摘要：簡(jiǎn)要介紹了家用電器單片機(jī)控制所用的基本元件和基本電路, 較詳細(xì)介紹了家用電器中單片機(jī)外圍電路的功率驅(qū)動(dòng)接口。
　隨著微電子技術(shù)的發(fā)展, 單片機(jī)在家用電器中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。單片機(jī)需要根據(jù)一定的控制規(guī)律控制家用電器中的一些功率部件工作。這些部件是實(shí)現(xiàn)家用電器功能的重要部件。例如洗衣機(jī)中的洗滌電機(jī)和脫水電機(jī); 電熱爐中的加熱元件(硅碳棒或電熱絲等) ; 電冰箱和空調(diào)器中的壓縮電機(jī); 在微波爐中的磁控管; 在電磁爐中的變換電路, 在半導(dǎo)體冰箱中的熱電堆管等。單片機(jī)是微電子器件, 它的輸入信號(hào)功率很小, 要直接驅(qū)動(dòng)大功率部件是不可能的,要實(shí)現(xiàn)其控制作用, 需要中間的變換電路, 這種電路就是中間驅(qū)動(dòng)電路接口。本文主要介紹常用的單片機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路接口。
    電機(jī)的控制是家用電器中一種普遍的應(yīng)用技術(shù), 用單片機(jī)去控制家用電器中的電機(jī), 使之具有一定的狀態(tài)和性能, 必須有適當(dāng)?shù)慕涌陔娐贰Ｒ环矫? 電機(jī)是大功率執(zhí)行元件, 另一方面, 它是感性負(fù)載。在家電的控制中, 應(yīng)給予考慮。例如洗衣機(jī)和電冰箱及空調(diào)器等家用電器中都是由電機(jī)拖動(dòng)工作, 而且這些電機(jī)的工作狀態(tài)是不一樣的。空調(diào)器和電冰箱的電機(jī)用于帶動(dòng)壓縮機(jī)工作, 所以它工作在間歇狀態(tài);洗衣機(jī)中的電機(jī)則工作在正反轉(zhuǎn)狀態(tài); 而電風(fēng)扇的電機(jī)則工作在長(zhǎng)期運(yùn)行工作狀態(tài)或調(diào)速工作狀態(tài)。要用單片機(jī)進(jìn)行控制必須采用不同的驅(qū)動(dòng)電路和接口電路。

1　電機(jī)控制的基本元件和電路
1.1　雙向光電耦合器
　雙向光電耦合器和一般光電耦合器不同。一般光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管組成, 所以輸出級(jí)光敏三極管中的電流是單向的。
    在雙向光電耦合器中, 輸入級(jí)是發(fā)光二極管, 輸出級(jí)是光敏雙向管, 在導(dǎo)通時(shí), 流過(guò)的雙向電流達(dá)100 毫安, 壓降小于3 伏, 導(dǎo)通時(shí)最小維持電流為100 微安。在截止時(shí), 其阻斷電壓為直流250 伏, 當(dāng)維持電流小于100 微安時(shí), 雙向管從導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂．?dāng)阻斷電壓大于250 伏, 或發(fā)光二極管發(fā)光時(shí), 則雙向管導(dǎo)通。為了降低雙向光電耦合器的誤觸發(fā)率, 通常在光電耦合器的輸出端加阻容吸收電路。雙向光電耦合器又稱為雙向晶閘管驅(qū)動(dòng)器, 專門用于驅(qū)動(dòng)雙向晶閘管。類型有過(guò)零觸發(fā)耦合器(例如MOC3030 等) 和非過(guò)零觸發(fā)耦合器(例如MOC3009) 兩種。

1.2　固態(tài)繼電器SSR
    固態(tài)繼電器是電子繼電器, 它有兩個(gè)輸入端和兩個(gè)輸出端, 輸入端和輸出端之間有光電隔離, 并且是過(guò)零開(kāi)關(guān)輸出。其特點(diǎn)是: 無(wú)運(yùn)動(dòng)部件, 所以無(wú)振動(dòng), 無(wú)沖擊噪聲; 開(kāi)關(guān)速度快, 通常小于10 微秒; 不會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)輸出; 在半個(gè)周期內(nèi)有鎖存功能; 靈敏度高; 可直接由TTL 或CMOS 邏輯控制, 輸出間的電容小等。經(jīng)常用于微機(jī)控制的接口電路中。

1.3　感性負(fù)載控制電路
    電路如圖1 所示。在控制電路中用了兩個(gè)雙向光電耦合器。因?yàn)槊總�(gè)雙向光電耦合器只能耐250 伏的直流電壓, 不能直接用在220 伏的交流電路中(其峰值電壓為311 伏)。圖中R2和R3 是平衡電阻, 其作用是使兩個(gè)光電耦合器分得相同的電壓。R4 是限流電阻。R4 的選取可按下式選擇。
R4= Vpr/1.2。Vpr是加在MOC3011 上的峰值電壓, 圖中R4 的阻值取180 歐姆。
 
