Arduino + N-Channel MOSFET = Управляем высоким напряжением
Со временем каждый пользователь Arduino задумывается об управлении не только светодиодами и устройствами с напряжением до 5 вольт, но и об управлении соленоидами, моторами, светодиодными лентами и т.д., которые используют 12 и больше вольт. В этой статье будет рассмотрено как можно работать с высоким напряжением с использованием MOSFET и ардуино.
В этой статье будет рассматриваться MOSFET транзистор — металл-оксид-полупроводник полевой транзистор, в частности** RFP30N06LE**, но так же можно работать и с другими.
Начнём с того, что MOSFET это транзистор, но особого типа.
Транзисторы имеют 3 вывода, которые имеют 2 простые функции, первая — переключение, вторая — усиление (в данном примере рассматривается первая функция — переключатель). Выходы называются следующим образом: Вход (Источник), он же Source, Выход (Сток) — Drain, и Управление (Ворота, Затвор) —
Таким образом, мы подключим наш мотор, соленоид или лампу к V +, но не к земле (V-). Землю мы подключаем к стоку (Drain) транзистора. Когда наш Arduino посылает сигнал высокого уровня на Gate транзистора, он переключает транзистор (соединяет Source и Drain) и замыкает цепь для двигателя, соленоида, или лампы.
Подключаем мотор к Arduino (схема 1)
Подключаем соленоид к Arduino (схема 2)
Подключаем ламу к Arduino (схема 3)
Подключение / Зачем диод используется?
Эта схема довольно проста. Единственная часть, которая вызывает вопросы — использование стягивающего резистора (Pull down). Резистор удерживает низкий уровень на Gate, когда Arduino не посылает сигнал высокого уровня. Дело в том, что если плохие провода, например, сигнал может плавать, и когда Arduino не посылает сигнал, остаточное напряжение может оставаться и транзистор может самопроизвольно включаться. Резистор же стягивает остаточное напряжение к земле.
Так же на схемах 1 и 2 вы можете заметить диод. При подключении устройства с катушкой (Coil), будь то реле, соленоид или мотор всегда используйте диод. Что будет если мы его не будем использовать? Когда вы перестаёте питать катушку обратное напряжение, бывает до нескольких сотен вольт, направляется обратно. Это длится всего несколько микросекунд, но этого достаточно, чтобы убить наш MOSFET. Так что этот диод позволяет току проходить в одну сторону, как правило, в неправильной ориентации и ничего не делает. Но когда происходит скачок напряжения ток течет в противоположном направлении, диод позволяет ему течь обратно на спираль, а не на транзистор.
Нам понадобится диод достаточно быстро реагирующий на отдачу, и достаточно сильный, чтобы взять на себя нагрузку. Нам подойдут диоды 1N4001 или SB560. Если вам нужна дополнительная защита, то можно использовать оптоизолятор между
Так же обязательно убедитесь, что подключаете диод правильно! Полосой (обычно серебристой) к плюсу (V+), иначе толку от него будет ноль, и может сделать даже хуже.
Недостатки / Ограничения
Транзисторы, такие как RFP30N06LE подходят для управления мощных устройств с вашего Arduino, но у них есть некоторые ограничения. Это текущая конфигурация имеет смысл только для переключения DC ток, так что не пытайтесь это с AC источником, а также MOSFET-транзисторы имеют ограничения, такие как напряжение и силу тока. RFP30N06LE может обрабатывать переключения до 60В, а сила тока ограничена 30А (с радиатором и правильным подключением), так же крайне важно использовать теплоотвод при силе тока более нескольких ампер, так как в таком случае при работе транзистора выделяется достаточно большое количество тепла.
Обычно можно просто припаять изогнутый кусочек металла на к спинке, просто чтобы рассеять тепло. Обратите внимание, что при использовании нескольких транзисторов не припаивайте к общему радиатору, используйте на каждый транзистор отдельный радиатор, так как у этих транзисторов спинка соединена с Выходом (Drain)! Это важно. Так же хочу отметить, что для AC тока лучше используйте реле.
Fade it / Используем ШИМ
Вы знаете, на Arduino есть PWM (ШИМ) выходы, почему бы нам ими не воспользоваться? Да, PWM — это то, что позволяет использовать analogWrite (PIN, значение). PWM на самом деле не аналоговый выход. Arduino действительно пульсирует (очень быстро) от 0 до 5V так что среднее напряжение находится где-то между 0 и 5в. Мы можем подключить к PWM выходу наш транзистор и управлять яркостью света, скоростью мотора и т.д. так, как будто мы подключили их напрямую к
Arduino и MOSFET. Схема подключения
Порой наступает такой момент, когда пользователь хочет управлять мощным устройством с помощью Arduino. Мы все знаем, что Arduino может выдать на каждом из своих выходов 20 мА (максимум 40 мА). Хорошо, но что делать, когда мы хотим управлять, например двигателем постоянного тока.
В этом случае мы можем использовать , например, биполярный транзистор, если ток не слишком большой, мост L293D или MOSFET транзистор.
Что такое MOSFET?
В нашем проекте мы будем использовать MOSFET транзистор STP16NF06L, который имеет канал N-типа.
MOSFET — полевой транзистор, имеющий 3 ножки: исток (S), затвор (G) и сток (D). Ток протекает между истоком и стоком, по так называемому каналу. Величина протекающего тока зависит от управляющего напряжения, подаваемого на затвор — исток.
MOSFET-транзисторы являются быстродействующими по сравнению с биполярными транзисторами, так как процессы, происходящие в них являются чисто электростатическими. Основным фактором, влияющим на время переключения является наличие емкости затвора.
