Як можна контролювати пристрої більш високого струму (двигуни, соленоїди, фари тощо) за допомогою Arduino?


18

Я шукаю широко застосовне рішення, яке можна адаптувати до різноманітних проектів.

Зараз я працюю над декількома проектами, для кожного з яких потрібні пристрої управління від 800mA до 2A від Arduino Uno. Один управляє кроковими двигунами, один керує електромагнітними приводами 12vdc, а один керує пневматичними клапанами 12vdc.

Наприклад:

Arduino стежить за кнопкою, і кожного разу при натисканні кнопки вона спрацьовує електромагнітний привід. Оскільки Arduino не в змозі подати струм, необхідний соленоїду, потрібне окреме джерело живлення за допомогою Arduino управління перемикачем (реле, транзистор тощо), що дозволяє пропускати більш високий струм. Для крокового двигуна схема є більш складною, оскільки потрібно було б мати чотири штифта, що управляють чотирма окремими вимикачами (для підтримки інтероперабельності схеми). Реле контролює повітряний клапан і вимагає також 12vdc.

Я намагаюся розібратися, як використовувати єдиний ланцюг, який можна використовувати в кожному з цих додатків (і будь-яких майбутніх проектах), які передбачають управління більш високими струмовими пристроями, ніж шпильки Arduino.

Швидкість прототипування, стандартизовані компоненти та низька вартість є рушійними чинниками. Швидкість перемикання, термін корисного використання та шум також важливі.

Чи є розривна плата, схема або компонент, який можна підключити до шпильки Arduino і використовувати для управління пристроєм високого струму? В ідеалі з потенціометром, керованим програмним забезпеченням, щоб опір різним проектам можна було встановити в самому ескізі.


1
Отже, що б контролювала ця рада? Опір чи напруга? Або сам пристрій?
hichris123

Плата контролювала б сам пристрій. Я додав деталі до питання.
jlbnjmn

Визначте "високий струм".
jippie

Відповіді:


13

Для управління такими великими струмами, можливо, доведеться каскадувати кілька транзисторів (можна також використовувати транзистор Дарлінгтона ). Є масиви Дарлінгтонів, встановлених в мікросхемі (наприклад, ULN2803A має 8 дарлінгтонських транзисторів, але обмежений 500 мА).

Ймовірно, вам доведеться мати справу з транзисторами вищої потужності; як приклад я знайшов STMicroelectronics TIP110, який може підтримувати перемикання струму 2А (пік 4A), але, мабуть, знадобиться радіатор для розсіювання тепла.

Зауважте, що мені цікаво, чи дійсно вашим степерам потрібен 2А струм (вони такі великі?). Для степперів, як правило, ви можете знайти ІС, які легко керують ними, наприклад, L293D, але цей може приводити "лише" 600 мА).

Як висновок, я боюся, що ви не знайдете рішення "один розмір, який відповідає всім", оскільки всі ваші пристрої різні і повинні керуватися відповідною схемою.

Редагувати:

Оскільки завищений розмір не є проблемою у вашому випадку прототипування, тоді ви можете перейти з MOSFET замість звичайних біполярних транзисторів. MOSFET зможе керувати вищими струмами та напругами, ніж стандартні транзистори.

Мінус полягає в тому, що ви можете використовувати його як перемикач (наприклад, реле) і, отже, не можете реально керувати точною потужністю для своїх пристроїв. Я думаю, це не має значення для мотора Stepper або Solenoid, але це може бути важливо, наприклад, для водіння вогнів.

Однак хорошим моментом є те, що ви все ще можете використовувати ШІМ для цього, оскільки швидкість перемикання MOSFET досить хороша для таких цілей.

Щодо ціни, то тут існує багато різних видів MOSFET, але, мабуть, ви можете знайти той, який відповідає вашим потребам (12 В, 2А) менш ніж за 1 долар.

Раджу поглянути на цю чудову статтю на цю тему.


2A призначений для соленоїдів. Я розумію, що один розмір, який підходить усім, є проблемою, а не ідеальним для виробництва. У цьому випадку метою є швидше складання прототипів, де над побудовою є прийнятним.
jlbnjmn

1
Зауважте, що навіть при TIP110 вам, мабуть, доведеться додати менший транзистор між ним та вихідним штифтом Arduino, оскільки TIP110 може намалювати 50mA на його базі, що набагато занадто високо для шпильки Arduino.
jfpoilpret

Я думаю, що TIP 120 ідеально підходить для цього, згідно з таблицею, він здатний керувати струмами до 5A & 6V - fairchildsemi.com/datasheets/TI/TIP120.pdf
Yasitha Chinthaka

7

Існує маса способів переключення більш високих навантажень, і jfpoilpret описав кілька хороших варіантів. Я підсумую кілька рішень на основі реле, які в основному підходять для порівняно повільних швидкостей комутації (тобто зазвичай не підходять для ШІМ).

