摘要：簡要介紹了家用電器單片機控制所用的基本元件和基本電路, 較詳細介紹了家用電器中單片機外圍電路的功率驅(qū)動接口。
　隨著微電子技術的發(fā)展, 單片機在家用電器中的應用越來越廣泛。單片機需要根據(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。這些部件是實現(xiàn)家用電器功能的重要部件。例如洗衣機中的洗滌電機和脫水電機; 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; 在微波爐中的磁控管; 在電磁爐中的變換電路, 在半導體冰箱中的熱電堆管等。單片機是微電子器件, 它的輸入信號功率很小, 要直接驅(qū)動大功率部件是不可能的,要實現(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)動電路接口。本文主要介紹常用的單片機電機驅(qū)動電路接口。
    電機的控制是家用電器中一種普遍的應用技術, 用單片機去控制家用電器中的電機, 使之具有一定的狀態(tài)和性能, 必須有適當?shù)慕涌陔娐�。一方�? 電機是大功率執(zhí)行元件, 另一方面, 它是感性負載。在家電的控制中, 應給予考慮。例如洗衣機和電冰箱及空調(diào)器等家用電器中都是由電機拖動工作, 而且這些電機的工作狀態(tài)是不一樣的�？照{(diào)器和電冰箱的電機用于帶動壓縮機工作, 所以它工作在間歇狀態(tài);洗衣機中的電機則工作在正反轉(zhuǎn)狀態(tài); 而電風扇的電機則工作在長期運行工作狀態(tài)或調(diào)速工作狀態(tài)。要用單片機進行控制必須采用不同的驅(qū)動電路和接口電路。

1　電機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, 輸入級是發(fā)光二極管, 輸出級是光敏雙向管, 在導通時, 流過的雙向電流達100 毫安, 壓降小于3 伏, 導通時最小維持電流為100 微安。在截止時, 其阻斷電壓為直流250 伏, 當維持電流小于100 微安時, 雙向管從導通變?yōu)榻刂�。當阻斷電壓大�?50 伏, 或發(fā)光二極管發(fā)光時, 則雙向管導通。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)動器, 專門用于驅(qū)動雙向晶閘管。類型有過零觸發(fā)耦合器(例如MOC3030 等) 和非過零觸發(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, 它有兩個輸入端和兩個輸出端, 輸入端和輸出端之間有光電隔離, 并且是過零開關輸出。其特點是: 無運動部件, 所以無振動, 無沖擊噪聲; 開關速度快, 通常小于10 微秒; 不會產(chǎn)生抖動輸出; 在半個周期內(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)常用于微機控制的接口電路中。

1.3　感性負載控制電路
    電路如圖1 所示。在控制電路中用了兩個雙向光電耦合器。因為每個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　感性負載控制電路
    由于感性負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載,可以不用RC 阻容吸收電路。

2　單片機的電機驅(qū)動接口電路
    大功率驅(qū)動部件——電機, 在家用電器中一般有兩種工作方式, 一種是開關控制方式; 另一種是調(diào)壓控制方式。前者用于起停壓縮機及洗滌電機等。后者用于電風扇等的調(diào)速控制。

2.1　開關控制方式的電機驅(qū)動接口
    電路如圖2 所示。圖中所示有兩個部分。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)信號為負電壓。即當三極管Q1 導通后觸發(fā)雙向可控硅TR1 使之導通, 而當Q1 截止時, TR1 也截止。其工作過程是: 當單片機的A 口I/O 輸出為低電平時,三極管Q1 截止, 此時雙向可控硅TR1 沒有被觸發(fā)也處于截止狀態(tài), 壓縮機等電機就不工作;當單片機的A 口I/O 輸出為高電平時, Q1 導通, TR1 被觸發(fā)導通, 壓縮機開始工作。
 
圖2　開關控制方式電機驅(qū)動接口電路
    在光電耦合電路接口中, 驅(qū)動電路由雙向光電耦合器OC1 (MOC3081) 和雙向可控硅TR2 和電機M2 等元件組成, 其工作過程如下: 當B 口I/O
輸出為高電平時, 發(fā)光二極管不亮, TR2 截止,電機M2 就不工作, 反之, 當B 口I/O 輸出為低電平時, 發(fā)光二極管發(fā)光, 可控硅TR2 被觸發(fā)導通, 驅(qū)動電機M2 工作。

2.2　調(diào)壓控制方式的電機驅(qū)動接口
    在有些家用電器中, 需要對電機進行調(diào)速,此時可利用圖3 所示的驅(qū)動控制電路實現(xiàn)。圖3 中有兩個不同的接口電路, 它的結構是類同的。只是電機部分的電路不同, 這些電路的工作還需要電源過零信號同步。電源過零信號可以從電源變壓器低壓端整流后取得。圖中A 口I/O 是單相電容電機調(diào)速控制電路。其電路由OC1 (MOC3021) , TR 1 和電機M1 組成, 在過零信號同步作用下, A 口I/O 線輸出100Hz 的移相信號, 正脈沖使雙向耦合管中的發(fā)光二極管導通發(fā)光, 進而觸發(fā)TR 1, 隨著移相角不同,TR1 的導通情況就不同, 電機M1 上得到的電壓就不同, 所以它的速度也就不同。從而達到了調(diào)速的目的。
 
圖3　調(diào)壓控制方式的電機驅(qū)動接口電路
    B I/O 和A I/O 相似。區(qū)別在于電機部分,電容C4 是電機的啟動電容, 當TR2 導通時, 電機M2 的工作電流很大, 在R7 上形成較大的壓降, 從而觸發(fā)TR3 導通, C4 和啟動繞組有電流, 電機啟動。當轉(zhuǎn)速穩(wěn)定時, 工作電流下降,從而使R7 上的電壓降變小, TR3 不導通, C4和啟動繞組斷開。電機此后進入正常工作狀態(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)在越來越趨向于小型化和智能化, 要實現(xiàn)這種功能, 微型計算機起了一個很重要的作用。應該說, 單片機在家用電器的控制方面有著廣泛的應用。如何利用單片機等小功率的器件去控制大功率器件十分重要。