Подключение MOSFET к Arduino
Затвор (G) MOSFET транзистора должен быть подключен к Arduino. В целом можно сказать, что исток (S) должен быть подключен к минусу нашей схемы, а сток (D) подсоединен к минусу нашего объекта, которым мы собираемся управлять (например, лампочка, двигатель). По мимо этого, стоит подключить резистор между затвором (G) и истоком (S). Это даст нам уверенность в том, что на затворе будет низкий уровень в тот момент, когда от Arduino не будет управляющего сигнала.
Более того, в случае, если у нас произошло повреждение кабеля, у нас будет уверенность в том, что на затворе не будет неопределенного состояния, который может вызвать включение и выключение управляемого объекта.
В нашем случае для управления мы будем использовать двигатель постоянного тока. Наша схема предназначена для увеличения и уменьшения скорости вращения двигателя.
Подключаем все, как показано ниже. Кроме того, вы можете подключить внешний источник питания, незабывая массы блока питания и Arduino соединить друг с другом.
Скетч
В проекте используем готовый код, расположенный на вкладке Примеры> Basics> Fade
http://akademia.nettigo.pl
Силовой ключ выполнен на полевом транзисторе IRF520 и предназначен для включения/выключения мощной нагрузки, которая питается напряжением постоянного тока.
Управлять силовым ключем можно с помощью Arduino или другого микроконтроллера, при подаче на вход ключа высокого уровня от 5 В, он откроется и включит нагрузку. При токе нагрузки более 1 ампера нужен радиатор для транзистора. Практическое измерение нескольких экземпляров этого MOSFET модуля показало, что ключ открывается при подаче сигнала управления на затвор от 3,4 Вольт.
Полевой транзистор позволяет использовать ШИМ (широтно-импульсную модуляцию), т.е можно менять скорость работы электродвигателя или яркость светодиодной ленты, лампы (светодиода) и т.д.
Если управляющий сигнал ниже 5 Вольт, то нужно использовать другой ключ, работающий от низкого постоянного напряжения (от 3 Вольт).
Для управления мощной нагрузкой переменного тока можно использовать твердотельное реле. А для коммутации маломощной нагрузки постоянного и переменного тока можно применить обычное реле.
Технические характеристики силового ключа на MOSFET транзисторе “IRF520”:
- управление нагрузкой с напряжением питания постоянного тока, В: 0-24
- рабочий ток нагрузки, А: 0-5
- уровень управляющего сигнала, В: 5-20
- размеры платы, мм: 33.4*25.6
Подключение:
- “V+” — плюсовой контакт подключения нагрузки пост. тока
- “V-” — минусовой контакт подключения нагрузки пост. тока
- “Vin” — “+” контакт, сюда подключить питание для нагрузки (от 0 до 24 В)
- “GND” — “-” контакт питания для нагрузки
- “SIG – “плюсовой контакт для подключения управ. сигнала (например с ARDUINO)
- “Vcc” – не используется
- “GND – “минусовой контакт для подключения управ. сигнала
Принципиальная схема силового ключа на IRF520:
Варианты использования:
управление силовым ключом с помощью сенсорной кнопки “TTP223”
Преимущества:
- бесшумная работа
- нет механических частей
Описание на “IRF520” (datasheet)
Транзистор — повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.
В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.
Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:
TO-92 — компактный, для небольших нагрузок
TO-220AB — массивный, хорошо рассеивающий тепло, для больших нагрузок
Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.
Биполярные транзисторы
Биполярные транзисторы (BJT, Bipolar Junction Transistors) имеют три контакта:
Коллектор (collector) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
База (base) — через неё подаётся небольшой ток, чтобы разблокировать большой; база заземляется, чтобы заблокировать его
Эмиттер (emitter) — через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт»
Основной характеристикой биполярного транзистора является показатель hfe также известный, как gain. Он отражает во сколько раз больший ток по участку коллектор–эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база–эмиттер.
Например, если hfe = 100, и через базу проходит 0.1 мА, то транзистор пропустит через себя как максимум 10 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только максимальные 10 мА.
Также в документации к каждому транзистору указаны максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин ведёт к избыточному нагреву и сокращению службы, а сильное превышение может привести к разрушению.
NPN и PNP
Описанный выше транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).
NPN более эффективны и распространены в промышленности.
PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток не блокируется, когда база заземлена и блокируется, когда через неё идёт ток.
Полевые транзисторы
Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.
Полевые транзисторы обладают тремя контактами:
Сток (drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять
Затвор (gate) — на него подаётся напряжение, чтобы разрешить течение тока; затвор заземляется, чтобы заблокировать ток.
Исток (source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»
N-Channel и P-Channel
По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.
P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.
Подключение транзисторов для управления мощными компонентами
Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.
Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:
Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.
Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля. Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:
здесь Ud — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.
Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора hfe = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА
Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм — хороший выбор.
Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:
это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.
Сборка силовых ключей (P-FET) [Амперка / Вики]
Сборка силовых ключей (P-FET) поможет управлять большим количеством моторов, клапанов и другой нагрузкой постоянного тока. И при этом займёт все три пина микроконтроллера.
Видеообзор
Подключения и настройка
Модуль (P-FET) общается с управляющей платой по протоколу SPI. При подключении к Arduino или Iskra JS удобно использовать Troyka Shield.
Примеры работы
Работа с одним модулем
Создадим автоматическую подсветку лестницы. Подключим восемь отдельных кусков светодиодной ленты к сборке силовых ключей на пине A0. Будем по очереди зажигать каждую ступень, после чего все потушим.
