Управление мощной нагрузкой постоянного тока: методы и схемы подключения

alexxlabРазное
Как правильно подключить мощную нагрузку постоянного тока к микроконтроллеру. Какие существуют способы управления реле, двигателями и другими потребителями большого тока. Какие схемы использовать для защиты устройств.

Содержание

Особенности управления мощной нагрузкой постоянного тока

При работе с мощными потребителями постоянного тока (реле, двигатели, мощные светодиоды и др.) возникает проблема — выходы микроконтроллеров не способны обеспечить требуемый ток и напряжение. Как правило, максимальный выходной ток пина микроконтроллера составляет 10-20 мА при напряжении 3.3-5В. Этого недостаточно для прямого управления большинством мощных нагрузок.

Для решения этой проблемы применяются различные схемы с использованием транзисторов, которые выступают в роли усилителей тока. Рассмотрим основные способы подключения и управления мощной нагрузкой постоянного тока.

Управление нагрузкой с помощью биполярного транзистора

Наиболее простой способ — использование биполярного транзистора. Схема подключения выглядит следующим образом:


  • Коллектор подключается к нагрузке
  • Эмиттер — на землю
  • База — к выходу микроконтроллера через резистор

При подаче логической единицы на базу транзистор открывается и пропускает ток через нагрузку. Для выбора транзистора нужно учитывать следующие параметры:

  • Максимальный ток коллектора Ic — должен быть больше тока нагрузки
  • Коэффициент усиления по току hFE — чем больше, тем меньший ток базы требуется
  • Максимальное напряжение коллектор-эмиттер Vce — должно превышать напряжение питания нагрузки

Популярные транзисторы для такого применения: BC547, 2N2222, KT315 и др.

Защита от обратных выбросов напряжения

При управлении индуктивной нагрузкой (реле, двигатели) необходимо обеспечить защиту от обратных выбросов напряжения. Для этого параллельно нагрузке устанавливается диод, который шунтирует выброс ЭДС самоиндукции.

Без такой защиты возможен пробой транзистора из-за высоковольтного импульса при отключении тока в индуктивности.

Составные транзисторы для больших токов

Если мощности одного транзистора недостаточно, применяют составные транзисторы (схема Дарлингтона). В такой схеме один транзистор управляет другим, что позволяет получить очень высокий коэффициент усиления по току.


Готовые составные транзисторы выпускаются в виде отдельных компонентов, например TIP120, TIP122. Также существуют сборки из нескольких составных транзисторов в одном корпусе, например ULN2003A.

Использование полевых транзисторов MOSFET

Для управления особо мощными нагрузками (десятки ампер) часто применяют полевые MOSFET транзисторы. Их преимущества:

  • Управление напряжением, а не током
  • Очень низкое сопротивление в открытом состоянии
  • Способность коммутировать большие токи

Популярные модели MOSFET транзисторов: IRF530, IRLZ44N, IRL3705N.

Драйверы для управления MOSFET

Для полного открытия MOSFET транзистора часто требуется напряжение выше, чем может обеспечить микроконтроллер. В этом случае применяют специализированные драйверы, например:

  • IR2101 — полумостовой драйвер
  • TC4420 — драйвер с высокой нагрузочной способностью
  • UCC27517 — быстродействующий драйвер

Драйверы обеспечивают формирование оптимальных управляющих сигналов и защиту транзисторов.

Защита MOSFET транзисторов

MOSFET транзисторы чувствительны к статическому электричеству. При работе с ними необходимо соблюдать меры предосторожности:


  • Хранить в антистатической упаковке
  • Использовать заземляющий браслет при монтаже
  • Не оставлять затвор неподключенным — ставить подтягивающий резистор

Выбор схемы управления нагрузкой

При выборе оптимальной схемы управления нагрузкой постоянного тока следует учитывать несколько факторов:

  • Требуемый ток и напряжение нагрузки
  • Тип нагрузки (активная, индуктивная)
  • Необходимость ШИМ-регулирования
  • Требования к скорости переключения
  • Доступность компонентов

Для токов до 1-2А обычно достаточно простой схемы на биполярном транзисторе. Для больших токов или при необходимости ШИМ-управления лучше использовать MOSFET с драйвером.

Заключение

Правильный выбор схемы управления мощной нагрузкой постоянного тока позволяет обеспечить надежную и эффективную работу устройства. Ключевые моменты:

  • Использование транзисторных ключей для усиления управляющего сигнала
  • Защита от обратных выбросов напряжения для индуктивных нагрузок
  • Применение MOSFET и драйверов для больших токов
  • Соблюдение мер защиты от статического электричества

При разработке важно провести расчет всех элементов схемы и учесть особенности конкретной нагрузки. Это позволит создать надежное и долговечное устройство для управления мощными потребителями постоянного тока.



