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제 목 42. PIC를 사용한 AC전력 콘트롤러(하드편)
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 PIC를 사용한 AC전력 콘트롤러(하드편)

 옛 스라이닥크와 같은 기능을 가지는 AC전력 콘트롤러
 (을)를 PIC를 사용해 만들어 보았습니다. 하는 김에 시리얼 통신
 그리고 PC로부터도 제어를 할 수 있도록(듯이) 했습니다.


【개요】

 단순한 AC전력 콘트롤러는, 트라이액을 사용해 간단하게 실현될 수 있습니다.
     (AC전력 콘트롤러의 페이지 참조)

이것과 같은 기능을 PIC를 사용해 실현되어 봅시다. PIC를 사용하는 것으로 PC와
시리얼 통신으로 접속해 리모콘도 할 수 있고, 센서를 추가하면,
AC전력을 제어하는 피드백 제어도 가능하게 됩니다.

이 피드백 제어를 이용하면, 땜납 팔뚝의 자동 온도 제어나, 전동
모터등의 속도 제어도 가능해, 응용범위는 넓게 생각됩니다.



전체 외관입니다.
경사가 붙은 케이스에 실장했습니다.



【기본 구성】

(1) AC전력의 제어 방법
  우선 AC100V를 On/Off 할 필요가 있으니까, 이것을 무엇으로 실시할지가 과제
 그렇지만, 위상 제어를 실시하고 싶기 때문에 고속의 변환이 필요하기 때문에 릴레이 등
 (은)는 사용할 수가 없습니다. 여기에서는 일반적인 AC전력 콘트롤러와 같이
 트라이액을 사용하기로 하겠습니다.
 기본의 회로는 밑그림과 같이 T1, T2간의 On/Off 제어를 게이트 전압의 제어로
 실시할 수가 있습니다.




  이 회로로, 게이트에 일순간 전압을 더하고 전류를 흘려 주면(자), T1, T2간이 도통해,
 부하에 대해서 AC100V가 더해집니다. 그리고 AC100V의 전압의 정현파가 0 V를
 횡단할 때, 트라이액은 Off가 됩니다.
  이것을 정현파의 반사이클마다 반복하면, 정현파의 일부가 끊어진 형태의
 밑그림과 같은 교류가 부하에 참가하게 됩니다.
  이 부하에 참가하는 교류의 전력은, 파형의 면적에 비례하기 때문에, On로 한다
 위치를 가변해 주면 전력을 가변할 수가 있습니다.






(2) 절연 방법
 이 트라이액의 게이트를 제어하기 위해서는, T2에 참가하는 전압보다 수V정도
 높은 전압을 더할 필요가 있습니다.
 그러나 T2에 참가하는 전압은, 제어하는 상대가 AC100V 이상 그렇다면, 이것과 같다
 전압을 취급할 필요가 나오게 됩니다.
 따라서, 이 고전압을, DC5V로 동작하는 PIC로부터 제어하기 위해서는 궁리가 필요
 입니다. 즉 전기적으로 절연 할 필요가 있는 것입니다.

 이 절연에는, photo-coupler를 사용합니다. 게다가, 트라이액은 양극성을 가져
 있기 때문에, 이것에 대응할 수 있도록, photo-coupler에 트라이액을 짜넣었다
 포토 트라이액을 사용합니다.
 사용한 것은 토시바의 TLP560라고 하는 포토 트라이액입니다.

 기본 회로는 밑그림과 같이 합니다. 이것으로, PIC로부터 포토 트라이액의 발광
 다이오드를 On 그렇다면, 출력의 트라이액이 제어용 트라이액의 게이트에
 트리거용의 전압을 더할 수가 있습니다. 한층 더 출력이 트라이액인 것에
 보다 , 정현파의 플러스측에서도 마이너스측에서도 똑같이 동작합니다.
 C4와 R5의 직렬 회로는 트라이액이 발생하는 스위칭 잡음을 억제하기 위해(때문에)
 의 모래 바 회로로 불리는 것입니다.






(3) 정현파에의 동기
  다음의 과제는, 위상 제어를 하기 위해서는, 부하의 교류의 정현파에 동기 한 신호
 하지만 필요합니다. 여기에서도 photo-coupler를 이용합니다. 밑그림과 같은 회로를 사용합니다.




