用微控制器控制交流电源

处理高压时需要注意以下几点：

• 不要将高压连接到面包板。电线松动或意外接触/插入面包板上错误的孔的风险是不值得的。不过，将组件焊接到 perfboard 应该可以进行原型制作。

• 连接电源时放开手。如果你必须用你的万用表测量高压，不要用手把探针放在电路板上；连接鳄鱼夹并远程操作设备。更好的是，使用白炽灯泡作为测试负载，并使用电涌保护器开关远程打开设备。

• 重要的是，对此要聪明。如果您不知道自己在做什么或做起来不舒服，请寻求帮助并找人帮忙。AAC 论坛和本地黑客空间是可以利用的重要资源。

系统级设计

一个完整的烤箱控制器由几个部分组成：

电烤箱系统流程图

我们只会在这里使 AC 波形变暗。请注意，这是一个临时设备，因为它被设计为仅控制电阻负载，就像大多数烤箱一样。电容性和电感性负载需要进行一些细微的修改（添加缓冲器组件），此处不予介绍，但可以在线和组件数据表中获取相关信息。紧凑型荧光灯 (CFL) 的外壳内有一个相当复杂的电子镇流器电路，与交流调光器根本不兼容。

实现交流控制器的一种非常常见的方法是使用固态继电器。这些允许烤箱完全打开或完全关闭，并且可以脉冲信号以获得近似温度（通俗地称为 BANG-BANG 控制）。世界上大量的控制系统在 BANG-BANG 控制器上运行得非常好，但它们既不优雅也不易于实现。然而，大多数固态继电器内部都有一个称为 TRIAC 的设备，可以作为独立设备订购。正如罗伯特在他的文章中提到的那样，它本质上是晶闸管的双向延伸，或者可以看作是双向传导电流的固态开关。

固态继电器。砰砰，宝贝！

 


不像 SSR 那样华而不实，但我们的 TRIAC 做了一些超酷的事情

这个烤箱控制器的整个想法是使用 TRIAC 来实现所谓的交流相位控制。如果您等待 AC 波形过零并在稍后的某个已知时间打开 TRIAC，您将得到一个输出波形，该波形在 TRIAC 处于活动状态时保持与原始波形相同的频率和幅度。这限制了终端设备的功率，有效地调暗了它。存在其他调光方法，如波包控制（一种同步 BANG-BANG 范例；抱歉没有 EN WikiPedia），但它们超出了本项目的范围。

来自Andy ’s Workshop的交流相位控制示例

插头、端子和外壳

安全和便宜是这里的游戏名称，所以做这件事的首要任务是选择一个合理的围栏。我得到了一个便宜的带盖塑料桶，并为自己和周围的人写了一个漂亮而可怕的警告标签。插头的孔可以在侧面切割或钻孔，但需要注意防止材料开裂。

我选择了调光器的插头和插座接口。在交流电源侧，我使用了一个 10A IEC 插头，带有一个集成保险丝座（我必须自己采购保险丝）和一个电源开关，就像这个：

带集成保险丝座和开关的 10A IEC 插头

它负责过流保护，让我无需拔下电缆即可关闭整个设备。在烤面包机方面，我刚刚浏览了当地的五金店，发现了这个：

单防篡改插座

这是一个拧入外壳的防篡改插座。我不想将高压线直接焊接到我的电路板上，所以我得到了一个六位螺丝接线端子。这些位置用于 MAINS_L、MAINS_N、OVEN_L、OVEN_N 和两条电源地线。我还使用了这些接线端子中的一个来连接盒子外的四根微控制器电线。有点矫枉过正，但这就是我手头的东西。

隔离式过零检测器

当使用低压设备控制或测量高压电路时，在两侧之间采用某种电流隔离始终是个好主意；这可以通过电感、光学或电容来实现。还有一些其他的隔离方法，但这些是主要的。

Robert 的TRIAC 控制器和过零检测器使用墙上的变压器在与其交互之前将电源降压到更安全的 12V。该应用使用光隔离器来隔离高电压和低电压，其优点是比笨重的变压器更轻、更紧凑。与其他一些方法相比，它们对快速信号变化的反应很慢，但在像我们的应用程序这样的亚千赫兹速度下，这并不重要。

这个电路是从这里精心借来的。作者在详细解释电路方面做得非常出色，但快速总结如下：首先对电源波形进行滤波和整流。它的电压被分压，然后为 10uF 电容充电。当分压电压低于电容器上的电压时，比较器晶体管导通，激活光隔离器。输出有一个集电极开路，这意味着您可以在您的微控制器支持的任何 VCC 下操作它。我的穿孔板电路如下所示：

令人满意的对称电路

我用修改过的电源线和浪涌保护器对这个电路进行了独立于电路板其余部分的测试。叠加在交流正弦波上的过零检测器波形应如下所示（我使用降压变压器来拍摄。看在上帝的份上，不要将电源连接到示波器！）：

TRIAC 驱动器和隔离驱动电路

接下来是 TRIAC 和隔离驱动电路。我之前提到过Andy Brown 的教程。我调整了他的 TRIAC 保护和驱动器电路以在美国这里的 120VAC 下工作，并按照他的散热考虑选择散热器。我们使用的 TRIAC 是BTA312。我们使用另一个光隔离器来驱动称为MOC310M的 TRIAC ，它需要 30 到 60mA 的电流才能打开。大多数微控制器不适合提供这种电流，因此我们使用通用 NPN 晶体管来提供它。

原理图如下所示：

VR1 是一个变阻器。它用作过压保护，以防交流线路出现尖峰。C3 是用于发射抑制的 275VAC 薄膜帽。那个可以被认为是可选的。MOC310驱动板电路如下：

散热器、TRIAC、变阻器、滤波器盖和螺丝端子都位于与驱动器分开的主板上。一旦一切都通过标题连接到板上，它应该看起来像这样：

我使用主板角上的安装孔将其连接到外壳上。一旦一切都放在一起，你会得到这个：

现在你应该准备好开始了！正确连接电线（此页面很有帮助），将 VCC 和 GND 连接到面包板电源，然后拨动电源开关。如果您向 TRIAC_ACTIVE 线路施加 3.3V 电压，您应该在另一端获得 100% 的功率。