用微控制器控制交流電源

我們只會(huì)在這里使 AC 波形變暗。請(qǐng)注意，這是一個(gè)臨時(shí)設(shè)備，因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)為僅控制電阻負(fù)載，就像大多數(shù)烤箱一樣。電容性和電感性負(fù)載需要進(jìn)行一些細(xì)微的修改（添加緩沖器組件），此處不予介紹，但可以在線和組件數(shù)據(jù)表中獲取相關(guān)信息。緊湊型熒光燈 (CFL) 的外殼內(nèi)有一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的電子鎮(zhèn)流器電路，與交流調(diào)光器根本不兼容。

處理高壓時(shí)需要注意以下幾點(diǎn)：
? 不要將高壓連接到面包板。電線松動(dòng)或意外接觸/插入面包板上錯(cuò)誤的孔的風(fēng)險(xiǎn)是不值得的。不過(guò)，將組件焊接到 perfboard 應(yīng)該可以進(jìn)行原型制作。
? 連接電源時(shí)放開(kāi)手。如果你必須用你的萬(wàn)用表測(cè)量高壓，不要用手把探針?lè)旁陔娐钒迳希贿B接鱷魚夾并遠(yuǎn)程操作設(shè)備。更好的是，使用白熾燈泡作為測(cè)試負(fù)載，并使用電涌保護(hù)器開(kāi)關(guān)遠(yuǎn)程打開(kāi)設(shè)備。
? 重要的是，對(duì)此要聰明。如果您不知道自己在做什么或做起來(lái)不舒服，請(qǐng)尋求幫助并找人幫忙。AAC 論壇和本地黑客空間是可以利用的重要資源。
系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)
一個(gè)完整的烤箱控制器由幾個(gè)部分組成：

電烤箱系統(tǒng)流程圖

我們只會(huì)在這里使 AC 波形變暗。請(qǐng)注意，這是一個(gè)臨時(shí)設(shè)備，因?yàn)樗辉O(shè)計(jì)為僅控制電阻負(fù)載，就像大多數(shù)烤箱一樣。電容性和電感性負(fù)載需要進(jìn)行一些細(xì)微的修改（添加緩沖器組件），此處不予介紹，但可以在線和組件數(shù)據(jù)表中獲取相關(guān)信息。緊湊型熒光燈 (CFL) 的外殼內(nèi)有一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的電子鎮(zhèn)流器電路，與交流調(diào)光器根本不兼容。
實(shí)現(xiàn)交流控制器的一種非常常見(jiàn)的方法是使用固態(tài)繼電器。這些允許烤箱完全打開(kāi)或完全關(guān)閉，并且可以脈沖信號(hào)以獲得近似溫度（通俗地稱為 BANG-BANG 控制）。世界上大量的控制系統(tǒng)在 BANG-BANG 控制器上運(yùn)行得非常好，但它們既不優(yōu)雅也不易于實(shí)現(xiàn)。然而，大多數(shù)固態(tài)繼電器內(nèi)部都有一個(gè)稱為 TRIAC 的設(shè)備，可以作為獨(dú)立設(shè)備訂購(gòu)。正如羅伯特在他的文章中提到的那樣，它本質(zhì)上是晶閘管的雙向延伸，或者可以看作是雙向傳導(dǎo)電流的固態(tài)開(kāi)關(guān)。

固態(tài)繼電器。砰砰，寶貝！

不像 SSR 那樣華而不實(shí)，但我們的 TRIAC 做了一些超酷的事情

這個(gè)烤箱控制器的整個(gè)想法是使用 TRIAC 來(lái)實(shí)現(xiàn)所謂的交流相位控制。如果您等待 AC 波形過(guò)零并在稍后的某個(gè)已知時(shí)間打開(kāi) TRIAC，您將得到一個(gè)輸出波形，該波形在 TRIAC 處于活動(dòng)狀態(tài)時(shí)保持與原始波形相同的頻率和幅度。這限制了終端設(shè)備的功率，有效地調(diào)暗了它。存在其他調(diào)光方法，如波包控制（一種同步 BANG-BANG 范例；抱歉沒(méi)有 EN WikiPedia），但它們超出了本項(xiàng)目的范圍。

來(lái)自Andy ’s Workshop的交流相位控制示例

插頭、端子和外殼
安全和便宜是這里的游戲名稱，所以做這件事的首要任務(wù)是選擇一個(gè)合理的圍欄。我得到了一個(gè)便宜的帶蓋塑料桶，并為自己和周圍的人寫了一個(gè)漂亮而可怕的警告標(biāo)簽。插頭的孔可以在側(cè)面切割或鉆孔，但需要注意防止材料開(kāi)裂。

