Membangun padatan yang kompak dan berdaya rendah

Relai umum terjadi di banyak rangkaian sakelar di mana pengontrolan (menyalakan atau mematikan) beban AC diperlukan. Tetapi karena karakteristik elektromekanis, relai mekanis memiliki kehidupan sendiri, dan juga hanya dapat mengubah status beban dan tidak dapat melakukan operasi switching lain seperti peredupan atau kontrol kecepatan. Selain itu, relai elektromekanis juga menghasilkan bunyi klik dan percikan tegangan tinggi ketika beban induktif yang besar DIAKTIFKAN atau DIMATIKAN. Anda dapat melihat artikel tentang Cara Kerja Relai untuk mengetahui lebih banyak tentang relai, konstruksinya, dan jenisnya.

Alternatif terbaik untuk relai elektromekanis adalah relai solid-state. Relai solid-state adalah jenis relai berbasis semikonduktor yang dapat digunakan sebagai pengganti relai elektromekanis untuk mengontrol beban listrik. Ia tidak memiliki kumparan dan karenanya tidak membutuhkan medan magnet untuk beroperasi. Ia juga tidak memiliki pegas atau kontak mekanis sehingga tidak ada keausan dan dapat beroperasi pada arus rendah. Relai solid-state yang sering dikenali sebagai SSR ini menggunakan semikonduktor yang mengontrol fungsi ON-OFF beban serta dapat digunakan untuk mengontrol kecepatan motor maupun dimmer. Kami juga telah menggunakan perangkat solid-state seperti TRIAC untuk mengontrol kecepatan motor dan untuk mengontrol intensitas Cahaya beban AC di proyek sebelumnya.

Dalam proyek ini, kami akan membuat Relai Solid-State menggunakan satu komponen dan kami akan mengontrol beban AC dalam operasi 230VAC. Spesifikasi yang digunakan disini terbatas, kami telah memilih beban 2A untuk dioperasikan menggunakan Solid-State-Relay ini. Tujuannya adalah untuk membangun PCB kompak untuk solid state relay yang dapat langsung dihubungkan dan dikendalikan dengan pin GPIO 3.3V Nodemcu atau ESP8266. Untuk mencapai itu kami telah membuat papan PCB kami dari PCBWay dan kami akan merakit dan menguji yang sama dalam proyek ini. Jadi mari kita mulai !!!

Komponen yang Diperlukan untuk Membangun Relai Solid-State

1. Sebuah PCB
2. ACST210-8BTR
3. Resistor 330R ¼ Watt
4. Blok Terminal (300V 5A)
5. 0805 LED dengan warna apapun
6. Resistor 150R

Solid State Relay menggunakan TRIAC - Diagram Sirkuit

Komponen utamanya adalah ACS Triac atau disingkat ACST. Nomor bagian ACST adalah ACST210-8BTR. Namun resistor R1 digunakan untuk menghubungkan mikrokontroler atau rangkaian sekunder (rangkaian kontrol) GND dengan AC Netral. Nilai resistor dapat berupa apa saja di antara 390R-470R atau dapat digunakan lebih sedikit dari itu juga.

Untuk informasi lebih lanjut tentang cara kerja rangkaian, dijelaskan pada bagian di bawah ini. Seperti disebutkan sebelumnya, komponen utamanya adalah T1, ACST210-8BTR. ACST adalah jenis TRIAC dan juga disebut triode untuk arus bolak-balik.

Bagaimana cara kerja ACS TRIAC (ASCT)?

Sebelum memahami cara kerja ACST, penting untuk memahami cara kerja TRIAC. TRIAC adalah komponen elektronik tiga terminal yang mengalirkan arus ke salah satu arah ketika dipicu menggunakan gerbangnya. Jadi itu disebut thyristor triode dua arah. TRIAC memiliki tiga terminal di mana "A1" adalah Anoda 1, "A2" adalah Anoda 2, dan "G" adalah Gerbang. Terkadang, ini juga disebut sebagai Anoda 1 dan Anoda 2 atau Terminal Utama 1 (MT1) dan Terminal Utama 2 (MT2). Sekarang, gerbang TRIAC perlu disediakan sejumlah kecil arus dari sumber AC menggunakan thyristor Opto, misalnya, seperti MOC3021.

Namun, ACST sedikit berbeda dengan TRIAC biasa. ACST adalah jenis TRIAC dari STMicroelectronics tetapi dapat langsung dihubungkan dengan unit mikrokontroler dan dapat dipicu menggunakan sejumlah kecil DC tanpa memerlukan optocoupler. Sesuai lembar data, ACST tidak memerlukan rangkaian snubber apa pun juga untuk 2A Beban Induktif.

Rangkaian diatas merupakan ilustrasi rangkaian aplikasi ACST. Jalur adalah Jalur LIVE dari 230VAC dan jalur Netral dihubungkan dengan pin umum ACST. Resistor gerbang digunakan untuk mengontrol arus keluaran. Namun resistor ini juga dapat digunakan pada jalur Netral dengan ground atau dapat dihilangkan tergantung pada keluaran arus MCU.

