Sljedeći članci uključivat će uređaje koji trebaju kontrolirati vanjska opterećenja. Pod vanjskim opterećenjem mislim na sve što je pričvršćeno na nožice mikrokontrolera - LED diode, žarulje, releje, motore, aktuatore... dobro, shvatili ste. I koliko god ova tema bila otrcana, da bih izbjegao ponavljanje u sljedećim člancima, ipak riskiram da ne budem originalan - oprostit ćete mi :). Ukratko ću, u obliku preporuke, pokazati najčešće načine povezivanja opterećenja (ako želite nešto dodati, bit će mi drago).
Odmah se složimo da govorimo o digitalnom signalu (mikrokontroler je i dalje digitalni uređaj) i nećemo odstupiti od opće logike: 1 - uključeno, 0 -ugašen. Započnimo.

DC opterećenja uključuju: LED diode, lampe, releje, DC motore, servo motore, razne aktuatore itd. Takvo se opterećenje najjednostavnije (i najčešće) spaja na mikrokontroler.

1.1 Povezivanje opterećenja kroz otpornik.
Najjednostavnija i vjerojatno najčešće korištena metoda kada su LED diode u pitanju.

Otpornik je potreban kako bi se struja koja teče kroz nogu mikrokontrolera ograničila na dopuštenu 20 mA. Naziva se balast ili prigušivanje. Možete približno izračunati vrijednost otpornika znajući otpor opterećenja Rn.

Gašenje =(5v / 0,02A) – Rn = 250 – Rn

Kao što vidite, čak iu najgorem slučaju, kada je otpor opterećenja jednak nuli, 250 Ohma dovoljno je da struja ne prijeđe 20 mA. To znači da ako ne želite nešto računati tamo, stavite 300 Ohma i zaštitit ćete port od preopterećenja. Prednost metode je očita - jednostavnost.

1.2 Povezivanje opterećenja pomoću bipolarnog tranzistora.
Ako se dogodi da vaše opterećenje troši više od 20 mA, tada, naravno, otpornik ovdje neće pomoći. Trebate nekako povećati (čitaj pojačati) struju. Što se koristi za pojačavanje signala? Pravo. Tranzistor!

Pogodnije je koristiti za jačanje n-p-n tranzistor spojen prema strujnom krugu OE. Ovom metodom možete spojiti opterećenje s višim naponom napajanja od napajanja na mikrokontroler. Otpornik na bazi je ograničavajući. Može varirati u širokom rasponu (1-10 kOhm), u svakom slučaju tranzistor će raditi u načinu zasićenja. Tranzistor može biti bilo što n-p-n tranzistor. Dobitak je praktički nebitan. Tranzistor se bira na temelju struje kolektora (struja koja nam je potrebna) i napona kolektor-emiter (napon koji napaja opterećenje). Rasipanje snage također je važno - kako ne bi došlo do pregrijavanja.

Od uobičajenih i lako dostupnih, možete koristiti BC546, BC547, BC548, BC549 s bilo kojim slovima (100mA), a poslužit će i isti KT315 (oni koji imaju ostatke starih zaliha).
- Tehnička tablica za bipolarni tranzistor BC547

1.3 Povezivanje opterećenja pomoću tranzistora s efektom polja.
Pa, što ako je struja našeg opterećenja unutar deset ampera? Neće biti moguće koristiti bipolarni tranzistor, jer su upravljačke struje takvog tranzistora velike i najvjerojatnije će prelaziti 20 mA. Izlaz može biti ili kompozitni tranzistor (pročitajte dolje) ili tranzistor s efektom polja (aka MOS, aka MOSFET). Tranzistor s efektom polja je jednostavno prekrasna stvar, budući da nije kontroliran strujom, već potencijalom na vratima. To omogućuje mikroskopskoj struji vrata da kontrolira velike struje opterećenja.

Za nas je prikladan bilo koji n-kanalni tranzistor s efektom polja. Biramo, kao i bipolarni, prema struji, naponu i disipaciji snage.