Управление мощной нагрузкой через транзистор

Содержание

  • 1 Пусковой ток при включенном переключателе нагрузки
  • 2 Эквивалентная схема переключателя нагрузки
  • 3 Схема переключателя силового полевого МОП-транзистора
  • 4 Идеи по проектированию устройства

Электронный выключатель нагрузки – это устройство, не имеющее движущихся частей, которое работает как реле. Обычно два полевых МОП-транзистора действуют как переключающий элемент, один из которых является N-канальным, а другой – P-канальным.

Пусковой ток при включенном переключателе нагрузки

Когда переключатель нагрузки (транзистор Q1 на схеме) включен, временно протекает большой ток, намного превышающий установившийся. Если заряд конденсатора близок к нулю, возникает большой бросок тока, напряжение подается на выход Vo, что приводит к мгновенному и большому заряду в протекающем токе. Этот чрезмерный ток часто называют пусковым.

Пик пускового тока в значительной степени определяется входным напряжением Vi, сопротивлением Rds (on) полевого МОП-транзистора Q1, ESR емкости CL на стороне нагрузки и увеличивается вместе с входным напряжением Vi. Чрезмерно большой пусковой ток может вызвать сбои или неисправности схемы. Превышение максимального номинального тока также может привести к повреждению.

Но добавляя конденсатор C2 параллельно резистору R1, подключенному между затвором и истоком полевого МОП-транзистора Q1, можно замедлить снижение напряжения затвора, что постепенно уменьшит Rds (on) и сгладит пусковой ток.

Противодействие пусковому току (когда переключатель нагрузки Nch MOSFET включен)

Переключателем нагрузки тут выступает MOSFET RSQ020N03, Vin = 5 В, Io = 1 А.

  • Переключатель Q1 включен, когда Q2 выключен (напряжение затвора Q1 будет больше, чем Vo (Q1 Vgs)).
  • Переключатель нагрузки Q1 выключен, когда Q2 включен.
  • В качестве контрмеры был добавлен C2 для минимизации пускового тока при включении Q1.

Эквивалентная схема переключателя нагрузки

Даже когда переключатель нагрузки Q1 переключается с ВКЛ на ВЫКЛ, напряжение на выходном выводе Vo будет всё-ещё оставаться в течение определенного периода времени в зависимости от емкости CL нагрузки на выходной стороне.

Если напряжение на Vi ниже чем Vo, обратный ток может течь с выхода Vo на вход Vin через паразитный диод, образованный между стоком и истоком полевого МОП-транзистора Q1. Необходимо убедиться, что номинальный ток полевого транзистора Q1 не превышается ни при каких обстоятельствах. Кроме того, при определении значения емкости входного шунтирующего конденсатора CIN, следует учитывать время нарастания с учетом условий нагрузки.

Вот эквивалентная принципиальная схема переключателя нагрузки:

А теперь перейдём к практике и соберём реально работающий переключатель нагрузки на силовом полевом транзисторе MOSFET. Тут обычный небольшой ползунковый переключатель будет управлять функцией включения / выключения питания.

Схема переключателя силового полевого МОП-транзистора

Эта схема является альтернативой мощным тумблерам, поскольку в ней используется небольшой ползунковый переключатель слабого тока коммутации для управления полевым МОП-транзистором, который может держать уровень рассеиваемой мощности примерно до 50 Вт. Схема также имеет встроенную оптопару, которая упрощает управление полевым МОП-транзистором с помощью гальванически изолированного внешнего сигнала или цифрового выхода микроконтроллера (Ардуино например). Более того, поскольку основной ток не проходит через механический ползунковый переключатель / оптопару, можно использовать различные, даже самые слабые компоненты.

Ключевой частью схемы, предназначенной в первую очередь для работы с 12 В постоянного тока, является силовой МОП-транзистор IRF9540 с P-каналом (T1). Питание может подаваться на разъем CN1 (DC-IN), при этом ползунковый переключатель управляет питанием на разъеме CN2 (DC-OUT). Чтобы использовать внешний сигнал для управления T1, установите ползунковый переключатель (S1) в положение «выключено», а затем подайте управляющий сигнал от Arduino через 2-х контактный разъем CN3.

Обратите внимание, что схема не имеет функций защиты входа от обратной полярности, поэтому напряжение постоянного тока и внешний управляющий сигнал следует вводить в схему с правильной полярностью. Кроме того, может потребоваться изменить значение резистора R3 ограничителя тока оптопары (по умолчанию 220 Ом), если планируется использовать нестандартный внешний управляющий сигнал.

