Моя електромагнітна схема, керована MOSFET, руйнує мої входи Arduino

Я зробив серію друкованих плат для живлення деяких електромагнітних клапанів, які використовують зовнішній блок живлення. Я перемикаю їх на BS170 MOSFET, використовуючи Arduino в якості сигналу воріт. Я на основі його рішення Джейсон S .

Це ілюстрація того, як виглядає моя схема:

Тестуючи друковані плати, я помітив, що більшість з них працює нормально, але деякі з них не працюють. Без проблем, напевно, паяльник.

Однак ті несправні вдалося знищити два цифрові штифти Arduino! На одному я отримую постійну напругу 5 В, а інший видає 0,2 В, коли я надсилаю на нього ВИСОКИЙ сигнал, і 0,5 В, коли я надсилаю НИЗЬКИЙ сигнал. Дивні речі.

Тож я здогадуюсь, що несправні схеми якось змусили (деякі) 16 В протікати через Ардуїно, знищуючи їх.

Як я захищаю Arduino в цьому сценарії від занадто високого струму?

Я знаю про ценерові діоди , але я не маю уявлення, як розмістити їх для захисту входів.

Технічна інформація:

• 1/4 "NPT Електричний соленоїдний клапан 12-вольтовий постійний струм, 12В постійного струму, н / с, RO, повітря, вода BBTF
• BS170 (MOSFET) таблиця даних

Схема теоретично чудова.
Потрібно вдосконалення на практиці.

Додавання стаціонарного діода до джерела 12V (> Vgate_drive) - дуже хороша ідея справді у всіх схемах з індуктивним навантаженням. Це зупиняє руйнування воріт руйнівно високим з'єднанням "ємності Міллера" до зливу під час несподіваних або екстремальних коливань напруги зливу.

Встановіть ценер впритул до MOSFET.
Підключіть Анод до джерела, а Катод - до воріт, щоб ценер зазвичай не проводився.

Резистор приводу в 10х воріт (як показано) великий і призведе до повільного вимкнення та включення та більше розсіювання потужності в MOSFET. Це, мабуть, тут не проблема.

Обраний MOSFET дуже маргінальний у цій програмі.
Набагато кращі MOSFET, наявні на складі Digikey, включають:

Для 26c / 10 Digikey IRLML6346 SOT23 pkg, 30V, 3.4A, 0.06 Ohm, Vgsth = 1.1V = пороговий поріг Напруга.

NDT3055 48c / 10 TO251 свинцеві 60В, 12А, 0,1 Ом, Vgsth = 2В

RFD14N05 71c / 10 TO220 50V, 14A, 0,1 Ом, 2V Vgsth.

ДОБАВЛЕНО

ПРИЙОМНІ МОФСЕТИ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ 3 В:

Система просто переграла мою довшу відповідь :-(. Отже, MOSFET ОБОВ'ЯЗКОВО має Vth (порогова напруга) не більше 2В, щоб правильно працювати з контролерами живлення 3V3.
Жоден із запропонованих FETS не відповідає цій вимозі.
Вони можуть працювати після моди на нинішнє навантаження, але вони недостатні та надто втрачені, і рішення не поширюється на більші навантаження.
Здається, що FFS IRF у відповідному діапазоні розмірів, які мають Vth (з Vgsth) <= 2 вольта ВСІ, мають чотиризначні цифрові коди, починаючи з 7, за винятком IRF3708 .

OK FET включають IRFxxxx, де xxxx = 3708 6607 7201 6321 7326 7342 7353 7403 7406 7416 7455 7463 7468 7470

Будуть і інші, але всі запропоновані, здається, мають Vth = 4V або 5V і є незначними або гіршими в цій програмі.

Vgsth або Vth має бути принаймні на один вольт менше, а в ідеалі на кілька вольт менше реальної напруги приводу.

Ваш клапан оцінюється в 500 мА при 12 В. Якщо ви поставите 16V, він буде затягувати трохи більше 500 мА. Якщо припустити, що це опір, він буде мати 667mA.

Абсолютний максимальний струм для використовуваного MOSFET - безперервний 500 мА. Все, що перевищує абсолютний максимальний рейтинг, може знищити пристрій. Це, мабуть, тому ви бачите проблеми з надійністю.

Немає гарантованого режиму відмов для MOSFET, тому я не здивований, що він не зможе таким чином пошкодити вихід Arduino.

Як згадував Джейсон у відповіді, BS170 - це поганий вибір MOSFET. Вам потрібна краща. Виберіть його у корпусі TO-220, розміщений у кількох амперах. Вам також потрібно переконатися, що Vgs оцінюється для 5V логічного рівня.

Який діод ви використовуєте?

Ваш клапан розрахований на ~ 500 мА. BS170 також оцінюється на 500 мА, але це показник рівня продажу. Я б тут скористався (значно) більш високим рейтингом FET, 500mA через TO92 змушує мене нервувати. І у вас є резистор на 1 кт, що в більшості випадків є гарною ідеєю, але це може призвести до того, що бідний FET переключиться занадто повільно, щоб вижити на 0,5A.

Який діод ви використовуєте? Він повинен бути оцінений як 0,5A, тому 1n4148 не обійдеться. Я не впевнений, але це насправді може отримати більше 0,5, оскільки рухома частина значення може спричинити ще більший шип, ніж звичайна котушка.

На малюнку ви маєте значення зворотного струму, що протікає повз заземлення Arduino. Я можу це зробити зіркою: підключити ардуїнову землю безпосередньо до джерела живлення. Або набагато краще: використовуйте оптрон, щоб ізолювати ланцюг високого струму від Arduino (і використовувати два окремих джерела живлення).

У вас повинен бути резистор джерела затвора на вашому MOSFET, щоб затвор не міг плавати вгору, якщо вихід Arduino має високий опір. Оскільки електромагнітне джерело живлення і джерело живлення Arduino розділені, такий сценарій може статися (якщо ви не гарантуєте дизайном, що Arduino завжди в першу чергу.)

Чи MOSFET насправді далеко від соленоїда? Якщо так, то його слід перенести набагато ближче. Перемістіть його так, щоб злив безпосередньо заткнувся в смужку протобордів, де червоний провід йде до соленоїда та діода. Потім підключіть коротке джерело до смуги GND. Краще мати довший цикл сигналу затвора (при низькій потужності) проти довгого циклу, який несе потужність. Ви також можете перемістити Arduino ближче до соленоїда, зберігаючи всі ці петлі короткими.

Схема, як показано на малюнку, виглядає чудово, за умови, що єдиним заземленим з'єднанням між платою Arduino та негативним клеммером живлення +16 є короткий синій провід. З іншого боку, цілком можливо, що випадкові шорти можуть спричинити погані речі. Важко здогадатися, що саме могло статися, не бачачи, як були складені фактичні проблемні дошки.

Якщо ви підштовхуєте технічні характеристики свого MOSFET, це може легко вийти з ладу таким чином, щоб надіслати +16 на ворота, але якщо резистори будуть такими, як показано, я б очікував, що Arduino має бути досить добре захищеним.

Перш за все, вам потрібні надшвидкі діоди комутації, не ці дешеві діоди 2n4001-4, коли використовуєте мотори чи котушки. Чим швидше перемикання, тим більше BEMF створюється. Також використовуйте перемикаючий діод 914 до воріт MOSFET від ардуїно, а резистор на 10 кк / вниз - від воріт до землі.