Код для Arduino
- singleFET.ino
// библиотека для работы с модулями по интрефейсу SPI #include <SPI.h> // библиотека для работы со сборкой силовых ключей #include <AmperkaFET.h> // пин выбора устройства на шине SPI #define PIN_CS A0 // создаём объект mosfet для работы со сборкой силовых ключей // передаём номер пина выбора устройства на шине SPI FET mosfet(PIN_CS); void setup() { // начало работы с силовыми ключами mosfet.begin(); } void loop() { for(int i = 0; i < 8; i++ ) { // включаем по очереди каждый ключ на модуле mosfet.digitalWrite(i, HIGH); // ждём пол секунды delay(500); } // выключаем все ключи на модуле mosfet.digitalWrite(ALL, LOW); delay(500); }
Код для Iskra JS
- singleFET.js
// инициализируем SPI2 SPI2.setup({ baud: 3200000, mosi: B15, sck: B13, miso: B14 }); // подключаем модуль для работы со сборкой силовых ключей var mosfet = require('@amperka/x-fet').connect({ cs: A0, // пин cs нужен для обращения к ключам spi: SPI2, // интерфейс SPI к которому подключены ключи qtyMod: 1 // количество модулей в цепочке }); // переменная счетчик var counter = 0; // вермя в милисекундах на переключение var time = 1000; // кол-во переключаемых выходов от 1 до 8; var pins = 8; // запускаем функцию которая переключает выходы setInterval(() => { if (counter === pins) { counter = 0; mosfet.turnAllOff(); } else { mosfet.turnOn(counter); counter++; } }, time);
После прошивки вы увидите поочерёдное включение ключей.
Работа с группой модулей
Сборка силовых ключей позволяет последовательное подключение между собой в цепочку (гирлянду). Каждое новый модуль — восемь дополнительных ключей для управления силовыми устройствами. Это позволяет управлять тоннами устройств без дополнительных пинов.
Подключим к предыдущему примеру ещё два P-FET модуля с подключёнными светодиодными лентами.
Код для Arduino
- multipleFET.ino
// библиотека для работы с модулями по интерфейсу SPI #include <SPI.h> // библиотека для работы со сборкой силовых ключей #include <AmperkaFET.h> // пин выбора сборки устройств на шине SPI #define PIN_CS A0 // создаём объект mosfet для работы со сборкой силовых ключей // передаём номер пина выбора устройств на шине SPI // и количество устройств подключённых в цепочке FET mosfet(PIN_CS, 3); void setup() { // начало работы с силовыми ключами mosfet.begin(); } void loop() { // включаем второй ключ на нулевом модуле mosfet.digitalWrite(0, 2, HIGH); // ждём пол секунды delay(500); // включаем пятый ключ на первом модуле mosfet.digitalWrite(1, 5, HIGH); // ждём пол секунды delay(500); // включаем все ключи на втором модуле mosfet.digitalWrite(2, ALL, HIGH); // ждём пол секунды delay(500); // выключаем все ключи на всех модулях mosfet.digitalWrite(ALL, ALL, LOW); // ждём пол секунды delay(500); }
Код для Iskra JS
- multipleFET.js
// инициализируем SPI2 SPI2.setup({ baud: 3200000, mosi: B15, sck: B13, miso: B14 }); // подключаем модуль для работы со сборкой силовых ключей var mosfet = require('@amperka/x-fet').connect({ cs: A0, // пин cs нужен для обращения к ключам spi: SPI2, // интерфейс SPI к которому подключены ключи qtyMod: 3 // количество модулей в цепочке }); // вермя в милисекундах на переключение var time = 5000; // запускаем функцию которая переключает выходы setinterval(() => { mosfet.turnOn(2, 0); setTimeout(() => { mosfet.turnOn(5, 1); setTimeout(() => { mosfet.turnAllOn(2); setTimeout(() => { mosfet.turnAllOff(); }, time / 4); }, time / 4); }, time / 4); }, time);
После прошивки вы увидите следующую картину.
Элементы платы
Микросхема STPIC6C595
Модуль выполнен на микросхеме выходного сдвигового регистра STPIC6C595. Микросхема позволяет увеличивать количество выходов микроконтроллера.
Сдвиговый регистр — это преобразователь последовательного интерфейса в параллельный. Микросхема получает данные по SPI, а потом разом выставляет уровни на восьми ножках согласно полученным битам.
Устанавливаем синхронизацию. Подаём на вход защёлки
STCP(пин CS) низкий уровень.При поступлении тактового импульса на вход
SHCP(пин SCK) со входаDS(пин MOSI) считывается первый бит и записывается в младший разряд. Со следующим тактовым импульсом бит из младшего разряда сдвигается на один разряд, а на его места записывается бит, поступивший на входDS(пин MOSI).Защёлкиваем регистр. Подаём на вход защёлки
STCP(пин CS) высокий уровень.
Каскадное включение
При каскадном включении сдвиговых регистров, данные от первого регистра передаются к следующему.
Выходной канал сборки
На модуле расположено восемь выходных каналов. Каждый канал состоит из управляющего полевого транзистора IRLML9301 с P-каналом, клеммника для подключения нагрузки и световой индикации состояния ключа.
Модуль предназначен для коммутации нагрузки постоянного тока напряжением до 30 В и током до 3 А.
Нагрузка подключается своими контактами к колодкам под винт. Отрицательный контакт нагрузки подключается к контакту −, а положительный — к контакту +.
Все минусовые контакты − на выходных каналах сборки объединены в одну цепь с контактом GND клеммника PWR. Cиловыми ключами коммутируется связь между контактами + и Vin.