Prilikom uključivanja tranzistora s efektom polja morate uzeti u obzir nekoliko točaka:
- budući da je gejt, u stvari, kondenzator, pri preklopu tranzistora kroz njega teku velike struje (kratkotrajne). Kako bi se ograničile ove struje, ograničavajući otpornik postavljen je u vrata.
— tranzistor je kontroliran niskim strujama i ako je izlaz mikrokontrolera na koji je spojen gate u Z-stanju visoke impedancije, prekidač polja će se početi nepredvidivo otvarati i zatvarati, hvatajući smetnje. Kako bi se eliminiralo ovo ponašanje, nožica mikrokontrolera mora biti "pritisnuta" na masu s otpornikom od oko 10 kOhm.
Tranzistor s efektom polja, u pozadini svih njegovih pozitivnih kvaliteta, ima nedostatak. Trošak kontrole niske struje je sporost tranzistora. Naravno, podnijet će PWM, ali ako se prekorači dopuštena frekvencija, odgovorit će vam pregrijavanjem.

1.4 Povezivanje opterećenja pomoću složenog Darlingtonovog tranzistora.
Alternativa korištenju tranzistora s efektom polja za velika strujna opterećenja je uporaba kompozitnog Darlingtonovog tranzistora. Izvana, to je isti tranzistor kao, recimo, bipolarni, ali iznutra se koristi krug predpojačala za upravljanje snažnim izlaznim tranzistorom. To omogućuje niske struje za pokretanje snažnog opterećenja. Upotreba Darlingtonovog tranzistora nije tako zanimljiva kao uporaba sklopa takvih tranzistora. Postoji tako divan mikro krug kao ULN2003. Sadrži čak 7 Darlingtonovih tranzistora od kojih se svaki može opteretiti strujom do 500 mA, a mogu se spojiti paralelno za povećanje struje.

Mikrokrug se vrlo lako povezuje s mikrokontrolerom (samo pin na pin), ima prikladno ožičenje (ulaz nasuprot izlazu) i ne zahtijeva dodatno ožičenje. Kao rezultat ovog uspješnog dizajna, ULN2003 se široko koristi u radioamaterskoj praksi. Sukladno tome, neće ga biti teško nabaviti.
- Podatkovna tablica za Darlington sklop ULN2003

Ako trebate kontrolirati AC uređaje (najčešće 220v), onda je sve kompliciranije, ali ne puno.

2.1 Povezivanje opterećenja pomoću releja.
Najjednostavnija i vjerojatno najpouzdanija veza je korištenje releja. Sam svitak releja je jako strujno opterećenje, tako da ga ne možete spojiti izravno na mikrokontroler. Relej se može spojiti preko polja ili bipolarnog tranzistora ili preko istog ULN2003, ako je potrebno nekoliko kanala.

Prednosti ove metode su velika sklopna struja (ovisno o odabranom releju), galvanska izolacija. Nedostaci: ograničena brzina/učestalost aktiviranja i mehaničko trošenje dijelova.
Nema smisla preporučiti nešto za upotrebu - ima mnogo releja, odaberite prema potrebnim parametrima i cijeni.

2.2 Povezivanje opterećenja pomoću triaka (triaka).
Ako trebate kontrolirati snažno izmjenično opterećenje, a posebno ako trebate kontrolirati snagu koja se dovodi do opterećenja (dimeri), tada jednostavno ne možete bez upotrebe triaka (ili triaka). Triak se otvara kratkim strujnim impulsom kroz kontrolnu elektrodu (i za negativne i za pozitivne poluvalove napona). Triac se sam zatvara kada na njemu nema napona (kada napon prolazi kroz nulu). Tu počinju poteškoće. Mikrokontroler mora kontrolirati trenutak kada napon prijeđe nulu i u točno određenom trenutku poslati impuls za otvaranje triaka - to je konstantna zauzetost kontrolera. Još jedna poteškoća je nedostatak galvanske izolacije u trijaku. Morate to učiniti na zasebnim elementima, komplicirajući krug.

Iako su moderni trijaci kontrolirani relativno malom strujom i mogu se spojiti izravno (preko graničnog otpornika) na mikrokontroler, iz sigurnosnih razloga moraju se uključiti pomoću uređaja za optičko odvajanje. Štoviše, to se ne odnosi samo na upravljačke krugove triaka, već i na nulte upravljačke krugove.

Prilično dvosmislen način povezivanja opterećenja. Budući da, s jedne strane, zahtijeva aktivno sudjelovanje mikrokontrolera i relativno složen dizajn kruga. S druge strane, omogućuje vam vrlo fleksibilno manipuliranje teretom. Još jedan nedostatak korištenja triaka je velika količina digitalnog šuma koji se stvara tijekom njihovog rada - potrebni su sklopovi za potiskivanje.

Triaci su prilično široko korišteni, au nekim područjima su jednostavno nezamjenjivi, tako da ih nabaviti nije problem. Triaci tipa BT138 vrlo se često koriste u radioamaterstvu.

