Daha yüksek akım cihazları (motorlar, solenoidler, ışıklar, vb.) Bir Arduino tarafından nasıl kontrol edilebilir?


18

Çeşitli projelere uyarlanabilen, geniş çapta uygulanabilir bir çözüm arıyorum.

Şu anda her biri Arduino Uno'dan 800mA'dan 2A'ya kadar kontrol cihazlarını gerektiren birkaç proje üzerinde çalışıyorum. Biri step motorları, biri 12vdc solenoid aktüatörleri, diğeri 12vdc pnömatik valfleri kontrol eder.

Örneğin:

Arduino bir düğmeyi izler ve düğmeye her basıldığında solenoid aktüatörünü tetikler. Arduino, solenoidin gerektirdiği akımı sağlayamadığından, Arduino'nun daha yüksek akımın geçmesine izin veren bir anahtarı (röle, transistör, vb.) Kontrol etmesi için ayrı bir güç kaynağı gereklidir. Step motor için, düzen daha karmaşıktır, çünkü dört ayrı anahtarı kontrol eden dört pim olması gerekir (devrenin birlikte çalışabilirliğini korumak için). Röle bir hava valfini kontrol eder ve ayrıca 12vdc gerektirir.

Ben Arduino pimleri işleyebilir daha yüksek akım cihazları kontrol içeren bu uygulamaların (ve gelecekteki herhangi bir proje) her biri kullanılabilir tek bir devre kullanmayı anlamaya çalışıyorum.

Prototip hızı, standart bileşenler ve düşük maliyet itici faktörlerdir. Anahtarlama hızı, kullanım ömrü ve gürültü de önemlidir.

Bir Arduino pinine bağlanabilen ve yüksek akım cihazını kontrol etmek için kullanılabilen bir devre kartı, devre veya bileşen var mı? İdeal olarak yazılım kontrollü bir potansiyometre ile farklı projelerin direncinin çizimde ayarlanabilmesi.


1
Peki bu kurul neyi kontrol ederdi? Direnç veya voltaj? Yoksa cihazın kendisi mi?
14:45

Kart, cihazın kendisini kontrol ediyor olacaktı. Soruya ayrıntılar ekledim.
jlbnjmn

"Yüksek akım" tanımlayın.
jippie

Yanıtlar:


13

Bu kadar yüksek akımları sürmek için birkaç transistörü kademelendirmeniz gerekebilir (bir Darlington transistörü de kullanabilirsiniz ). Bir çip içine monte edilmiş Darlingtons dizileri vardır (örneğin, ULN2803A'nın 8 darlington transistörü vardır, ancak 500mA ile sınırlıdır).

Muhtemelen daha yüksek güç transistörleri ile uğraşmak zorunda kalacaksınız; örnek olarak, 2A akımını (4A pik) değiştirmeyi destekleyen STMicroelectronics TIP110'u buldum , ancak muhtemelen ısıyı dağıtmak için bir soğutucuya ihtiyaç duyacaktı.

Stepper'larınızın gerçekten 2A akıma ihtiyacı olup olmadığını merak ediyorum (bu kadar büyük mü?). Stepper'lar için, genellikle L293D'yi kolayca sürdürebilen IC bulabilirsiniz, ancak bu "sadece" 600mA) sürebilir.

Sonuç olarak, tüm cihazlarınız farklı olduğundan ve uygun devre tarafından çalıştırılması gerektiğinden "tek beden herkese uyar" çözümü bulamayacağınızdan korkuyorum.

Düzenle:

Büyük boy prototipleme durumunuzda bir sorun olmadığından , normal bipolar transistörler yerine bir MOSFET ile gidebilirsiniz . Bir MOSFET, standart transistörlerden daha yüksek akım ve gerilimler sağlayabilir.

Olumsuz gerçekten olamaz böylece (bir röle örneğin gibi) sadece bir anahtar olarak kullanabilir ve bir sürücü cihazlarınız için kesin güç. Sanırım bu bir Step motor veya bir Solenoid için önemli değil, ancak sürüş lambaları için önemli olabilir.

Ancak iyi bir nokta, MOSFET anahtarlama hızı bu tür amaçlar için yeterince iyi olduğu için hala PWM'yi kullanabilmenizdir.

Fiyat ile ilgili olarak, orada birçok farklı MOSFET vardır, ama sanırım 1 $ 'dan daha düşük bir fiyata kendi ihtiyaçlarınıza (12V, 2A) uyan bir tane bulabilirsiniz.

Bu konuyla ilgili bu harika makaleye göz atmanızı tavsiye ederim .


2A solenoidler içindir. Tek bedene uyan her şeyin zor olduğunu ve üretim için ideal olmadığını anlıyorum. Bu durumda amaç, aşırı bina kabul edilebilir olduğunda daha hızlı prototip üretmektir.
jlbnjmn

1
Bir TIP110 ile bile, muhtemelen Arduino çıkış pimi arasına daha küçük bir transistör eklemeniz gerekeceğine dikkat edin, çünkü bir TIP110 tabanına bir Arduino pimi için çok yüksek olan 50mA çizebilir.
jfpoilpret

TIP 120 bunun için ideal olduğunu düşünüyorum, veri sayfasına göre, 5A ve 6V'a
idare edebiliyor

7

Daha yüksek yükleri değiştirmenin birçok yolu vardır ve jfpoilpret bazı iyi seçenekleri tanımlamıştır. Çoğunlukla nispeten yavaş anahtarlama hızları için uygun olan (yani genellikle PWM için uygun olmayan) birkaç röle tabanlı çözümü özetleyeceğim.

