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Alimentazione e controllo senza trasformatore di tensione

SOMMARIO

Uno dei limiti allo sviluppo dell'home automation è la necessità per ogni dispositivo di un'alimentazione elettrica non superiore ai 5.5 Volt.
Si propone una soluzione che permetta di alimentare un microcontrollore alla corretta tensione e controllare potenze elettriche di rete, con ingombri minimi e consumi irrisori.

PRINCIPALI MATERIALI UTILIZZATI

PIC16F684-I/P Microchip - MCU 8 Bit, Flash, 20 MHz, 3.5 KB, 256 EEPROM

MOC3020 Fotoaccoppiatore, Uscita Triac, DIP, Non Zero Crossing, 400 V

PE014F24 Relè di Alimentazione, 24 VDC, 5A, PE Series, Bistabile

ALIMENTAZIONE SENZA TRASFORMATORE

ATTENZIONE:La soluzione proposta prevede di realizzare un circuito che sarà parzialmente alimentato dalla tensione di rete monofase a 230 Volt. Vanno prese tutte le precauzioni necessarie per garantirsi di non incorrere in folgorazioni, mettendo in funzione il dispositivo e durante le operazioni di montaggio. Solo personale addestrato e consapevole dovrebbe realizzare i suggerimenti qui di seguito sviluppati.

Uno semplice schema per realizzare un'alimentazione di circa 5 Volt, senza utilizzare un trasformatore di tensione è, per microcontrollori di bassisimo consumo (come appunto il PIC16F684), mostrato in Fig.1.

Fig.1

Il componente chiave è il diodo Zener a destra nello schema, polarizzato in inversa, che mantiene la tensione abbastanza controllata al variare degli assorbimenti.
Come si vedrà, il circuito corrispondente avrà un ingombro e peso largamente inferiori a qualunque microtrasfromatore di tensione.

CONTROLLO DI POTENZA

Il componente fondamentale è il relè bistabile PE014F24; per funzionare ha bisogno di un impulso (nel nostro caso di 24 Volt) ai suoi pin di alimentazione per chiudere il contatto Normalmente Aperto e un impulso invertito sempre di 24 Volt per aprire lo stesso contatto. Fra un impulso e l'altro, il relè mantiene il contatto aperto o chiuso senza assorbire corrente.
Per realizzare i due impulsi delle caratteristiche necessarie si usa il componente molto economico MOC3020M, che è un optoisolatore con uscita triac pilotato dal microcontrollore con una certa logica, utilizzando lo schema mostrato in Fig.2.

Fig.2

Attraverso il segnale d'ingresso in RC3 il microcontrollore è in grado di sincronizzarsi all'andamento della tensione alternata di rete. Il triac lascia passare la forma d'onda alternata, quando il fotodiodo viene illuminato.
Per generare un impulso positivo, il microcontrollore legge il passaggio per zero, verso la fase positiva, e dà un impulso (attivo basso) al fotodiodo. Per generare un impulso negativo, il microcontrollore legge il passaggio per zero, verso la fase negativa, e dà un impulso al fotodiodo.
Il funzionamento è rappresentato in Fig.3.

Fig.3

Una scelta opportuna delle resistenze che realizzano una partizione della tensione di rete verso relè e microcontrollore, la durata dell'impulso fornito al triac permettono di fornire un corretto impulso al relè di apertura o chiusura , a seconda delle esigenze operative. I componenti utilizzati permettono di avere un dispositivo dai consumi operativi irrisori.
Il circuito di Fig.2 (di cui viene mostrato un possibile layout in Fig.4) rappresenta una base per futuri progetti di automazione distribuita e risparmio energetico, attraverso add-on da collegarsi ai connettori J1 e J2.
Una possibile realizzazione è mostrata in Fig.5.

Fig.4		Fig.5

PROGRAMMAZIONE DI TEST

Un semplice programma di test del circuito di Fig.2 si può trovare qui di seguito. Il microcontrollore è programmato ad aprire e chiudere il contatto del relè ogni qualche secondo.