremos aqui. O código completo pode ser encontrado no final desta página.

Testando nosso Relé de Estado Sólido

O circuito é conectado ao ESP8266-01 com uma fonte de alimentação de 3,3V. Além disso, uma lâmpada de 100 watts é usada para fins de teste. Como você pode ver na imagem acima, alimentei nosso módulo ESP com um módulo de alimentação de placa de ensaio e usei dois botões para ligar e desligar nossa carga.

Quando o botão é pressionado, a luz é ligada. Mais tarde, após o teste, soldei o relé de estado sólido e o módulo ESP826 em uma única placa para obter uma solução compacta, conforme mostrado abaixo. Agora, para fins de demonstração, usamos um botão de pressão para ligar a carga, mas no aplicativo real, vamos ligá-la remotamente escrevendo nosso programa de acordo.

A explicação completa e o vídeo de trabalho podem ser vistos no link abaixo. Espero que você tenha gostado do projeto e aprendido algo útil. Se você tiver alguma dúvida, deixe-as na seção de comentários abaixo ou use nossos fóruns para iniciar uma discussão sobre isso.