Идеи по проектированию устройства

Переключатель нагрузки состоит из двух основных элементов – транзистора и механизма управления, как показано на схеме. Проходной транзистор чаще всего представляет собой полевой МОП-транзистор (N-канальный или P-канальный), который передает напряжение на заданную нагрузку, когда он открыт. Выбор P-канального или N-канального MOSFET зависит от конкретных потребностей устройства. Но P-канальный MOSFET имеет явное преимущество перед N-канальным в простоте механизма управления включением / выключением. Здесь N-канальный MOSFET требует дополнительной шины напряжения для затвора (P-канальный не требует).

Базовая схема переключателя нагрузки силового полевого МОП-транзистора

На рисунке показан пример схемы переключателя нагрузки с P-канальным силовым МОП-транзистором. Здесь внешний переключатель / управляющий сигнал включает и выключает MOSFET через слабый транзистор. Когда вход переключателя / управления имеет низкий уровень, тот транзистор выключен, а затвор полевого МОП-транзистора подтягивается до VIN. Но когда вход переключателя / управления высокий по уровню, малосигнальный транзистор включается, затвор полевого МОП-транзистора опускается, и он включается тоже. Пока входное напряжение на шине выше порогового напряжения полевого МОП-транзистора, он будет включаться, когда вход переключателя / управления находится в состоянии высоком, без необходимости в дополнительном источнике напряжения. Подтягивающий резистор выбирается таким образом, чтобы через него проходил небольшой ток, когда малосигнальный транзистор включен (стандартный диапазон сопротивления от 1 кОм до 10 кОм).

Проще говоря, полевой МОП-транзистор можно рассматривать как переменный резистор, сопротивление сток-исток которого (Rds) является функцией разности напряжений на выводах затвор-исток (Vgs). Если нет разницы потенциалов между затвором-истоком, тогда сопротивление сток-исток очень велико и ток не течет. С другой стороны, если имеется соответствующее напряжение затвор-исток, сопротивление сток-исток очень низкое и действует как замкнутый переключатель, таким образом ток течет через него в нагрузку.

Транзистор MOSFET должен иметь номинальный постоянный ток превышающий максимальный ток нагрузки предлагаемого применения.

Тестирование на макетной плате переключателя нагрузки с силовым полевым транзистором показано на фото.

В общем предлагаемое схемное решение уже много раз доказало свою ценность в различных проектах (в том числе в автомобиле), как надёжный, безопасный и долговечный коммутатор.

Управление нагрузкой постоянного тока.

⇐ ПредыдущаяСтр 21 из 29Следующая ⇒

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — реле, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный силовой светодиод-прожектор. Короче, все что потребляет больше 15мА и/или требует напряжения питания больше 5 вольт.

Вот взять, например, реле. Пусть это будет BS-115C. Ток обмотки порядка 80мА, напряжение обмотки 12 вольт. Максимальное напряжение контактов 250В и 10А.

Подключение реле к микроконтроллеру это задача которая возникала практически у каждого. Одна проблема — микроконтроллер не может обеспечить мощность необходимую для нормальной работы катушки. Максимальный ток который может пропустить через себя выход контроллера редко превышает 20мА и это еще считается круто — мощный выход. Обычно не более 10мА. Да напряжение у нас тут не выше 5 вольт, а релюшке требуется целых 12. Бывают, конечно, реле и на пять вольт, но тока жрут больше раза в два. В общем, куда реле не целуй — везде жопа. Что делать?

Первое что приходит на ум — поставить транзистор. Верное решение — транзистор можно подобрать на сотни миллиампер, а то и на амперы. Если не хватает одного транзистора, то их можно включать каскадами, когда слабый открывает более сильный.

Поскольку у нас принято, что 1 это включено, а 0 выключено (это логично, хотя и противоречит моей давней привычке, пришедшей еще с архитектуры AT89C51), то 1 у нас будет подавать питание, а 0 снимать нагрузку. Возьмем биполярный транзистор. Реле требуется 80мА, поэтому ищем транзистор с коллекторным током более 80мА. В импортных даташитах этот параметр называется I

c, в наших Iк. Первое что пришло на ум — КТ315 — шедевральный совковый транзистор который применялся практически везде 🙂 Оранжевенький такой. Стоит не более одного рубля. Также прокатит КТ3107 с любым буквенным индексом или импортный BC546 (а также BC547, BC548, BC549). У транзистора, в первую очередь, надо определить назначение выводов. Где у него коллектор, где база, а где эмиттер. Сделать это лучше всего по даташиту или справочнику.

Обратите внимание на коллекторный ток — Ic = 100мА и маркировку выводов.

Если смотреть на его лицевую сторону, та что с надписями, и держать ножками вниз, то выводы, слева направо: Эмиттер, Колектор, База.

Берем транзистор и подключаем его по такой схеме:

Коллектор к нагрузке, эмиттер, тот что со стрелочкой, на землю. А базу на выход контроллера.