Если требуется коммутировать минусовой контакт, например в многоцветных светодиодных лентах с общим плюсом, воспользуйтесь сборкой силовых ключей (N-FET)
За счёт подключения силовых ключе через выходной сдвиговый регистр, модуль не поддерживает ШИМ. К сожалению вы не сможете регулировать скорость вращения двигателя или яркость свечения светодиодной ленты.
Питание нагрузки
Источник питания нагрузки подключается своими контактами к колодкам под винт клеммника PWR. Положительный контакт источника питания подключается к контакту Vin, а отрицательный — к контакту GND.
Светодиодная индикация
| Имя светодиода | Назначение |
|---|---|
| PWR | Индикатор питания модуля |
| LED0–LED7 | Индикатор состояния ключей |
Понижающий регулятор питания
Понижающий регулятор напряжения L78L05AB с выходом 5 вольт, обеспечивает питание логики модуля. Максимальный выходной ток составляет 100 мА.
Troyka-контакты
На модуле выведено две группы Troyka-контактов — входная и выходная.
Входная группа контактов используется для соединения модуля с микроконтроллером:
Сигнальный (SCK) — пин последовательного тактового сигнала. Используется для согласования скорости передачи. Подключите к пину
SCKмикроконтроллера.Сигнальный (DI) — вход ведомого устройства. Используется для приёма данных из микроконтроллера. Подключите к пину
MOSIмикроконтроллера.Сигнальный (CS) — выбор ведомого устройства. Подключите к любому цифровому пину микроконтроллера.
Земля (G) — соедините с пином GND микроконтроллера.
Выходная группа используется для соединения несколько модулей в цепочку (гирлянду):
Сигнальный (SCK) — пин последовательного тактового сигнала. Используется для согласования скорости передачи. Подключите к пину
SCKпоследующего модуля.Сигнальный (DO) — выход ведомого устройства. Используется для проброски данных через модуль. Подключите к пину
DIпоследующего модуля.Сигнальный (CS) — выбор ведомого устройства. Подключите к пину
CSпоследующего модуля.Земля (G) — соедините с пином GND последующего модуля.
Принципиальная и монтажная схемы
Габаритный чертёж
Характеристики
Питание модуля: 3.3–5 В
Потребляемый ток: до 50 мА
Максимальное коммутируемое напряжение: 30 В
Максимальный коммутируемый ток: 3 А
Ключ: IRLML9301 (P-канал)
Количество каналов: 8
Габариты без ушек: 76×25 мм
Габариты с ушками: 76×35 мм
Ресурсы
Подключение Arduino к устройствам 5В и 3,3В
При процессе создания электронных устройств, с увеличением их быстродействия и снижением энергопотребления, менялись стандарты питания, в которых эти схемы работали.
В настоящее время в любительской электронике (в частности в Arduino) преобладает стандарт 5В. Это означает, что питание микросхем и их логические состояния соотносятся с этим уровнем напряжения. Известно, что низкое логическое состояние “LOW” — это GND (земля), а высокое состояние “HIGH” — это напряжение в районе 5В.
Все чаще и чаще встречаются микросхемы, работающие в стандарте 3,3 В. Это значит, что их напряжения питания и логических состояний не подходят для нынешних решений. В этой статье вы узнаете, как сделать сопряжение устройств обоих стандартов (5В и 3,3В).
В плате Arduino в группе контактов “POWER” есть выход с напряжением 3,3 В. В более поздних версиях Arduino появился дополнительный вывод под названием “IOREF”. На нем находиться напряжение, на котором работает данная плата Arduino. Это шаг вперед создателей Arduino для будущих версий, которые могут работать уже в стандарте 3,3 В.
Конечно же есть есть микросхемы, например PCF8574 и TLC5940, которые могут работать в обоих стандартах. Если использовать их с напряжением 5В, то они работают в стандарте 5В. Если использовать с напряжение 3,3 В, то они будут работать в стандарте 3,3 В.
Но сегодня все чаще встречаются микросхемы, использующие только стандарта 3,3 В. Подключение их к другому питанию логики может привести к повреждению
Питание микросхем с напряжением 3,3В
Вывод Arduino 3V3 имеет ограниченную нагрузку до 40 мА. И зачастую бывает так, что подключаемые модули потребляют гораздо больший ток. Если это так, то следует собрать подходящую схему питания.
Эта схема довольно проста. Она состоит из линейного стабилизатора (MCP1700-3302E) и двух керамических конденсаторов емкостью по 1 мкФ. Стабилизатор представляет собой интегральную микросхему, выходное напряжение которого всегда постоянно независимо от входного напряжения. Микросхему MCP1700-3302E можно питать напряжением с контакта 5В Arduino.
Данный стабилизатор выдерживает ток до 250 мА. Он имеет корпус ТО-92 как у большинства распространенных транзисторов. Стабилизатор MCP1700-3302E имеет три вывода. Его распиновка указана ниже.
Если смотреть на срез то: с левой стороны GND (общиы вывод), посередине вывод входного напряжения (до 6В), а с правой стороны вывод выходного стабилизированного напряжения 3,3 В. Конденсаторы на входе и выходе должны быть соединены так, как показано на рисунке.
Так же есть и другие стабилизаторы, выдерживающие ток величиной до 3А. Подключение их похоже, но будет лучше если вы проверите схему подключения по datasheet.