Arduno relej omogućuje spajanje uređaja koji rade u načinima rada s relativno visokim strujama ili naponima. Na Arduino ploču ne možemo izravno spojiti snažne pumpe, motore, pa čak ni običnu žarulju sa žarnom niti - ploča nije predviđena za takvo opterećenje i neće raditi. Zbog toga ćemo morati dodati relej u krug, koji možete pronaći u bilo kojem projektu. U ovom ćemo članku govoriti o tome što su releji, kakvi su i kako ih možete spojiti na svoj Arduino projekt.

Relej je pristupnik koji vam omogućuje spajanje električnih krugova s potpuno različitim parametrima. Tipična riječna prevodnica povezuje vodene kanale koji se nalaze na različitim visinama otvaranjem ili zatvaranjem vrata. Relej u Arduinu uključuje ili isključuje vanjske uređaje, na određeni način zatvarajući ili otvarajući zasebnu električnu mrežu na koju su spojeni. Uz pomoć Arduina i releja proces paljenja i gašenja kontroliramo na isti način kao što palimo ili gasimo rasvjetu kod kuće – slanjem naredbe za zatvaranje ili otvaranje. Arduino daje signal, a samo zatvaranje ili otvaranje “snažnog” kruga će obaviti relej preko posebnih internih mehanizama. Relej se može zamisliti kao daljinski upravljač, uz pomoć kojeg izvodimo potrebne radnje koristeći relativno "slabe" signale.

Relej karakteriziraju sljedeći parametri:

Napon ili struja okidača.
Oslobodite napon ili struju.
Vremena aktiviranja i otpuštanja.
Radna struja i napon.
Unutarnji otpor.

Ovisno o tipu tih unutarnjih mehanizama za okidanje i značajkama uređaja, mogu se razlikovati dvije glavne skupine releja: elektromehanički releji (uključuju se elektromagnetom) i poluvodički releji (uključuju se pomoću posebnih poluvodičkih komponenti).

Elektromagnetski i poluvodički releji

Elektromagnetski relej

Elektromagnetski relej je električni uređaj koji mehanički zatvara ili otvara strujni krug opterećenja pomoću magneta. sastoji se od elektromagneta, pomične armature i sklopke. Elektromagnet je žica koja je namotana na feromagnetsku zavojnicu. Ploča od magnetskog materijala djeluje kao sidro. Neki modeli uređaja mogu imati ugrađene dodatne elektroničke komponente: otpornik za precizniji rad releja, kondenzator za smanjenje smetnji, diodu za uklanjanje prenapona.

Relej radi zahvaljujući elektromagnetskoj sili koja se stvara u jezgrama kada se struja dovodi kroz zavoje zavojnice. U početnom stanju opruga drži sidro. Kada se primijeni kontrolni signal, magnet počinje privlačiti armaturu i zatvarati ili otvarati krug. Kada se napon isključi, armatura se vraća u početni položaj. Izvori upravljačkog napona mogu biti senzori (tlak, temperatura itd.), električni mikro krugovi i drugi uređaji koji opskrbljuju nisku struju ili niski napon.

Elektromagnetski releji koriste se u krugovima automatizacije, pri upravljanju raznim tehnološkim instalacijama, električnim pogonima i drugim uređajima. Relej je namijenjen za regulaciju napona i struja, može se koristiti kao uređaj za pohranu ili pretvaranje, a također može bilježiti odstupanja parametara od normalnih vrijednosti.

Klasifikacija elektromagnetskih releja:

Upravljačka struja može biti konstantna ili izmjenična. U prvom slučaju uređaj može biti neutralan ili polariziran. Za izmjeničnu struju, armatura je izrađena od elektrotehničkog čelika kako bi se smanjili gubici.
Sidreni ili reed relej. Za tip sidra, proces zatvaranja i otvaranja događa se pomicanjem armature; za reed prekidač tipičan je odsutnost jezgre; magnetsko polje djeluje na elektrodu s kontaktima.
Performanse – do 50 ms, do 150 ms i od 1 s.
Zaštitni pokrov – zatvoren, pokriven i otvoren.

U usporedbi s poluvodičkim uređajima, elektromagnetski relej ima prednosti - jeftin je, prebacuje veliko opterećenje s malom veličinom uređaja i proizvodi malo topline na zavojnici. Nedostaci uključuju spor odziv, buku i poteškoće pri prebacivanju induktivnih opterećenja.