Транзистор это усилитель тока, то есть если мы пропустим через цепь База-Эмиттер ток, то через цепь Колектор-Эмиттер сможет пройти ток равный входному, помноженному на коэффициент усиления hfe.hfe для этого транзистора составляет несколько сотен.

Максимальное напряжение вывода микроконтроллера при подаче в порт единицы = 5 вольт (падением напряжения в 0.7 вольт на База-Эмиттерном переходе тут можно пренебречь). Сопротивление в базовой цепи равно 10000 Ом. Значит ток, по закону Ома, будет равен 5/10000=0.0005А или 0.5мА — совершенно незначительный ток от которого контроллер даже не вспотеет. А на выходе в этот момент времени будет Ic=Ibe*hfe=0.0005*300 = 0.150А. 150мА больше чем чем 100мА, но это всего лишь означает, что транзистор откроется нараспашку и выдаст максимум что может.

А значит наша релюха получит питание сполна.

Все счастливы, все довольны? А вот нет, есть тут западло. В реле же в качестве исполнительного элемента используется катушка. А катушка имеет неслабую индуктивность, так что резко оборвать ток в ней невозможно. Если это попытаться сделать, то потенциальная энергия, накопленная в электромагнитом поле, вылезет в другом месте. При нулевом токе обрыва, этим местом будет напряжение — при резком прерывании тока, на катушке будет мощный всплеск напряжения, в сотни вольт. Если ток обрывается механическим контактом, то будет воздушный пробой — искра. А если обрывать транзистором, то его просто напросто угробит.

Надо что то делать, куда то девать энергию катушки. Не проблема, замкнм ее на себя же, поставив диод. При нормальной работе диод включен встречно напряжению и ток через него не идет. А при выключении напряжение на индуктивности будет уже в другую сторону и пройдет через диод.

Правда эти игры с бросками напряжения гадским образом сказываются на стабильности питающей сети устройства, поэтому имеет смысл возле катушек между плюсом и минусом питания вкрутить электролитический конденсатор на сотню другую микрофарад. Он примет на себя большую часть пульсации.

Красота! Но можно сделать еще лучше — снизить потребление. У реле довольно большой ток срывания с места, а вот ток удержания якоря меньше раза в три. Кому как, а меня давит жаба кормить катушку больше чем она того заслуживает. Это ведь и нагрев и энергозатраты и много еще чего. Берем и вставляем в цепь еще и полярный конденсатор на десяток другой микрофарад с резистором. Что теперь получается:



При открытии транзистора конденсатор С2 еще не заряжен, а значит в момент его заряда он представляет собой почти короткое замыкание и ток через катушку идет без ограничений. Недолго, но этого хватает для срыва якоря реле с места. Потом конденсатор зарядится и превратится в обрыв. А реле будет питаться через резистор ограничивающий ток. Резистор и конденсатор следует подбирать таким образом, чтобы реле четко срабатывало. После закрытия транзистора конденсатор разряжается через резистор. Из этого следует встречное западло — если сразу же попытаться реле включить, когда конденсатор еще не разрядился, то тока на рывок может и не хватить. Так что тут надо думать с какой скоростью у нас будет щелкать реле. Кондер, конечно, разрядится за доли секунды, но иногда и этого много.

Добавим еще один апгрейд. При размыкании реле энергия магнитного поля стравливается через диод, только вот при этом в катушке продолжает течь ток, а значит она продолжает держать якорь. Увеличивается время между снятием сигнала управления и отпаданием контактной группы. Западло. Надо сделать препятствие протеканию тока, но такое, чтобы не убило транзистор. Воткнем стабилитрон с напряжением открывания ниже предельного напряжения пробоя транзистора. Из куска даташита видно, что предельное напряжение Коллектор-База (Collector-Base voltage) для BC549 составляет 30 вольт. Вкручиваем стабилитрон на 27 вольт — Profit!

В итоге, мы обеспечиваем бросок напряжения на катушке, но он контроллируемый и ниже критической точки пробоя. Тем самым мы значительно (в разы!) снижаем задержку на выключение.

Разумеется вместо реле можно воткнуть и лампочку и соленоид и даже моторчик, если по току проходит. Реле взято как пример. Ну и, естественно, для лампочки не потребуется весь диодно-конденсаторный обвес.

Когда на раскачку нагрузки мощности одного транзистора не хватает, то применяют составной транзистор (транзистор Дарлингтона). Тут суть в том, что один транзистор открывает другой. А вместе они работают как единый транзистор с коэффициентом усиления по току равным произведению коэффициентов первого и второго транзов.