Так же одним из простых вариантов, для устройств с низким потреблением тока, является использование делителя напряжения на двух резисторах
Выходное напряжение определяется по формуле:
Uвых = Uвх*R2/(R1+R2)
Uвых = 5В*13кОм /(6,8кОм+13кОм) = 3,28В
Другой способ согласования выхода 5В с входом 3,3В, является применение различного рода согласующих цепей (буферов). Одним из таких является микросхема 74AHC125, который имеет 4 буфера. Микросхема питается напряжением от 2 до 5В.
Подключение выходов микросхемы с 3,3В к входам микросхемы 5В
Здесь все просто. Выхода стандарта 3,3В можно подключать непосредственно к входам стандарта 5В. Толерантность входов этого стандарта совпадает с диапазоном напряжений выхода 3,3В.
Как сделать двунаправленное подключение 3,3В и 5В?
К примеру, сигналы шины I2C могут передаваться в обоих направлениях. Это затрудняет дело с согласованием сигнала для обоих стандартов и требует более сложной схемы.
Схема состоит из MOSFET транзистора (BSS138) N-типа со встроенным диодом и 2 резисторов сопротивлением по 10 кОм.
D2 — это устройство с сигналом стандарта 3,3В, а D1 — это устройство с сигналом стандарта 5В.
Рассмотрим работу схемы:
Первый вариант – D2 отправляет сигнал, D1 принимает его. Когда на выходе D2 есть лог. 1, MOSFET закрыт, и вход D1 с помощью сопротивления R1 подтянут к плюсу источника питания. Когда на выходе D2 есть лог. 0, MOSFET открыт, и вход D1 соединяется с минусом питания.
Второй вариант – D1 отправляет сигнал, D2 принимает его. Когда на выходе D1 есть лог. 1, MOSFET закрыт, и вход D2 с помощью сопротивления R2 подтянут к плюсу источника питания. Когда на выходе D1 есть лог. 0, через имеющийся в MOSFET транзисторе диод начинает протекать ток и напряжение истока уменьшается относительно затвора. MOSFET открывается, и вход D2 соединяется с минусом питания.
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. Начнем.
1 НАГРУЗКА ПОСТОЯННОГО ТОКА.
Нагрузкой постоянного тока являются: светодиоды, лампы, реле, двигатели постоянного тока, сервоприводы, различные исполнительные устройства и т.д. Такая нагрузка наиболее просто (и наиболее часто) подключается к микроконтроллеру.
1.1 Подключение нагрузки через резистор.
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.
Rгасящий = (5v / 0.02A) – Rн = 250 – Rн [Om]
Как видно, даже в самом худшем случае, когда сопротивление нагрузки равно нулю достаточно 250 Ом для того, что бы ток не превысил 20мА. А значит, если неохота чего-то там считать — ставьте 300 Ом и Вы защитите порт от перегрузки. Достоинство способа очевидно – простота.
1.2 Подключение нагрузки при помощи биполярного транзистора.
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? Правильно. Транзистор!
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 (1-10 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.
Из распространенных и легко доступных можно заюзать BC546, BC547, BC548, BC549 с любыми буквами (100мА), да и тот-же КТ315 сойдет (это у кого со старых запасов остались).
BC547.pdf (10337 Загрузок)
1.3 Подключение нагрузки при помощи полевого транзистора.
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. Выходом может служить или составной транзистор (читать ниже) или полевой транзистор (он же МОП, он же MOSFET). 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.
— транзистор управляется малыми токами и если выход микроконтроллера, к которому подключен затвор, окажется в высокоимпедансном Z-состоянии полевик начнет открываться-закрываться непредсказуемо, вылавливая помехи. Для устранения такого поведения ножку микроконтроллера нужно «прижать» к земле резистором порядка 10кОм.
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.
Для применения можно порекомендовать мощные транзисторы IRF630, IRF640. Их часто используют и поэтому их легко достать.
IRF640.pdf (17393 Загрузки)
1.4 Подключение нагрузки при помощи составного транзистора Дарлингтона.
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 ULN2003. В ее составе аж 7 транзисторов Дарлингтона, причем каждый можно нагрузить током до 500мА, 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 ULN2003 широко используется в радиолюбительской практике. Соответственно достать ее не составит труда.
ULN2003.pdf (19082 Загрузки)
2 НАГРУЗКА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.
Если Вам нужно управлять устройствами переменного тока (чаще всего 220v), то тут все сложней, но не на много.
2.1 Подключение нагрузки при помощи реле.
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 ULN2003, если нужно несколько каналов.
Достоинства такого способа большой коммутируемый ток (зависит от выбранного реле), гальваническая развязка. Недостатки: ограниченная скорость/частота включения и механический износ деталей.
Что-то рекомендовать для применения не имеет смысла — реле много, выбирайте по нужным параметрам и цене.
2.2 Подключение нагрузки при помощи симистора (триака).
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 BT138.
BT138.pdf (6449 Загрузок)
2.3 Подключение нагрузки при помощи твердотельного реле.
С недавних пор у радиолюбителей появилась очень замечательная штука — твердотельные реле. Представляют они из себя оптические приборы (еще их называют оптореле), с одной стороны, в общем случае, стоит светодиод, а с другой полевой транзистор со светочувствительным затвором. Управляется эта штука малым током, а манипулировать может значительной нагрузкой.
Подключать твердотельное реле к микроконтроллеру очень просто — как светодиод — через резистор.
Достоинства налицо: малые размеры, отсутствие механического износа, возможность манипулировать большим током и напряжением и самое главное оптическая развязка от опасного напряжения. Нагрузка может быть как постоянного, так и переменного тока в зависимости от конструкции реле. Из недостатков следует отметить относительную медлительность (чаще всего для коммутации используется полевик) и довольно значительную стоимость реле.