Katı Hal Röleleri
Katı Hal Röleleri (SSR'ler), yarı iletken tabanlı etkin anahtarlardır. Gereksinimlerinize bağlı olarak çok çeşitli konfigürasyonlarda gelirler, ancak anahtar faktör, hareketli parçalarının olmamasıdır. Bu, doğru kullanıldıklarında uzun vadede çok güvenilir olabilecekleri anlamına gelir.

Dahili olarak, genellikle MOSFET'ler ve tristörler veya benzerlerinden oluşurlar. Bu, teoride oldukça yüksek anahtarlama hızlarına ulaşmalarını sağlayabilir. Bununla birlikte, pratikte, ne kadar fazla güç için tasarlanırsa, hızlı bir şekilde geçiş yapmak o kadar zor olur. Bu, yüksek hız + yüksek gücün oldukça pahalı olabileceği anlamına gelir.

Akılda tutulması gereken kritik bir faktör, DC yerine AC'yi değiştirmek istiyorsanız genellikle farklı bir SSR türüne ihtiyacınız olacaktır. Bazılarının güç kaynaklarınızı ayrı tutmak için yerleşik bir opto-izolatör veya benzeri ile geleceğini de unutmayın.

Elektro Mekanik Röleler
Bu daha 'geleneksel' bir yaklaşımdır. Elektro Mekanik Röle (EMR), elektromanyetik bobin tarafından kontrol edilen mekanik bir anahtar içeren oldukça basit bir bileşendir. Anahtar normalde açıksa, bir kontrol akımı uygulandığında bobin onu çeker. Aksine, bir kontrol akımı uygulandığında normalde kapalı bir anahtar çekilir.

EMR'lerin SSR'ler gibi şeylere göre birçok avantajı vardır. En belirgin olanı maliyettir - sadelikleri onları oldukça ucuz hale getirir ve daha yüksek güçlü sürümler için maliyet çok keskin bir şekilde yükselmez. Ayrıca, kontrol ve yük doğal olarak izole edilmiştir ve AC veya DC'yi değiştirip değiştirmediğinizi umursamazlar.

Yine de birkaç dezavantajı var. Mekanik yönü, EMR'lerin genellikle mekanik olmayan anahtarlama çözümlerinden çok daha yavaş olduğu ve temas sıçramalarından muzdarip olabileceği anlamına gelir. Ek olarak, fiziksel olarak yıpranabilirler ve şoklar, titreşimler ve (potansiyel olarak) diğer manyetik alanlar gibi şeylerden etkilenebilirler.

EMR kullanmak üzere bir devre tasarlarken, arka EMF'den (elektromotor kuvvet) haberdar olmak önemlidir. Bir kontrol akımı uygulandığında, bobin bir indüktör görevi görür ve yükü elektromanyetik olarak depolar. Kontrol akımı durdurulduğunda, depolanan şarj kontrol devresi boyunca geri dönerek büyük bir negatif voltaj yükselmesi oluşturabilir (potansiyel olarak ilk başta uygulanandan çok daha büyük).

Bu sivri maalesef bağlı bileşenlere veya mikrodenetleyici pimlerine zarar verebilir / onları yok edebilir. Rölenin kontrol kontakları boyunca ters yönde bir diyot yerleştirilerek tipik olarak önlenir / hafifletilir . Bu bağlamda, bazen bir geri dönüş diyotu olarak bilinir ve EMF'nin güvenli bir şekilde dağılmasına izin verir.


Jfpoilpret ile bağlantılı makalede açıklanan şekilde kullanılan bir MOSFET'in bu uygulamalar için elektromekanik röleye uygun bir alternatif olacağını söyleyebilir misiniz?
jlbnjmn

Evet, tarif ettiğiniz uygulamalar için bir MOSFET'in yeterli olacağını umuyorum. Ancak statik deşarja karşı duyarlı olduklarını unutmayın, bu nedenle onları tutarken uygun önlemleri alın.
Peter Bloomfield

3

Jfpoilpret'in daha önce söylediği gibi, bir güç MOSFET, 12 VDC gücünü 44 A'ya kadar olan cihazlara AÇMAK ve KAPATMAK için harikadır. Her biri 1 doların altında bir düzine onlarca güç MOSFET'i vardır. Çok daha yüksek akım ve voltajı işleyebilen daha pahalı MOSFET'ler mevcuttur.

Prensip olarak, bir mikrodenetleyici ve bir avuç transistör ve birkaç küçük parça ile bir step motor sürmek mümkündür. Bununla birlikte, birçok kişi bir "step sürücü yongası" kullanmayı tercih eder, bu nedenle bir yazılım hatasının yanlışlıkla güç kaynağını toprağa kısaltacak şekilde (tipik olarak en az 2 transistörü yok ederek) transistörleri açması imkansızdır. Birçok yeni step sürücü çipi ayrıca mikro adım atma, akım sınırlama, termal aşırı yük koruması ve diğer güzel özellikleri ele alır.

Şimdiye kadar duyduğum tüm step sürücü çipleri ve bu çipleri kullanan birkaç hazır dağıtım kartı http://reprap.org/wiki/stepper_motor_driver adresinde listelenmiştir .

Özellikle, gördüğüm RepRap 3D yazıcıların çoğu, beş step motor sürmek için bir Arduino'yu dört Pololu step sürücüye (her biri 15 doların altında) bağlar .


0

Bir MTP3055V MOSFET 60V 12A transistör kullanarak bir 12V Peltier'e (aynı zamanda yüksek bir güç kaynağıdır) güç sağlamak için Arduino (Arduino Nano) devresi yaptım. Ve devre çok iyi çalışıyor.

Sitemizi kullandığınızda şunları okuyup anladığınızı kabul etmiş olursunuz: Çerez Politikası ve Gizlilik Politikası.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.