Solid State Releji

Solid-state releji smatraju se dobrom alternativom elektromagnetskim, oni su modularni poluvodički uređaj koji se proizvodi pomoću hibridne tehnologije. Releji sadrže tranzistore, trijake ili tiristore. U usporedbi s elektromagnetskim uređajima, poluvodički releji imaju niz prednosti:

Dugi vijek trajanja.
Izvođenje.
Male veličine.
Nema vanjske buke, akustičnih smetnji ili klepetanja kontakta.
Mala potrošnja energije.
Izolacija visoke kvalitete.
Otporan na vibracije i udarce.
Nema lučnog pražnjenja, što vam omogućuje rad u eksplozivnim područjima.

Oni rade prema sljedećem principu: upravljački signal se dovodi na LED, dolazi do galvanske izolacije upravljačkih i sklopljenih krugova, a zatim signal ide u matricu fotodiode. Napon se regulira prekidačem za napajanje.

Solid state releji također imaju nekoliko nedostataka. Prvo, tijekom prebacivanja uređaj se zagrijava. Povećanje temperature uređaja dovodi do ograničenja regulirane struje - na temperaturama većim od 60 stupnjeva, trenutna vrijednost se smanjuje, maksimalna radna temperatura je 80 stupnjeva.

Poluvodički releji klasificirani su prema sljedećim kriterijima:

Tip opterećenja - jednofazni i trofazni.
Način upravljanja - prebacivanje se događa zbog izravnog napona, izmjeničnog ili ručnog upravljanja.
Metoda preklapanja: upravljanje prelaskom nule (koristi se za slabo induktivna, kapacitivna i otporna opterećenja), slučajno preklapanje (induktivno i otporno opterećenje koje zahtijeva trenutačno aktiviranje) i fazno upravljanje (varijacije izlaznog napona, regulacija snage, upravljanje žaruljom sa žarnom niti).

Releji u Arduino projektima

Najčešći relej za Arduino ploču izrađen je u obliku modula, na primjer, SONGLE SRD-05VDC. Uređaj se upravlja naponom od 5 V, može uključiti do 10 A 30 V DC i 10 A 250 V AC.

Dijagram je prikazan na slici. Relej se sastoji od dva nepovezana kruga - upravljačkog kruga A1 i A2 i upravljanog kruga 1, 2 i 3.

Između A1 i A2 nalazi se metalna jezgra. Ako kroz njega propustite električnu struju, armatura (2) će biti privučena. 1, 3 – fiksni kontakti. U nedostatku struje, armatura će biti blizu pina 3.

Spajanje releja na Arduino

Razmotrite jednokanalni relejni modul. Ima samo 3 kontakta, spojeni su na Arduino Uno na sljedeći način: GND – GND, VCC – +5V, In – 3. Ulaz releja je obrnut, tako da visoka razina na In isključuje zavojnicu, a niska razina uključuje ga.

LED diode su potrebne za indikaciju - kada crvena LED1 svijetli, napon se dovodi na relej, kada zelena LED2 svijetli, dolazi do kratkog spoja. Kada se mikrokontroler uključi, tranzistor je isključen. Za otvaranje je potreban minus na bazi, koji se isporučuje pomoću funkcije digitalWrite(pin, LOW);. Tranzistor se otvara, struja teče kroz krug i relej radi. Da biste ga isključili, plus se primjenjuje na bazu pomoću digitalWrite(pin, HIGH);.

Dijagram spajanja svjetiljke i izgled rasporeda prikazani su na slikama.

Korištenje optotiristora

Optosimistori MOS301x, MOS302x, MOS303x, MOS304x, MOS306x, MOS308x
Optosimistori pripadaju klasi optokaplera i daju vrlo dobru galvansku izolaciju (oko 7500 V) između upravljačkog kruga i opterećenja. Ovi radioelementi sastoje se od infracrvene LED diode spojene preko optičkog kanala na dvosmjerni silicijski triak. Potonji se može nadopuniti krugom za otključavanje koji se aktivira kada napon napajanja prođe kroz nulu.
Ovi radioelementi su posebno neophodni pri upravljanju snažnijim trijacima, na primjer, pri implementaciji releja visokog napona ili velike snage. Takvi optokapleri zamišljeni su za komunikaciju između logičkih sklopova s niskim razinama napona i opterećenja koje se napaja mrežnim naponom od 220 V. Optosimistor se može smjestiti u malo DIP kućište sa šest pinova; njegov pinout i unutarnja struktura prikazani su na slici 1.