Если не гнаться за завышенными характеристиками можно подобрать себе прибор по приемлемой цене. Например, реле CPC1030N управляется током от 2мА, при этом способно коммутировать нагрузку переменного и постоянного тока 120мА и 350v (очень полезная для радиолюбителей вещь!)
CPC1030N.pdf (14224 Загрузки)
(Visited 143 409 times, 22 visits today)
Как соединить транзисторы (BJT) и MOSFET с Arduino
Взаимодействие силовых устройств, таких как BJT, и MOSFET с выходом Arduino, является критически важной конфигурацией, которая позволяет переключать нагрузки большой мощности через выходы Arduino с низкой мощностью.
В этой статье мы подробно обсудим правильные методы использования или подключения транзисторов, таких как BJT и mosfets, с любым микроконтроллером или Arduino.
Такие каскады также называются «Сдвиг уровня» , поскольку этот каскад изменяет уровень напряжения с нижней точки на более высокую точку для соответствующего выходного параметра.Например, здесь осуществляется сдвиг уровня с выхода Arduino 5V на выход MOSFET 12V для выбранной нагрузки 12 В.
Независимо от того, насколько хорошо запрограммирован или закодирован ваш Arduino, если он неправильно интегрирован с транзистором или внешним оборудованием, это может привести к неэффективной работе системы или даже повреждению компонентов, задействованных в системе.
Таким образом, становится чрезвычайно важно понять и изучить правильные методы использования внешних активных компонентов, таких как мосфеты и BJT, с микроконтроллером, чтобы конечный результат был эффективным, плавным и действенным.
Прежде чем мы обсудим методы сопряжения транзисторов с Arduino, было бы полезно изучить основные характеристики и работу BJT и Mosfets.
Электрические характеристики транзисторов (биполярные)
BJT обозначает биполярный переходной транзистор.
Основной функцией BJT является включение подключенной нагрузки в ответ на внешний триггер напряжения. Предполагается, что нагрузка в основном тяжелее по сравнению с триггером входа.
Таким образом, основной функцией BJT является включение более высокой токовой нагрузки в ответ на более низкий токовый входной триггер.
Технически это также называется смещением транзистора, что означает использование тока и напряжения для управления транзистором для намеченной функции, и это смещение должно быть выполнено наиболее оптимальным способом.
BJT имеют 3 провода или 3 контакта, а именно основание, эмиттер, коллектор.
Базовый контакт используется для питания внешнего входного триггера в виде небольшого напряжения и тока.
Контакт эмиттера всегда подключен к заземлению или отрицательной линии питания.
Штырь коллектора подключен к нагрузке через положительный источник питания.
BJT можно найти с двумя типами полярности, NPN и PNP. Базовая конфигурация контактов одинакова для NPN и PNP, как описано выше, за исключением полярности источника постоянного тока, которая становится прямо противоположной.
Распиновка BJT может быть понята через следующее изображение:
На изображении выше мы видим основную конфигурацию распиновки NPN и PNP-транзисторов (BJT). Для NPN излучатель становится линией заземления и связан с отрицательным источником питания.
Обычно, когда слово «земля» используется в цепи постоянного тока, мы предполагаем, что это отрицательная линия питания.
Однако для транзистора линия заземления, связанная с эмиттером, имеет отношение к его базе и напряжениям коллектора, и “земля” эмиттера не обязательно означает отрицательную линию питания.
Да, для NPN BJT заземление может быть отрицательной линией питания, но для PNP-транзистора «земля» всегда привязана к положительной линии питания, как показано на рисунке выше.
Функция включения / выключения обоих BJT в основном одинакова, но полярность меняется.
Поскольку эмиттер BJT является «выходным» проходом для тока, проходящего через основание и коллектор, он должен быть «заземлен» к линии питания, которая должна быть противоположна напряжению, используемому на входах базы / коллектора. В противном случае схема не будет завершена.
Для NPN BJT база и входы коллектора связаны с положительным триггером или переключающим напряжением, поэтому излучатель должен быть привязан к отрицательной линии.
Это гарантирует, что положительные напряжения, поступающие на базу и коллектор, смогут достичь отрицательной линии через эмиттер и завершить цепь.
Для PNP BJT база и коллектор связаны с входом отрицательного напряжения, поэтому, естественно, излучатель PNP должен быть привязан к положительной линии, чтобы положительный источник мог проникнуть через эмиттер и завершить свой путь от основание и коллекторные штифты.
Обратите внимание, что поток тока для NPN идет от базы / коллектора к эмиттеру, а для PNP – от эмиттера к базе / коллектору.
В обоих случаях цель состоит в том, чтобы включить нагрузку коллектора через небольшой вход напряжения на базе BJT, только полярность меняется, вот и все.
Следующая симуляция показывает основную операцию:
В симуляции выше, как только кнопка нажата, внешний вход напряжения входит в базу BJT и достигает линии заземления через эмиттер.
В то время как это происходит, канал коллектора / эмиттера внутри BJT открывается и позволяет положительному источнику питания сверху входить в колбу и проходить через эмиттер на землю, включая лампу (нагрузку).
Оба переключения происходят почти одновременно в ответ на нажатие кнопки.
Вывод эмиттера здесь становится общей «выходной» распиновкой для обоих входных каналов (базы и коллектора).
И линия питания эмиттера становится общей линией заземления для триггера входного питания, а также нагрузки.
Это означает, что линия питания, соединяющая с эмиттером BJT, также должна быть строго связана с заземлением внешнего источника запуска и нагрузкой.