Gambar di atas menggambarkan pinout dari ACST. Satu hal yang menarik, terdapat perbedaan antara pinout dengan TRIAC standar dan ACS TRIAC. Pinout TRIAC standar ditampilkan di bawah ini sebagai perbandingan, ini adalah pinout TRIAC BT136.

Seperti yang bisa kita lihat, alih-alih T1 dan T2 (Terminal 1 dan Terminal 2), ACST memiliki pin Out dan Common. Pin bersama harus dihubungkan dengan pin ground mikrokontroler. Jadi, TRIAC tidak bertindak dua arah seperti TRIAC. Beban harus dihubungkan secara seri dengan ACST.

Solid State Relay menggunakan TRIAC - Desain PCB

PCB dirancang dalam ukuran 24mm / 15mm. Heatsink yang memadai disediakan di seluruh ACST menggunakan lapisan tembaga. Namun, Gerber yang diperbarui untuk PCB ini disediakan di tautan di bawah ini. Gerber diperbarui setelah pengujian karena ada beberapa kesalahan desain.

Selama pengujian, ukuran PCB yang sama dengan sirkuit berbeda digunakan di mana ketentuan MOC3021 diberikan tetapi kemudian dihapus di Gerber yang diperbarui.

Desain PCB lengkap termasuk file dan skema Gerber dapat diunduh dari tautan di bawah ini.

• Unduh file Gerber dan Desain PCB untuk Solid State Relay

Memesan PCB dari PCBWay

Sekarang setelah menyelesaikan desain, Anda dapat melanjutkan dengan memesan PCB:

Langkah 1: Masuk ke https://www.pcbway.com/, daftar jika ini pertama kalinya Anda. Kemudian, di tab Prototipe PCB, masukkan dimensi PCB Anda, jumlah lapisan, dan jumlah PCB yang Anda butuhkan.

Langkah 2: Lanjutkan dengan mengklik tombol 'Kutip Sekarang'. Anda akan dibawa ke halaman di mana untuk mengatur beberapa parameter tambahan seperti jenis Papan, Lapisan, Bahan untuk PCB, Ketebalan, dan banyak lagi, kebanyakan dipilih secara default, jika Anda memilih parameter tertentu, Anda dapat memilih itu di sini.

Langkah 3: Langkah terakhir adalah mengunggah file Gerber dan melanjutkan pembayaran. Untuk memastikan prosesnya lancar, PCBWAY akan memverifikasi apakah file Gerber Anda valid sebelum melanjutkan pembayaran. Dengan cara ini, Anda dapat yakin bahwa PCB Anda ramah fabrikasi dan akan menghubungi Anda sesuai komitmen.

Merakit Relai Solid-State

Setelah beberapa hari, kami menerima PCB kami dalam kemasan yang rapi dan kualitas PCB bagus seperti biasa. Lapisan atas dan lapisan bawah papan ditunjukkan di bawah ini.

Karena ini adalah pertama kalinya saya bekerja dengan ACST, segalanya tidak berjalan sesuai rencana seperti yang saya katakan sebelumnya. Saya harus membuat beberapa perubahan. Sirkuit terakhir setelah melakukan semua perubahan ditunjukkan di bawah ini. Anda tidak perlu khawatir tentang perubahan karena perubahan tersebut sudah dibuat dan diperbarui pada file Gerber yang Anda unduh dari bagian di atas.

Memprogram ESP8266 untuk mengontrol Solid-State Relay kami

Kodenya sederhana. Dua pin GPIO tersedia di ESP8266-01. GPIO 0 dipilih sebagai pin tombol dan GPIO 2 dipilih sebagai pin Relay. Saat pin tombol terbaca, jika tombol ditekan maka relay akan berubah status ON atau OFF atau sebaliknya. Namun, untuk operasi bebas masalah, penundaan debounce juga digunakan. Anda dapat mempelajari lebih lanjut tentang beralih debouncing di artikel terkait. Karena kodenya sangat sederhana, kita tidak akan membahasnya di sini. Kode lengkap dapat ditemukan di bagian bawah halaman ini.

Menguji Relay Solid-State kami

Sirkuit ini terhubung dengan ESP8266-01 dengan sumber daya 3.3V. Selain itu, Bulb 100 Watt digunakan untuk tujuan pengujian. Seperti yang Anda lihat pada gambar di atas, saya telah mengaktifkan modul ESP kami dengan modul catu daya papan tempat memotong roti dan menggunakan dua tombol untuk menghidupkan dan mematikan beban kami.

Saat tombol ditekan, Lampu dinyalakan. Kemudian setelah pengujian, saya menyolder modul solid-state relay dan ESP826 ke satu papan untuk mencapai solusi yang ringkas seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Sekarang untuk tujuan demonstrasi, kami telah menggunakan tombol tekan untuk menyalakan beban tetapi dalam aplikasi sebenarnya, kami akan menyalakannya dari jarak jauh dengan menulis program kami sesuai.

Penjelasan lengkap dan video kerja dapat dilihat pada link di bawah ini. Semoga Anda menikmati proyek ini dan mempelajari sesuatu yang berguna, jika Anda memiliki pertanyaan, silakan tinggalkan di bagian komentar di bawah atau gunakan forum kami untuk memulai diskusi tentang ini.