U tablici je prikazana klasifikacija optosimistora prema veličini prednje struje kroz IFT LED, koja otvara uređaj, i maksimalnom prednjem ponavljajućem naponu koji triac može izdržati na izlazu (VDRM). Tablica također bilježi svojstvo triaka da se otvori kada napon napajanja prođe kroz nulu. Kako bi se smanjile smetnje, poželjno je koristiti triac koji se otvara kada napon napajanja prolazi kroz nulu.

Što se tiče elemenata s detekcijom nultog napona napajanja, njihov izlazni stupanj se pokreće kada napon napajanja prijeđe određeni prag, obično 5 V (maksimalno 20 V). Serije MOS301x i MOS302x češće se koriste s otpornim teretima ili u slučajevima kada se napon napajanja opterećenja mora isključiti. Kada je triac u vodljivom stanju, maksimalni pad napona na njegovim terminalima obično je 1,8 V (maksimalno 3 V) pri struji do 100 mA. Struja zadržavanja (IH), koja održava vodljivost izlaznog stupnja optosimistora, jednaka je 100 μA, bez obzira na to koliko je (negativno ili pozitivno) tijekom poluciklusa napona napajanja.
Struja propuštanja izvan stanja izlaznog stupnja (ID) varira ovisno o modelu optosimistora. Za optosiistore s detekcijom nule, struja curenja može doseći 0,5 mA ako je LED dioda pod naponom (struja koja teče IF).
Infracrveni LED ima povratnu struju curenja od 0,05 µA (maksimalno 100 µA) i maksimalni pad napona prema naprijed od 1,5 V za sve modele optosimistora. Maksimalni dopušteni obrnuti napon LED-a je 3 volta za modele MOS301x, MOS302x i MOS303x i 6 volta za modele MOS304x. MOSZO6x i MOSZO8x.
Najveće dopuštene karakteristike
Najveća dopuštena struja kroz LED u kontinuiranom načinu rada nije veća od 60 mA.
Maksimalna impulsna struja u vodljivom stanju prekidača izlaznog stupnja nije veća od 1 A.
Ukupna disipacija snage optosimistora ne smije premašiti 250 mW (maksimalno 120 mW za LED i 150 mW za izlazni stupanj pri T - 25˚C).