Почему мы используем резистор на базе BJT
База BJT предназначена для работы с маломощными входами, и этот вывод не может принимать большие токовые входы, и поэтому мы используем резистор, просто чтобы убедиться, что большой ток не может войти в базу.
Основная функция резистора заключается в ограничении тока до правильного заданного значения в соответствии со спецификацией нагрузки.
Обратите внимание, , что для BJT этот резистор должен быть рассчитан в соответствии с током нагрузки на стороне коллектора.
Почему?
Потому что BJT являются зависимыми от тока “переключателями”.
Это означает, что базовый ток необходимо увеличивать, уменьшать или регулировать в соответствии со спецификациями тока нагрузки на стороне коллектора.
Но напряжение переключения, необходимое на базе BJT, может быть всего 0,6 В или 0,7 В. Это означает, что нагрузка коллектора BJT может быть включена при напряжении всего 1 В на базе / эмиттере BJT.
Вот основная формула для расчета базового резистора:
R = (Us – 0.6) Hfe / Load Load Current,
, где R = базовый резистор транзистора,
Us = источник или напряжение триггера на базовом резисторе,
Hfe = прямое усиление тока транзистора (можно найти в спецификации БЖТ).
Несмотря на то, что формула выглядит аккуратно, не всегда необходимо точно настраивать базовый резистор.
Это просто потому, что базовые характеристики BJT имеют широкий диапазон допусков и могут легко допускать большие различия в значениях резисторов.
Например, чтобы подключить реле с сопротивлением катушки 30 мА, формула может примерно обеспечить значение сопротивления 56 кОм для BC547 при входе питания 12 В …. но я обычно предпочитаю использовать 10 кОм, и это работает безупречно.
Однако, если вы не следуете оптимальным правилам, с результатами может быть что-то плохое, верно?
Технически это имеет смысл, но опять же, потери настолько малы, что по сравнению с затратами на вычисления можно пренебречь.
Например, использование 10K вместо 56K может заставить транзистор работать с немного большим током базы, вызывая его более сильный нагрев, может быть на пару градусов выше… который не имеет значения вообще.
Как подключить BJT к Arduino
Хорошо, теперь давайте перейдем к реальной точке.
Поскольку мы до сих пор всесторонне узнали о том, как BJT должен быть смещен и сконфигурирован для его трех выводов, мы можем быстро понять детали его взаимодействия с любым микроконтроллером, таким как Arduino.
Основная цель соединения BJT с Arduino обычно состоит в том, чтобы включить нагрузку или какой-либо параметр на стороне коллектора, в ответ на запрограммированный выходной сигнал от одного из выводов Arduino.
Здесь триггерный вход для базового контакта BJT должен поступать от Arduino. Это подразумевает, что конец базового резистора просто необходимо подключить к соответствующему выходу от Arduino, а к коллектору BJT – с нагрузкой или любым предполагаемым внешним параметром.
Поскольку для эффективного переключения BJT требуется едва ли от 0,7 В до 1 В, 5 В от выходного контакта Arduino становится вполне достаточным для управления BJT и работы с приемлемыми нагрузками.
Пример конфигурации можно увидеть на следующем изображении:
На этом изображении мы можем увидеть, как запрограммированный Arduino используется для управления небольшой нагрузкой в виде реле через ступень драйвера BJT.Катушка реле становится нагрузкой коллектора, в то время как сигнал с выбранного выходного контакта Arduino действует как входной сигнал переключения для базы BJT.
Хотя реле становится лучшим вариантом для работы с большими нагрузками через транзисторный драйвер, когда механическое переключение становится нежелательным фактором, модернизация BJT становится лучшим выбором для работы с сильноточными нагрузками постоянного тока, как показано ниже.
В приведенном выше примере можно увидеть транзисторную сеть Дарлингтона, сконфигурированную для обработки указанной сильноточной нагрузки 100 Вт без зависимости от реле.Это позволяет осуществлять плавное переключение светодиода с минимальными помехами, обеспечивая длительный срок службы для всех параметров.
Теперь давайте продолжим и посмотрим, как можно настроить mosfet с Arduino
Электрические характеристики MOSFET
Цель использования mosfet с Arduino обычно аналогична BJT, как обсуждалось выше.
Однако, поскольку обычно МОП-транзисторы предназначены для эффективной обработки более высоких токов по сравнению с BJT, они в основном используются для переключения нагрузок большой мощности.
Прежде чем мы постигнем взаимодействие мосфета с Arduino, было бы интересно узнать основное различие между BJT и mosfets.
В нашем предыдущем обсуждении мы поняли, что BJT являются устройствами, зависящими от тока, , потому что их базовый ток переключения зависит от ток нагрузки коллектора. Более высокие токи нагрузки потребуют более высокого базового тока, и наоборот.
Для полевых камер это не так, иными словами, для затвора для полого мусора, который эквивалентен базе BJT, требуется минимальный ток для включения, независимо от тока стока (сливной штырь mosfet эквивалентен коллекторному штырю BJT).
Сказав это, хотя ток не является решающим фактором для переключения затвора Mosfet, напряжение равно.
Таким образом, полевые транзисторы рассматриваются как устройства, зависящие от напряжения.
Минимальное напряжение, необходимое для создания нормального смещения для полевого двигателя, составляет 5 В или 9 В, причем 12 В является наиболее оптимальным диапазоном для полного включения полевого двигателя.
Таким образом, мы можем предположить, что для включения мосфета и нагрузки на его сток для обеспечения оптимального результата можно использовать источник питания 10 В через его ворота.