 이 회로로로 photo-coupler의 발광 다이오드에 부하의 교류 신호를 흘리면(자), 출력측
 트랜지스터 출력에는, 밑그림과 같은 신호가 나타납니다. 즉, 정현파의 전압이
 일정치 이상 있으면, 트랜지스터는 On가 되어 출력은 0 V가 됩니다만, 교류가
 0 V를 횡단하려면(이것을 제로 크로스라고 부르기) , 발광 다이오드가 소등하기 때문에,
 출력은 5 V가 됩니다. 이것으로, 교류의 제로 크로스의 타이밍에 동기 한 신호를
 얻을 수 있습니다. 게다가 전기적으로 절연 되고 있기 때문에, PIC에 직접 출력을
 접속하는 것이 가능하게 됩니다.
  이 제로 크로스의 펄스 신호를 PIC의 RB0에 가세해 외부 새치기 신호로 합니다.
 이것으로 PIC의 프로그램을 반사이클마다 기동시킬 수가 있게 됩니다.





 그러나, 여기에 하나 문제가 있습니다. 발광 다이오드에 흘리는 전류는 불과
 수mA입니다. 여기에 직접 AC100V를 더하는 것은 조금 위험한 느낌이 듭니다.
 거기서, PIC용의 5 V전원을 공급하기 위해(때문에)공용으로, 전원 트랜스를 사용하는 것에
 했습니다. 이 트랜스로 강압한 교류를 더하기로 하겠습니다.
 PIC용의 전원 회로를 조합해 아래와 같은 회로로 실현되었습니다.
 PIC의 회로에 필요한 전원 용량은 10 mA정도이기 때문에, 작은 전원 트랜스
 그리고 충분해서, 프린트 기판용의 전원 트랜스를 사용하기로 했습니다.




【전체 회로 구성】

 이상과 같은 포인트를 검토한 결과의 최종적인 전체 회로는 밑그림과 같이
되었습니다. 모처럼 PIC를 사용하니까, 액정 표시기와 RS232C, 한층 더
볼륨의 아날로그 입력 회로도 추가해, 여러 가지 놀 수 있도록(듯이) 했습니다.
아날로그 입력에 센서용 유효증폭기 회로를 추가하면, 자동 제어 회로도
이것으로 구성이 가능하게 됩니다.





아래와 같이에 IVEX의 WinDraft와 WinBoard용의 파일이 있습니다. 다운로드해
사용해 주세요.
비트 맵 형식의 패턴도는 적당한 축척으로 인쇄해 사용해 주세요.


★ PIC 활용 AC파워 콘트롤러 회로도와 패턴도

★ PIC 활용 AC파워 콘트롤러 패턴도 BMP 파일




【제어 기판의 외관】

 아래와 같이 사진이 이 제어 기판의 외관입니다. 좌상측으로부터 AC100V가 더해져
전원 트랜스와 그 하부가 5 V용 전원과 동기 신호 작성용 photo-coupler입니다.
위쪽에 f퓨즈와 방열 핀을 붙인 부하 제어용 트라이액, 포토 트라이
악크가 줄지어 있습니다.
중앙이 PIC16F873/876으로, 그 우측이 RS232C의 레벨 컨버터 IC와
DSUB 연결기입니다.
하부에는 위상 가변용의 아날로그 입력 핀, 세라믹 진동자, 표시용의 발광
다이오드가 줄지어 있습니다. PIC의 상부에 있는 연결기는 액정 표시 손재주가 있습니다.




여기서 사용한 부하 제어용 트라이액은, 토시바제의 SM12GZ47로, AC100V로
5 A정도 즉 500 W정도의 부하의 연속 제어가 가능합니다.


【케이스에의 실장과 외관】

AC100V라고 하는 고전압을 취급하므로, 제대로 케이스에 실장합니다. 부하에의
출력은 AC플러그용의 소켓으로서 AC플러그가 그대로 삽입할 수 있도록(듯이)
합니다. 아래와 같이 사진이 케이스에의 실장 상태입니다.


케이스에는 타카치의 TS-1이라고 하는 측정기 타입
의 조금 경사가 붙은 상자를 사용했습니다.
표면에서 조작 표시를 할 수 있도록(듯이) 해, RS232C용의
DSUB 연결기가 측면으로 나오도록(듯이) 했습니다.




배면에는, 출력용의 AC소켓이
있을 뿐입니다.






기판은 직접 샤시에 칼라로 띄워
고정하고 있습니다.
DSUB 연결기가 기판직부이므로
측면으로 직접 나오도록(듯이) 합니다.




액정 표시기는 2 mm의 나사로 직접 패널에
달았습니다. 그리고 기판과의 접속은
연결기로 했으므로, 조금 약간 긴
케이블로 늘리고 있습니다.



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