我選擇了調(diào)光器的插頭和插座接口。在交流電源側(cè)，我使用了一個(gè) 10A IEC 插頭，帶有一個(gè)集成保險(xiǎn)絲座（我必須自己采購(gòu)保險(xiǎn)絲）和一個(gè)電源開(kāi)關(guān)，就像這個(gè)：

帶集成保險(xiǎn)絲座和開(kāi)關(guān)的 10A IEC 插頭

它負(fù)責(zé)過(guò)流保護(hù)，讓我無(wú)需拔下電纜即可關(guān)閉整個(gè)設(shè)備。在烤面包機(jī)方面，我剛剛瀏覽了當(dāng)?shù)氐奈褰鸬辏l(fā)現(xiàn)了這個(gè)：

單防篡改插座

這是一個(gè)擰入外殼的防篡改插座。我不想將高壓線直接焊接到我的電路板上，所以我得到了一個(gè)六位螺絲接線端子。這些位置用于 MAINS_L、MAINS_N、OVEN_L、OVEN_N 和兩條電源地線。我還使用了這些接線端子中的一個(gè)來(lái)連接盒子外的四根微控制器電線。有點(diǎn)矯枉過(guò)正，但這就是我手頭的東西。

隔離式過(guò)零檢測(cè)器

當(dāng)使用低壓設(shè)備控制或測(cè)量高壓電路時(shí)，在兩側(cè)之間采用某種電流隔離始終是個(gè)好主意；這可以通過(guò)電感、光學(xué)或電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有一些其他的隔離方法，但這些是主要的。
Robert 的TRIAC 控制器和過(guò)零檢測(cè)器使用墻上的變壓器在與其交互之前將電源降壓到更安全的 12V。該應(yīng)用使用光隔離器來(lái)隔離高電壓和低電壓，其優(yōu)點(diǎn)是比笨重的變壓器更輕、更緊湊。與其他一些方法相比，它們對(duì)快速信號(hào)變化的反應(yīng)很慢，但在像我們的應(yīng)用程序這樣的亞千赫茲速度下，這并不重要。

這個(gè)電路是從這里精心借來(lái)的。作者在詳細(xì)解釋電路方面做得非常出色，但快速總結(jié)如下：首先對(duì)電源波形進(jìn)行濾波和整流。它的電壓被分壓，然后為 10uF 電容充電。當(dāng)分壓電壓低于電容器上的電壓時(shí)，比較器晶體管導(dǎo)通，激活光隔離器。輸出有一個(gè)集電極開(kāi)路，這意味著您可以在您的微控制器支持的任何 VCC 下操作它。我的穿孔板電路如下所示：

令人滿意的對(duì)稱電路

我用修改過(guò)的電源線和浪涌保護(hù)器對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行了獨(dú)立于電路板其余部分的測(cè)試。疊加在交流正弦波上的過(guò)零檢測(cè)器波形應(yīng)如下所示（我使用降壓變壓器來(lái)拍攝?？丛谏系鄣姆萆?，不要將電源連接到示波器！）：

TRIAC 驅(qū)動(dòng)器和隔離驅(qū)動(dòng)電路

接下來(lái)是 TRIAC 和隔離驅(qū)動(dòng)電路。我之前提到過(guò)Andy Brown 的教程。我調(diào)整了他的 TRIAC 保護(hù)和驅(qū)動(dòng)器電路以在美國(guó)這里的 120VAC 下工作，并按照他的散熱考慮選擇散熱器。我們使用的 TRIAC 是BTA312。我們使用另一個(gè)光隔離器來(lái)驅(qū)動(dòng)稱為MOC310M的 TRIAC ，它需要 30 到 60mA 的電流才能打開(kāi)。大多數(shù)微控制器不適合提供這種電流，因此我們使用通用 NPN 晶體管來(lái)提供它。
原理圖如下所示：

VR1 是一個(gè)變阻器。它用作過(guò)壓保護(hù)，以防交流線路出現(xiàn)尖峰。C3 是用于發(fā)射抑制的 275VAC 薄膜帽。那個(gè)可以被認(rèn)為是可選的。MOC310驅(qū)動(dòng)板電路如下：

散熱器、TRIAC、變阻器、濾波器蓋和螺絲端子都位于與驅(qū)動(dòng)器分開(kāi)的主板上。一旦一切都通過(guò)標(biāo)題連接到板上，它應(yīng)該看起來(lái)像這樣：

我使用主板角上的安裝孔將其連接到外殼上。一旦一切都放在一起，你會(huì)得到這個(gè)：

現(xiàn)在你應(yīng)該準(zhǔn)備好開(kāi)始了！正確連接電線（此頁(yè)面很有幫助），將 VCC 和 GND 連接到面包板電源，然后撥動(dòng)電源開(kāi)關(guān)。如果您向 TRIAC_ACTIVE 線路施加 3.3V 電壓，您應(yīng)該在另一端獲得 100% 的功率。