圖1　感性負(fù)載控制電路
    由于感性負(fù)載電流和電壓不同相, 所以其電壓的變化率就升高, 由此容易引起誤觸發(fā)。為了減小電壓的變化率, 常在電路中加RC 阻容吸收環(huán)節(jié), 圖1 中的阻容吸收電路由R5 和C1組成。取值由Itg (雙向可控硅控制極的觸發(fā)電流) 確定。
Itg= 15mA 　　R5= 2.4kb 　　　C1= 0.1uF
        30                        1.2                           0.2
        50                        0.8                           0.3
如果雙向可控硅所控制的是電阻性負(fù)載,可以不用RC 阻容吸收電路。

2　單片機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路
    大功率驅(qū)動(dòng)部件——電機(jī), 在家用電器中一般有兩種工作方式, 一種是開(kāi)關(guān)控制方式; 另一種是調(diào)壓控制方式。前者用于起停壓縮機(jī)及洗滌電機(jī)等。后者用于電風(fēng)扇等的調(diào)速控制。

2.1　開(kāi)關(guān)控制方式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口
    電路如圖2 所示。圖中所示有兩個(gè)部分。上面部分是直接邏輯電平耦合電路接口, 下面部分是光電耦合電路接口。在直接耦合電路中, 電路是由三極管Q1, 雙向可控硅TR1 和電機(jī)M1等組成, 其中雙向可控硅TR1 是工作在第二、第三象限, 其門極的觸發(fā)信號(hào)為負(fù)電壓。即當(dāng)三極管Q1 導(dǎo)通后觸發(fā)雙向可控硅TR1 使之導(dǎo)通, 而當(dāng)Q1 截止時(shí), TR1 也截止。其工作過(guò)程是: 當(dāng)單片機(jī)的A 口I/O 輸出為低電平時(shí),三極管Q1 截止, 此時(shí)雙向可控硅TR1 沒(méi)有被觸發(fā)也處于截止?fàn)顟B(tài), 壓縮機(jī)等電機(jī)就不工作;當(dāng)單片機(jī)的A 口I/O 輸出為高電平時(shí), Q1 導(dǎo)通, TR1 被觸發(fā)導(dǎo)通, 壓縮機(jī)開(kāi)始工作。
 
圖2　開(kāi)關(guān)控制方式電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路
    在光電耦合電路接口中, 驅(qū)動(dòng)電路由雙向光電耦合器OC1 (MOC3081) 和雙向可控硅TR2 和電機(jī)M2 等元件組成, 其工作過(guò)程如下: 當(dāng)B 口I/O
輸出為高電平時(shí), 發(fā)光二極管不亮, TR2 截止,電機(jī)M2 就不工作, 反之, 當(dāng)B 口I/O 輸出為低電平時(shí), 發(fā)光二極管發(fā)光, 可控硅TR2 被觸發(fā)導(dǎo)通, 驅(qū)動(dòng)電機(jī)M2 工作。

2.2　調(diào)壓控制方式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口
    在有些家用電器中, 需要對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速,此時(shí)可利用圖3 所示的驅(qū)動(dòng)控制電路實(shí)現(xiàn)。圖3 中有兩個(gè)不同的接口電路, 它的結(jié)構(gòu)是類同的。只是電機(jī)部分的電路不同, 這些電路的工作還需要電源過(guò)零信號(hào)同步。電源過(guò)零信號(hào)可以從電源變壓器低壓端整流后取得。圖中A 口I/O 是單相電容電機(jī)調(diào)速控制電路。其電路由OC1 (MOC3021) , TR 1 和電機(jī)M1 組成, 在過(guò)零信號(hào)同步作用下, A 口I/O 線輸出100Hz 的移相信號(hào), 正脈沖使雙向耦合管中的發(fā)光二極管導(dǎo)通發(fā)光, 進(jìn)而觸發(fā)TR 1, 隨著移相角不同,TR1 的導(dǎo)通情況就不同, 電機(jī)M1 上得到的電壓就不同, 所以它的速度也就不同。從而達(dá)到了調(diào)速的目的。
 
圖3　調(diào)壓控制方式的電機(jī)驅(qū)動(dòng)接口電路
    B I/O 和A I/O 相似。區(qū)別在于電機(jī)部分,電容C4 是電機(jī)的啟動(dòng)電容, 當(dāng)TR2 導(dǎo)通時(shí), 電機(jī)M2 的工作電流很大, 在R7 上形成較大的壓降, 從而觸發(fā)TR3 導(dǎo)通, C4 和啟動(dòng)繞組有電流, 電機(jī)啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時(shí), 工作電流下降,從而使R7 上的電壓降變小, TR3 不導(dǎo)通, C4和啟動(dòng)繞組斷開(kāi)。電機(jī)此后進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
    圖中的C5 和R 8 是阻容吸收電路, 用于抑制TR3 的電壓速度變化率。
    總之, 在家用電器的控制方面, 現(xiàn)在越來(lái)越趨向于小型化和智能化, 要實(shí)現(xiàn)這種功能, 微型計(jì)算機(jī)起了一個(gè)很重要的作用。應(yīng)該說(shuō), 單片機(jī)在家用電器的控制方面有著廣泛的應(yīng)用。如何利用單片機(jī)等小功率的器件去控制大功率器件十分重要。