Primjena optosimistora

Na slici 2 a-e prikazani su različiti dijagrami tipičnih primjena optosiistora, koji se međusobno razlikuju po prirodi opterećenja i metodama povezivanja opterećenja i snage.
Resistance Rd
Izračun otpora ovog otpornika ovisi o minimalnoj struji naprijed infracrvene LED diode, koja jamči okidanje triaka. Prema tome, Rd = (+V - 1,5) / IF.
Na primjer, za upravljački krug tranzistora za optosimistor s naponom napajanja od +5 V (slika 3) i naponom otvorenog tranzistora (Uke us) jednakim 0,3 V, +V će biti 4,7 V, a IF bi trebao biti u raspon između 15 i 50 ma za MOS3041. IF - 20 mA treba uzeti u obzir smanjenje učinkovitosti LED-a tijekom radnog vijeka (rezerva od 5 mA), u potpunosti osiguravajući rad optokaplera uz postupno slabljenje struje. Tako imamo:
Rv = (4,7 - 1,5) / 0,02 = 160 Ohma.
Trebali biste odabrati standardnu vrijednost otpora, to jest 150 Ohma za MOS3041 i otpor od 100 Ohma za MOS3020.
Otpor R
Otpornik R ne mora biti uključen kada je opterećenje čisto otporničko. Međutim, ako je triac zaštićen RP - CP krugom, koji se najčešće naziva krug za gašenje iskre, otpornik R omogućuje ograničavanje struje kroz upravljačku elektrodu optosimistora. Doista, u slučaju induktivnog opterećenja, struja koja prolazi kroz triac i napon primijenjen na krug su u protufazi. Budući da triac prestaje biti vodič kada struja prolazi kroz nulu, kondenzator CP zaštitnog kruga može se prazniti kroz optosimistor. Tada otpornik R ograničava ovu struju pražnjenja. Minimalna vrijednost njegovog otpora ovisi o maksimalnom naponu kondenzatora i najvećoj dopuštenoj struji za optosimistor, dakle za napon napajanja od 220 V:
Rmin = 220 V x 1,41 / 1 A - 311 Ohma.
S druge strane, prevelika R vrijednost može dovesti do kvara. Stoga prihvaćaju R - 330 ili 390 Ohma.
RG otpor
RG otpornik je potreban samo kada je ulazni otpor kontrolne elektrode vrlo visok, odnosno u slučaju osjetljivog triaka. Vrijednost otpornika RG može biti u rasponu od 100 do 500 ohma.
Otpornici RG i R unose kašnjenje u otključavanje triaka, koje će biti značajnije što je otpor ovih otpornika veći. Lanac Ra - Ca
Kako bi se ograničila brzina promjene napona dV/dt na izlazu optosimistora, potreban je prigušni krug (slika 2d).
Odabir vrijednosti otpornika Ra ovisi o osjetljivosti triaka i naponu Va, počevši od kojeg trijak treba raditi. Tako imamo:
R + Ra = Va / IG.
Za triac s upravljačkom strujom IG = 25mA i naponom okidača Va = 20V dobivamo: R + Ra = 20 / 0,025 - 800 Ohm
ili: Ra = 800 - 330 = 470 Ohma.
Da bi se triac brzo prebacio, mora biti ispunjen sljedeći uvjet: dV / dt = 311 / Ra x Ca.
Za MOS3020 maksimalna dV / dt vrijednost je 10 V/µs.
Dakle: Ca = 311 / (470 x 107) = 66 nF.
Biramo: Ca = 68 nF.
Komentar.
Što se tiče lanca prigušivača, eksperimentalne vrijednosti općenito su poželjnije od teoretskih izračuna.
Zaštita
Strogo se preporučuje zaštititi triac i optosimistor kada rade na induktivnom opterećenju ili kada smetnje često utječu na mrežu.
Za triac je jednostavno potreban RC krug za gašenje iskri. Za optosimistor s detekcijom nule, kao što je MOS3041, ovo je poželjno. Otpor otpornika R treba povećati sa 27 Ohma na 330 Ohma (osim u slučaju kada je upravljani triac neosjetljiv).
Ako se koristi model bez detekcije nule, tada je potreban prigušni lanac Ra - Ca.

Znanstveno-tehnički

Spajanje mosfeta na Arduino

"Znanstveni i tehnički članci"- selekcija znanstveni i tehnički članci radioelektronika teme: novi proizvodi elektroničke komponente, znanstveni razvoj u području radiotehnike i elektronike, članci Po priče razvoj radiotehnike i elektronike, nov tehnologije i metode gradnje i razvoj radio-elektronički uređaji, obećavajući tehnologije budućnost, aspekti i dinamika razvoja svih područja radiotehnike i elektronike, prikazi izložbi radioelektronika temama.

Programabilni mikrokontroler Arduino idealan je za izradu prilagođenih uređaja. A obilje gotovih modula, proširenja i skica uvelike olakšava zadatak.

No, uvijek postoje projekti u kojima je potrebno na Arduino spojiti moćni čvor ili uređaj. Mikrokontroler će biti odgovoran za logiku rada, a čvor ili uređaj će obavljati jednostavan posao.

S jedne strane, ništa komplicirano, s druge strane, Arduino daje samo malu struju i napon na izlazu (U - ne više od 5V, I - 40 mA). Sredstva. Snažno opterećenje mora biti povezano kroz posebno "pojačalo". Potonji mogu biti specijalizirani Darlintonovi tranzistori, bipolarni, s efektom polja (mosfeti), releji (mehanički ili optocoupler), itd.

Već smo detaljno ispitali glavne opcije. Ovdje ćemo detaljno obraditi opciju s tranzistorom s efektom polja.

Učitaj preko mosfeta na Arduino - dijagram

Prije svega, trebali biste odlučiti koje je uređaje ili vrste opterećenja najbolje spojiti putem prekidača polja:

Motori (koračni ili istosmjerni);
Uređaji za grijanje;
Snažne svjetiljke;
solenoidi;
I tako dalje.

Ne biste trebali povezivati "brze" uređaje (koji rade na visokim frekvencijama ili se često uključuju/isključuju) ili AC mrežu preko mosfeta (najbolje je koristiti relej za ovaj zadatak).

Prvo, tranzistor s efektom polja će se zagrijati, a drugo, njegov odziv je definitivno "spor" za RF tehnologiju.

Tipični spojni krug opterećenja izgledat će ovako.

Riža. 1. Tipični dijagram povezivanja opterećenja

Ili ovaj (za bolje razumijevanje principa rada).