Реле
твердотільного типу Твердотільні реле (ССР) - це ефективно напівпровідникові комутатори. Вони бувають найрізноманітніших конфігурацій, залежно від ваших вимог, але ключовим фактором є те, що вони не мають рухомих частин. Це означає, що вони можуть бути дуже надійними в довгостроковій перспективі при правильному використанні.

Внутрішні вони зазвичай складаються з MOSFET і тиристорів або подібних. Це може дати теоретично досягти досить високих швидкостей комутації. На практиці, чим більше потужність призначена, тим важче швидко переключитися. Це означає, що висока швидкість + велика потужність може отримати досить дорого.

Найважливішим фактором, який слід пам’ятати, є те, що зазвичай вам знадобиться інший тип SSR, якщо ви планували перемикати змінного струму замість постійного струму. Також добре зауважити, що деякі постачаються із вбудованим оптоізолятором чи подібним, щоб забезпечити окремі джерела живлення.

Електромеханічні реле
Це більш "традиційний" підхід. Електромеханічне реле (ЕМР) - досить простий компонент, що містить механічний вимикач, керований електромагнітною котушкою. Якщо перемикач нормально відкритий, котушка тягне його закритим, коли подається контрольний струм. На відміну від цього, нормально закритий вимикач буде відкрито, коли подається контрольний струм.

Існує ряд переваг EMR щодо таких речей, як SSR. Найбільш очевидною є вартість - їх простота робить їх досить дешевими, а вартість не збільшується настільки різко для версій з більшою потужністю. Крім того, керування та навантаження по суті є ізольованими, і їм не важливо, чи перемикаєте ви змінне чи постійне значення.

Однак є кілька недоліків. Механічний аспект означає, що ЕМР зазвичай набагато повільніше, ніж немеханічні комутаційні рішення, і може страждати від відхилення контакту. Крім того, вони можуть фізично зношуватися, і на них можуть впливати такі речі, як удари, вібрації та (потенційно) інші магнітні поля.

При розробці схеми для використання ЕМР важливо пам'ятати про зворотну ЕРС (електрорушійну силу). Коли подається контрольний струм, котушка виконує функцію індуктора, зберігаючи заряд електромагнітно. Коли керуючий струм припиняється, збережений заряд може відскочити назад через ланцюг управління, створюючи великий негативний сплеск напруги (потенційно набагато більший, ніж було застосовано спочатку).

Цей шип, на жаль, може пошкодити / знищити будь-які приєднані компоненти або штифти мікроконтролера. Зазвичай це запобігається / пом'якшується шляхом наведення діода в реверс через керуючі контакти реле. У цьому контексті його іноді називають віддаленим діодом, і це дозволяє ЕРС безпечно розсіюватися.


Ви б сказали, що MOSFET, використаний як описано у статті, пов'язаній з jfpoilpret, був би підходящою альтернативою електромеханічному реле для цих застосувань?
jlbnjmn

Так, для описаних вами додатків я думаю, що MOSFET буде достатнім. Пам'ятайте лише, що вони чутливі до статичного розряду, тому вживайте відповідних заходів обережності при поводженні з ними.
Пітер Блумфілд,

3

Як вже було сказано в jfpoilpret, силовий MOSFET чудово підходить для включення та вимкнення 12 В постійного струму на пристроях, що піднімають до 44 А. Є такі десятки MOSFET з такою потужністю за ціною менше 1 долара кожен. Доступні більш дорогі MOSFET, які можуть справлятись із значно більшим струмом та напругою.

В принципі, можна керувати кроковим двигуном з мікроконтролером і жменькою транзисторів та ще декількома маленькими деталями. Однак багато хто вважає за краще використовувати "чіп драйвера крокового кроку", тому неможливо, щоб програмний помилок випадково увімкнув транзистори таким чином, щоб затримати джерело живлення на землю (як правило, знищуючи принаймні 2 транзистори). Багато останніх мікросхем крокового драйвера також справляються з мікроскопом, обмеженням струму, захистом від термічного перевантаження та іншими приємними функціями.

Усі чіпи для драйверів степерів, про які я коли-небудь чув, і декілька позачергових дощок проривів, що використовують ці чіпи, перераховані на веб-сайті http://reprap.org/wiki/stepper_motor_driver .

Зокрема, багато з 3D-принтерів RepRap, які я бачив, підключають Arduino до чотирьох крокових драйверів Pololu (менше 15 доларів кожен), щоб приводити в рух п'ять крокових двигунів.


0

Я зробив ланцюг Arduino (Arduino Nano) для живлення 12В Пельтьє (що також є джерелом високої потужності.) За допомогою транзистора MTP3055V MOSFET 60V 12A. І схема працює дуже добре.

Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.