Если взять, например, транзистор MJE3055T у него максимальный ток 10А, а коэффициент усиления всего около 50, соответственно, чтобы он открылся полностью, ему надо вкачать в базу ток около двухста миллиампер. Обычный вывод МК столько не потянет, а если влючить между ними транзистор послабже (какой-нибудь BC337), способный протащить эти 200мА, то запросто. Но это так, чтобы знал. Вдруг придется городить управление из подручного хлама — пригодится.

На практике обычно используются готовые транзисторные сборки. Внешне от обычного транзистора ничем не отличается. Такой же корпус, такие же три ножки. Вот только мощи в нем больно дофига, а управляющий ток микроскопический 🙂 В прайсах обычно не заморачиваются и пишут просто — транзистор Дарлигнтона или составной транзистор.

Например пара BDW94C (NPN) и BDW94B (PNP) Вот их внутренняя структура из даташита.


Обрати внимание, что там уже встроен защитный диод (нужен для защиты транзистора от пробоя при обрыве индуктивной нагрузки) и есть дополнительные резисторы. Когда VT1 закрыт то у него все равно есть ток утечки, так вот чтобы он не приоткрывал транзистор VT2 ставят R2, который отводит через себя значительную часть этого тока. R1 стоит для той же цели, но для защиты от утечки со стороны внешнего мира.


Мало того, существуют сборки дарлингтонов. Когда в один корпус упаковывают сразу несколько. Незаменимая вещь когда надо рулить каким-нибудь мощным светодиодным таблом или шаговым двигателем (хотя там лучше L298 или L293 я еще не встречал). Отличный пример такой сборки — очень популярная и легко доступная ULN2003, способная протащить до 500мА на каждый из своих семи сборок. Выходы можно включать в параллель, чтобы повысить предельный ток. Итого, одна ULN может протащить через себя аж 3.5А, если запараллелить все ее входы и выходы. Что мне в ней радует — выход напротив входа, очень удобно под нее плату разводить. Напрямик.

В даташите указана внутренняя структура этой микросхемы. Как видишь, тут также есть защитные диоды. Несмотря на то, что нарисованы как будто бы операционные усилители, здесь выход типа открытый коллектор. То есть он умеет замыкать только на землю. Что становится ясно из того же даташита если поглядеть на структуру одного вентиля.


Что до практического применения, то вот таким макаром, через одну ULN2003 можно рулить, например, семью релюшками или соленоидами.

 

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы.
Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением.

МОП (по буржуйски MOSFET) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.

Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана. Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной, по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.

Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.

МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.

Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).

У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.

Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314, способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.

Одной из проблем состыковки MOSFET транзистора и микроконтроллера (или цифровой схемы) является то, что для полноценного открытия до полного насыщения этому транзистору надо вкатить на затвор довольно больше напряжение. Обычно это около 10 вольт, а МК может выдать максимум 5.

Тут вариантов три:

  • На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением
  • применить специальную микросхему драйвер, которая сама сформирует нужный управляющий сигнал и выровняет уровни между контроллером и транзистором. Типичные примеры драйверов это, например, IR2117.

 

  • Надо только не забывать, что есть драйверы верхнего и нижнего плеча (или совмещенные, полумостовые). Выбор драйвера зависит от схемы включения нагрузки и комутирующего транзистора. Если обратишь внимание, то увидишь что с драйвером и в верхнем и нижнем плече используются N канальные транзисторы. Просто у них лучше характеристики чем у P канальных. Но тут возникает другая проблема. Для того, чтобы открыть N канальный транзистор в верхнем плече надо ему на затвор подать напряжение выше напряжения стока, а это, по сути дела, выше напряжения питания. Для этого в драйвере верхнего плеча используется накачка напряжения. Чем собственно и отличается драйвер нижнего плеча от драйвера верхнего плеча.
  • Применить транзистор с малым отпирающим напряжением. Например из серии IRL630A или им подобные. У них открывающие напряжения привязаны к логическим уровням. У них правда есть один недостаток — их порой сложно достать. Если обычные мощные полевики уже не являются проблемой, то управляемые логическим уровнем бывают далеко не всегда.

Но вообще, правильней все же ставить драйвер, ведь кроме основных функций формирования управляющих сигналов он в качестве дополнительной фенечки обеспечивает и токовую защиту, защиту от пробоя, перенапряжения, оптимизирует скорость открытия на максимум, в общем, жрет свой ток не напрасно.

Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или ID выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это VGS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость ID от VDS при разных значениях VGS. И прикидыываешь какой у тебя будет режим.

Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:

Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4.5/8=0.56Ом. А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I2R. При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630.

При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.

Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или ton,toff, в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора Ciss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет меньше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.

При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО. Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).

А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков.