Riža. 2. Mogućnost sklopnog kruga opterećenja

Otpornik od 3k na vratima je limiter (otpor pri ugađanju). A 10k je neka vrsta osigurača protiv prebacivanja mosfeta u Z-mod (eliminira se efekt "zveckanja" pri niskim strujama upravljanja).

Ako opterećenje ima veliki induktivitet (relevantno, na primjer, za motore), tada treba koristiti dodatnu diodu (unatoč činjenici da je u većini mosfeta već ugrađena, ne pruža dodatnu zaštitu).

Shema ima sljedeći oblik.

Riža. 3. Dijagram uređaja

U slučaju otklanjanja obrnutog kvara i kvara mikrokontrolerske ploče, moguće je provesti prekid galvanskog kruga preko optokaplera.

Na primjer, ovako.

Riža. 4. Proboj galvanskog kruga kroz optokapler

Ako radna logika pretpostavlja brzi odgovor mosfeta na signale s PWM pina (PWM), tada je izlazni signal najbolje unaprijed pojačati bipolarnim tranzistorima, na primjer, ovako.

Riža. 5. Opcija dijagrama uređaja

U slučaju hitne potrebe za upravljanjem mrežom s izmjeničnom strujom 220V iz PWM izlaza, možete koristiti sljedeći dijagram.

Riža. 6. Opcija dijagrama uređaja

Pogodan je za ulogu "automatskog prigušivača" s naprednim postavkama.

Kada radite s tranzistorima s efektom polja, trebali biste biti posebno oprezni, oni se jako boje statičkog elektriciteta. Stoga je potrebno poduzeti sve mjere za uklanjanje statičkog naboja tijekom procesa rada.

Da biste to učinili, trebat će vam prateća dokumentacija (podatkovna tablica) za odabrani tranzistor s efektom polja. Ovdje je vrijedno napomenuti da je potrebno odabrati mosfet iz serije označene kao "Logic Level", oni su razvijeni posebno za rad s mikrokontrolerima.

Iz podatkovne tablice potrebno je razjasniti grafikon ovisnosti parametara tranzistora, na primjer, za IRF630.

Riža. 7. Graf ovisnosti parametara tranzistora

S naponom gejta od 5 Volti (pogledajte liniju u sredini s oznakom 5V) i strujom u krugu (vertikalna koordinatna os) od 5 A, pad napona bit će oko 2 V (vodoravna koordinatna os).

To jest, otpor tranzistora može se izračunati prema Ohmovom zakonu kao 2/8 = 0,25 (Ohm).

S vremenom svaki korisnik Arduino razmišlja o kontroli ne samo LED dioda i uređaja s naponom do 5 volti, već i o kontroli solenoida, motora, LED traka itd., koji koriste 12 volti ili više. Ovaj članak će pogledati kako možete raditi s visokim naponom MOSFET I arduino.

Ovaj članak će raspravljati MOSFET tranzistor - metal-oksid-poluvodič tranzistor s efektom polja, posebno** RFP30N06LE**, ali možete raditi i s drugima.

Počnimo s MOSFET To je tranzistor, ali posebne vrste.
Tranzistori imaju 3 izlaza, koji imaju 2 jednostavne funkcije, prva je preklapanje, druga je pojačanje (u ovom primjeru razmatra se prva funkcija - sklopka). Izlazi se nazivaju na sljedeći način: Ulaz (izvor), tzv Izvor, Izlaz (odvod) - Ocijediti, i upravljanje (kapija, kapak) - Vrata. Prilikom slanja signala visoke razine na vrata (kontrolni pin), tranzistor uključuje se i omogućuje protok struje od izvora do odvoda.

Dakle, spojit ćemo naš motor, solenoid ili lampu na V+, ali ne i na masu (V-). Spojimo masu na odvod (Drain) tranzistora. Kada je naš Arduinošalje signal visoke razine Gate tranzistoru, on prebacuje tranzistor (povezuje Source i Drain) i dovršava krug za motor, solenoid ili lampu.

Spojimo motor na Arduino (dijagram 1)

Spojite solenoid na Arduino (dijagram 2)

Spojite lamu na Arduino (dijagram 3)

Spajanje / Zašto se koristi dioda?