Эквивалентные контакты Mosfets и BJT
На следующем рисунке показаны дополняющие контакты Mosfets и BJT.
База соответствует Gate-Collector соответствует Drain-Emitter соответствует Source.
.Различные проекты Arduino, которым необходимо переключить высокую нагрузку по постоянному току, используют для этого MOSFET в соответствии со схемой справа (R1 является необязательным и может потребоваться для отключения FET, если штырь становится низким.
Популярные MOSFET, которые используются IRF510 и IRF 520
| IRF510 | IRF520 |
Глядя на эти графики, можно увидеть, что при входе в уровень источника 5 В (уровни Arduino) IRF510 способен выдавать только 1 А, в то время как он указан для постоянного тока 5,6 А.520 немного лучше: при 5 В он выдает 3 Ампер по сравнению с максимальным значением в 9,2. Это связано с тем, что эти полевые транзисторы предназначены для пропускания максимального тока при напряжениях на затворе около 10 Вольт, и это превышает то, что может обеспечить большинство микроконтроллеров.
Для IRF522 это еще хуже.
Глядя на кривую, при напряжении питания 5 В IRF522 практически не включается. Вы ограничены током около 200 мА. Тогда лучше использовать дешевый транзистор Дарлингтона.
IRF530 – лучший выбор:
При 5 В на затворе IRF530 пройдет что-то около 4.5Amps.
Если вы покупаете MOSFET для Arduino, рассмотрите IRL540. L показывает, что это полевой логический уровень. Мосфет на логическом уровне означает, что он предназначен для полного включения с логического уровня микропроцессора. Стандартный Mosfet (серия IRF и т. Д.) Рассчитан на работу от 10В.
Вот кривая для IRL540:
Теперь при напряжении 5 В вы находитесь вне линейной области, и полевой МОП-транзистор уже может выдавать свой указанный непрерывный ток 28 А.
Вы также можете рассмотреть IRLZ44.2-R омическая диссипация будет ниже 1 Вт, и это хорошо. Если мы используем Vgs = 4 В, указанное для выходов микросхемы AVR, рассеивание должно составлять около 0,4 Вт при 25 ° С (0,8 Вт для Tj = 175 ° С).
Является ли МОП-транзистор стандартным МОП-транзистором или «логический» ФЭТ становится понятным из таблицы. Например, если вы посмотрите на таблицу данных IRFZ44N на Rds (вкл.), В этом списке «сопротивление» при условии, что Vgs = 10 В (и Id = 25 А). Если для Rds (вкл.) Нет рейтинга, когда Vgs = 5 В (или 4,5 В), то это не МОП-транзистор логического уровня.У логического уровня MOSFET будет Rds (включено), заданное для Vgs = 5 В или 4,5 В. Если он указан только для Vgs = 10 В, это не логический уровень.
Еще одна вещь, о которой следует помнить в таблицах данных, это Vthresh (напряжение порога). Это не напряжение затвора для включения устройства, а напряжение затвора, при котором оно полностью отключается (обычно менее нескольких мкА тока). Если Vthresh задан как диапазон 2..4 В, он не может быть МОП-транзистором логического уровня (для МОП-транзисторов логического уровня Vthresh обычно составляет от 0.5 до 1 В).
При проектировании с МОП-транзисторами имейте в виду, что вместо того, чтобы иметь Vsat, подобный биполярному транзистору, полностью насыщенный МОП-транзистор действует как линейный резистор с низким значением.2R Вт, то есть 10x10x0,05 = 5 Вт. Для этого потребуется хороший радиатор, если нагрузка включена более чем на секунду или две, но это не проблема, если он получает миллисекундные импульсы каждые несколько секунд. «ON-сопротивление» от 0,2 до 0,001 Ом доступно (хотя менее 0,005 Ом обходится дорого).
Относительно дешевый BUZ11 также вариант. Хотя это не полевой МОП-транзистор уровня логики, он будет насыщаться 5-вольтовым напряжением затвора около 7 А и ВДС около 0,5-1 Вольт. Но это RDS (on) будет далеко от идеала, и вы потеряете 3.5-7 Вт в FET:
Однако, если вы застряли с полевым транзистором, подобным IRF522, который действительно нуждается в высоком напряжении для эффективного переключения, используйте следующую схему:
Поймите, что это инвертирующая цепь. Высокий уровень на выходе Arduino отключит нагрузку. Также 520 и 510 будут более эффективными с этой схемой.
Не забудьте использовать радиатор для MOSFET, если вы используете какие-либо серьезные нагрузки
Если вы используете эту схему для переключения каких-либо серьезных нагрузок, то имеет смысл припаять толстый провод на дорожки, идущие от полевого МОП-транзистора.Вы найдете дизайн печати здесь. Это для прямой передачи, поэтому это уже отражено в правильном направлении.
Если у вас нелогичный полевой транзистор (например, серия IRF, и вам необходимо некоторое гальваническое отделение от цепи микроконтроллера, вам пригодится следующая схема:
3.3 Вольт уровня
Долгое время «TTL» означало 5 вольт. В настоящее время все больше и больше плат на 3,3 Вольт доступно как в серии Arduino, так и в популярных ESP8266 и Raspberry Pi.На этих платах STN4NF03L может быть хорошим выбором. Не идеальный выбор, но хороший. Проверьте раздел 2.1 рисунок 4 в техническом описании.
Другими хорошими вариантами выбора являются FQP30N60L или IRLZ44 (обсуждаемые выше и практические результаты последнего, найденные в комментарии Jeroen ниже)
Нравится:
Нравится Загрузка …
Похожие
Больше новостей