 

 

⇐ Предыдущая16171819202122232425Следующая ⇒

Управление нагрузкой постоянного тока

Надо чтобы ардуино «нажимало» кнопку. Извините если вопрос слишком глупый. Эти ссылки уже наверное раз тый на форуме привожу, скоро на хотекей их вешать буду ; Хотя и через гугл найти их не так сложно. Я, в свое время, нашел. Кнопка напрямую управляет мотором или через схему управления? В данном случае, можно было бы обойти контроллер, который управляет двигателем и подключить непосредственно к силовым ключам или что там


Поиск данных по Вашему запросу:

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам.

Содержание:

  • 062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку?
  • 1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
  • Управление мощной нагрузкой постоянного тока
  • Управление мощной нагрузкой. Отличие полевого транзистора от биполярного. Сфера их применения
  • Ключ для управления мощной нагрузкой постоянного тока с помощью низкого напряжения
  • Как подключить мощную нагрузку к микроконтроллеру
  • Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе
  • Как подключить мощную нагрузку к микроконтроллеру

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Самодельное твердотельное реле постоянного напряжения 12В-36В 16А

062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку?


В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера — светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли.

И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите:. Я кратенько, в рекомендательной форме, покажу наиболее распространенные способы подключения нагрузки если Вы что-то захотите добавить — буду только рад. Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале микроконтроллер все-таки цифровое устройство и не будем отходить от общей логики: 1 -включено, 0 -выключено.

Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т. Такая нагрузка наиболее просто и наиболее часто подключается к микроконтроллеру. Самый простой и, наверно, чаще всего используемый способ, если речь идет о светодиодах.

Резистор нужен для того, чтобы ограничить ток протекающий, через ножку микроконтроллера до допустимых 20мА. Его называют балластным или гасящим. Примерно рассчитать величину резистора можно зная сопротивление нагрузки Rн. Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте Ом и Вы защитите порт от перегрузки.

Достоинство способа очевидно — простота. Если так случилась, что Ваша нагрузка потребляет более 20мА, то, ясное дело, резистор тут не поможет. Нужно как-то увеличить читай усилить ток. Что применяют для усиления сигнала? Для усиления удобней применять n-p-n транзистор, включенный по схеме ОЭ. При таком способе можно подключать нагрузку с большим напряжением питания, чем питание микроконтроллера. Резистор на базе — ограничительный. Может варьироваться в широких пределах кОм , в любом случае транзистор будет работать в режиме насыщения.

Транзистор может быть любой n-p-n транзистор. Коэффициент усиления, практически не имеет значения. Выбирается транзистор по току коллектора нужный нам ток и напряжению коллектор-эмиттер напряжение которым запитывается нагрузка. Еще имеет значение рассеиваемая мощность — чтоб не перегрелся. Ну а если ток нашей нагрузки лежит в пределах десятка ампер? Биполярный транзистор применить не получиться, так как токи управления таким транзистором велики и скорей всего превысят 20мА.

Полевой транзистор просто замечательная штука, так как он управляется не током, а потенциалом на затворе. Это делает возможным микроскопическим током на затворе управлять большими токами нагрузки. Для нас подойдет любой n-канальный полевой транзистор. Выбираем, как и биполярный, по току, напряжению и рассеиваемой мощности. При включении полевого транзистора нужно учесть ряд моментов: — так как затвор, фактически, является конденсатором, то в моменты переключения транзистора через него текут большие токи кратковременно.

Для того чтобы ограничить эти токи в затвор ставиться ограничивающий резистор. У полевого транзистора на фоне всех его положительных качеств есть недостаток. Платой за управление малым током является медлительность транзистора. ШИМ, конечно, он потянет, но на превышение допустимой частоты он Вам ответит перегревом. Альтернативой применения полевого транзистора при сильноточной нагрузке является применение составного транзистора Дарлингтона.

Внешне это такой-же транзистор, как скажем, биполярный, но внутри для управления мощным выходным транзистором используется предварительная усилительная схема. Это позволяет малыми токами управлять мощной нагрузкой. Применение транзистора Дарлингтона не так интересно, как применение сборки таких транзисторов. Есть такая замечательная микросхема как ULN В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до мА, причем их можно включать параллельно для увеличения тока.

Микросхема очень легко подключается к микроконтроллеру просто ножка к ножке имеет удобную разводку вход напротив выхода и не требует дополнительной обвязки. В результате такой удачной конструкции ULN широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда. Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока чаще всего v , то тут все сложней, но не на много. Самым простым и, наверное, самым надежным есть подключение при помощи реле.

Катушка реле, сама собой, является сильноточной нагрузкой, поэтому напрямую к микроконтроллеру ее не включишь. Реле можно подключить через транзистор полевой или биполярный или через туже ULN, если нужно несколько каналов.