Ova shema je prilično jednostavna. Jedini dio koji izaziva pitanja je upotreba Spustite otpornik. Otpornik drži Gate nisko kada Arduino ne šalje signal visoke razine. Poanta je da ako su žice loše, na primjer, signal može plutati, i kada Arduino ne šalje signal, može ostati zaostali napon i tranzistor može se spontano uključiti. Otpornik Također povlači zaostalo naprezanje prema tlu.

Na dijagramima 1 i 2 također možete primijetiti diodu. Kada povezujete uređaj sa zavojnicom (zavojnicom), bilo da je to relej, solenoid ili motor, uvijek koristite diodu. Što se događa ako ga ne koristimo? Kada prestanete hraniti zavojnicu, obrnuti napon, ponekad i do nekoliko stotina volti, šalje se natrag. Traje samo nekoliko mikrosekundi, ali dovoljno je da nas ubije MOSFET. Dakle, ova dioda dopušta struji da teče u jednom smjeru, obično u pogrešnoj orijentaciji, i ne čini ništa. Ali kada dođe do skoka napona i struja teče u suprotnom smjeru, dioda joj omogućuje da teče natrag u zavojnicu, a ne u tranzistor.

Trebat će nam dioda koja je dovoljno brza da odgovori na trzaj i dovoljno jaka da podnese teret. Diode su prikladne za nas 1N4001 ili SB560. Ako vam je potrebna dodatna zaštita, između njih možete koristiti opto-izolator Arduino i tranzistor. Opto-izolator izolira obje strane kruga, a visoki napon se neće moći vratiti u mikrokontroler i neće ga ubiti.

Također pazite da pravilno spojite diodu! Pruga (obično srebrna) na plus (V+), inače neće biti od koristi, a može učiniti još gore.

Nedostaci/Ograničenja

Tranzistori kao npr RFP30N06LE pogodan za upravljanje snažnim uređajima s vašeg Arduino, ali imaju neka ograničenja. Ova strujna konfiguracija ima smisla samo za prebacivanje istosmjerne struje, stoga nemojte ovo pokušavati i s izmjeničnim izvorom MOSFET-tranzistori imaju ograničenja kao što su napon i struja. RFP30N06LE može podnijeti prebacivanje do 60V, a struja je ograničena na 30A (s hladnjakom i pravilnim spajanjem), također je iznimno važno koristiti hladnjak kada je struja veća od nekoliko ampera, budući da je u ovom slučaju prilično velika količina topline se stvara kada tranzistor radi.

Obično možete samo zalemiti zakrivljeni komad metala na stražnju stranu, samo da raspršite toplinu. Imajte na umu da kada koristite nekoliko tranzistora, nemojte lemiti na zajednički hladnjak, koristite poseban hladnjak za svaki tranzistor, budući da ti tranzistori imaju stražnju stranu spojenu na izlaz (Drain)! To je važno. Također želim napomenuti da je za AC struju bolje koristiti relej.

Izblijedite / Koristite PWM

Znate na Arduino Tamo je PWM(PWM) izlazi, zašto ih ne koristimo? Da, PWM- to je ono što vam omogućuje korištenje analogWrite(PIN, vrijednost). PWM zapravo nije analogni izlaz. Arduino stvarno pulsira (vrlo brzo) od 0 do 5V tako da je prosječni napon negdje između 0 i 5V. Možemo se povezati s PWM izlaz našeg tranzistora i upravljanje svjetlinom svjetla, brzinom motora itd. kao da smo ih izravno povezali s Arduino. Da biste to učinili, samo trebate provjeriti je li tranzistor spojen na PWM Izlaz Arduino.

Kod/skica za Arduino

Vjerojatno vam neće trebati ovaj kod, samo pošaljete signal visoke razine prema Gate-u i BAM-u... Radi. Ali skicirao sam kôd za vas tako da ga možete testirati pomoću PWM. (Ima smisla samo za motor ili žarulju, ne za solenoid).

/////////////////////////////////////////////// // ////////////// //Izdano pod MIT licencom - Molimo ponovno upotrijebite promjenu i podijelite //Jednostavan kod za izlaz PWM sinusnog signala na pinu 9 /////// // ///////////////////////////////////////////// //// ///// #define fadePin 3 void setup())( pinMode(fadePin, OUTPUT); ) void loop())( for(int i = 0; i<360; i++){ //convert 0-360 angle to radian (needed for sin function) float rad = DEG_TO_RAD * i; //calculate sin of angle as number between 0 and 255 int sinOut = constrain((sin(rad) * 128) + 128, 0, 255); analogWrite(fadePin, sinOut); delay(15); } }