Достоинства такого способа большой коммутируемый ток зависит от выбранного реле , гальваническая развязка. Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене. Если нужно управлять мощной нагрузкой переменного тока а особенно если нужно управлять мощностью выдаваемой на нагрузку димеры , то Вам просто не обойтись без применения симистора или триака. Симистор открывается коротким импульсом тока через управляющий электрод причем как для отрицательной, так и для положительной полуволны напряжения.

Закрывается симистор сам, в момент отсутствия напряжения на нем при переходе напряжения через ноль. Вот тут начинаются сложности. Микроконтроллер должен контролировать момент перехода через ноль напряжения и в точно определенный момент подавать импульс для открытия симистора — это постоянная занятость контроллера. Еще одна сложность это отсутствие гальванической развязки у симистора. Приходится ее делать на отдельных элементах усложняя схему.

Хотя современные симисторы управляются довольно малым током и их можно подключить напрямую через ограничительный резистор к микроконтроллеру, из соображений безопасности приходится их включать через оптические развязывающие приборы. Причем это касается не только цепей управления симистором, но и цепей контроля нуля. Довольно неоднозначный способ подключения нагрузки. Так как с одной стороны требует активного участия микроконтроллера и относительно сложного схемотехнического решения.

С другой стороны позволяет очень гибко манипулировать нагрузкой. Еще один недостаток применения симисторов — большое количество цифрового шума, создаваемого при их работе — нужны цепи подавления. Симисторы довольно широко используются, а в некоторых областях просто незаменимы, поэтому достать их не составляет каких либо проблем. Очень часто в радиолюбительстве применяют симисторы типа BT Здесь же я отдельно вынес такой важный практический вопрос, как подключение индуктивных датчиков с транзисторным выходом, которые в современном промышленном оборудовании — повсеместно.

Кроме того, приведены реальные инструкции к датчикам и ссылки на примеры. Принцип активации работы датчиков при этом может быть любым — индуктивные приближения , оптические фотоэлектрические , и т. В первой части были описаны возможные варианты выходов датчиков. По подключению датчиков с контактами релейный выход проблем возникнуть не должно.

А по транзисторным и с подключением к контроллеру не всё так просто. Ниже для примера даны схемы подключения датчиков с транзисторным выходом. Нагрузка — как правило, это вход контроллера. НО или НЗ датчик — зависит от схемы управления Main circuit. На схемах ниже показано в принципе то же самое. На левом рисунке — датчик с выходным транзистором NPN.

Коммутируется общий провод, который в данном случае — отрицательный провод источника питания. Справа — случай с транзистором PNP на выходе. Этот случай — наиболее частый, так как в современной электронике принято отрицательный провод источника питания делать общим, а входы контроллеров и других регистрирующих устройств активировать положительным потенциалом.

Для этого нужно подать на него питание, то есть подключить его в схему. Затем — активировать инициировать его. При активации будет загораться индикатор. Но индикация не гарантирует правильной работы индуктивного датчика. Как я уже писал, есть принципиально 4 вида датчиков с транзисторным выходом, которые подразделяются по внутреннему устройству и схеме включения:. Понять работу этих схем поможет осознание того факта, что транзистор — это ключевой элемент, который можно представить обычными контактами реле примеры — ниже, в обозначениях.

Итак, схема слева. Предположим, что тип датчика — НО. Когда датчик активен, контакты замкнуты, со всеми вытекающими последствиями.

Точнее, с протекающим током через эти контакты. Протекающий ток создает падение напряжения на нагрузке. Внутренняя нагрузка показана пунктиром неспроста. Этот резистор существует, но его наличие не гарантирует стабильную работу датчика, датчик должен быть подключен к входу контроллера или другой нагрузке.

Сопротивление этого входа и является основной нагрузкой. Как того же добиться с выходом NPN? Смотрим на изменения в схеме справа. Прежде всего, обеспечен режим работы выходного транзистора датчика. Для этого в схему добавлен дополнительный резистор, его сопротивление обычно порядка 5,1 — 10 кОм. Да, не совсем то, что мы хотели.


1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.

Управление полевиками мощной нагрузкой У меня возникла идея попробовать управлять достаточно мощной нагрузкой не с помощью симисторов, а с Остановился на Управление мощной нагрузкой с помощью твердотельного реле Приветствую всех! Нужно управлять мощностью большого количества тэнов 6 тэнов по 3 группы в Управление нагрузкой переменного тока полевым транзисторам Здравствуйте.

Этот силовой ключ позволяет управлять мощной нагрузкой постоянного тока при подаче на вход положительного низкого напряжения.

Управление мощной нагрузкой постоянного тока

Содержание [ Показать ] 1. Двигатель постоянного тока 2. Как подключить мотор к МК 3. H-Мост — меняем направление вращения мотора 4. ШИМ сигнал — управляем скоростью вращения мотора 5. ШИМ сигнал в H-мосте. Для начала рассмотрим повнимательней обычный двигатель постоянного тока.

Управление мощной нагрузкой. Отличие полевого транзистора от биполярного. Сфера их применения

Добавить комментарий Отменить ответ Введите свой комментарий Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:. Для комментария используется ваша учётная запись WordPress. Для комментария используется ваша учётная запись Google.

Потому что выходы микроконтроллера:. Из этого следует, что для управления с помощью микроконтроллера мощной нагрузкой необходимо применять какие-то хитрые способы сопряжения выходов микроконтроллера с нагрузкой.

Ключ для управления мощной нагрузкой постоянного тока с помощью низкого напряжения

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы. Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.

Как подключить мощную нагрузку к микроконтроллеру

Управление нагрузкой постоянного тока 1 кВт. Господа, есть необходимость скоммутировать нагрузку мотор постоянник 12вольт 1кВт , управление контроллером. Подскажите чем можно это сделать без контакторов и пускателей без контактных устройств так как искра не допускается. Re: Управление нагрузкой постоянного тока 1 кВт. Не кииисло. Но думаю самое простое — набор N-каналок снизу, ну и защита под это дело Ну и мосфет драйвером открывать, чтоб минимизировать время открытия. Сообщение от FlashBack.

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, лампочки, соленоиды, двигатели, сразу несколько светодиодов или сверхмощный.

Mощный ключ постоянного тока на полевом транзисторе

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой. Под внешней нагрузкой я понимаю все, что прицеплено к ножкам микроконтроллера — светодиоды, лампочки, реле, двигатели, исполнительные устройства … ну Вы поняли. И как бы не была заезжена данная тема, но, чтобы избежать повторений в следующих статьях, я все-же рискну быть не оригинальным — Вы уж меня простите :. Сразу договоримся, что речь идет о цифровом сигнале микроконтроллер все-таки цифровое устройство и не будем отходить от общей логики: 1 -включено, 0 -выключено.

Как подключить мощную нагрузку к микроконтроллеру

Управление маленьким двигателем может быть может осуществляться довольно просто. Если двигатель достаточно маленький, он может быть непосредственно соединен с выводом Arduino, и просто изменяя уровень управляющего сигнала от логической единицы до нуля будем контролировать моторчик. Этот проект раскроет вам основную логику в управлении электродвигателем; однако, это не является стандартным способом подключения двигателей к Arduino. Мы рекомендуем, вам изучить данный способ, а затем перейти на следующую ступень — заняться управлением двигателями при помощи транзисторов.

В следующих статьях будут устройства, которые должны управлять внешней нагрузкой.

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы. Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением. Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.

Русская поддержка phpBB. Please, in order to access our website you need to activate JavaScript in your Browser!!! How to enable JavaScript in your Browser.


Мотоцикл и внедорожник

Гарантия счастья

90-дневная политика возврата

Speedy Fulfillishalling

90% судоходство в тот же рабочий день

⭐⭐⭐⭐⭐ Рейтинг

5000+ Обзоры

Большой заказ?

Специальные оптовые цены

Фильтр по

  • Электронный трек
  • S-образный крючок
  • S-крюк и E-трек
  • карабин
  • 1 3/4 дюйма
  • 3″
  • на болтах
  • Электронный трек
  • 0,00–9,99 долларов США
  • 10,00–19,9 долларов США9
  • 20–29,99 долларов США
  • $30. 00 и выше
  • на болтах
  • Электронный трек
  • Вариант для E-Track или Bolt-On
  • 10
  • 5,5
  • 6
  • 8
  • 9
  • Храповик
  • 1
  • 1 1/2
  • 2
  • 1000
  • 1100
  • 1333
  • 400
  • 500
  • 600
  • 833

Показаны 1 — 29 из 29 товаров

Просмотр

Фильтр по

  • Черный
  • Апельсин
  • Электронный трек
  • S-образный крючок
  • S-крюк и E-трек
  • карабин
  • 1 3/4 дюйма
  • 3″
  • Хром
  • С порошковым покрытием
  • Полиэстер
  • Стали
  • Трубчатая сталь
  • на болтах
  • Электронный трек
  • 0,00–9,99 долларов США
  • 10,00–19,99 долларов США
  • 20–29,99 долларов США
  • $30. 00 и выше
  • на болтах
  • Электронный трек
  • Вариант для E-Track или Bolt-On
  • 10
  • 5,5
  • 6
  • 8
  • 9
  • Храповик
  • 1
  • 1 1/2
  • 2
  • 1000
  • 1100
  • 1333
  • 400
  • 500
  • 600
  • 833

Отключение больших нагрузок постоянного тока — сообщество Victron

Отключение больших нагрузок постоянного тока — сообщество Victron
  • Дом