Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, 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 Ic, 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. Вот, например, кусок из даташита:

Обратите внимание на коллекторный ток — Ic = 100мА (Нам подоходит!) и маркировку выводов.

Цоколевка нашего КТ315 определяется так

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. Что то около 300, точно не помню.

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 I

c=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.

Вот теперь можно довольно потянуться и начать мучительно чесать репу на предмет того как же весь этот хлам разместить на печатной плате… Приходится искать компромиссы и оставлять только то, что нужно в данной схеме. Но это уже инженерное чутье и приходит с опытом.

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.

Пока хватит. В следующий раз расскажу про Дарлингтоновские сборки и MOSFET ключи.

Управление нагрузкой с микроконтроллера

Блог о электронике

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, 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 Ic, 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. Вот, например, кусок из даташита:

Обратите внимание на коллекторный ток — Ic = 100мА (Нам подоходит!) и маркировку выводов.

Цоколевка нашего КТ315 определяется так

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. Что то около 300, точно не помню.

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 I

c=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.

Вот теперь можно довольно потянуться и начать мучительно чесать репу на предмет того как же весь этот хлам разместить на печатной плате… Приходится искать компромиссы и оставлять только то, что нужно в данной схеме. Но это уже инженерное чутье и приходит с опытом.

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.

Пока хватит. В следующий раз расскажу про Дарлингтоновские сборки и MOSFET ключи.

182 thoughts on “Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1”

Полевики , щас сам сижу над IRF540 издеваюсь от скуки , блин при частоте 36 кHZ просто работает как электроплита на нём можно яйца варить , и никакой радиатор не помогает, а хотя ток коммутации 0.2 А , а при постоянном состоянии замкнут так до двух ампер гонял и ни фига ему ни делается.

Эм-м-м.. А почему «постоянного тока»? Контактам реле какая разница то? =)

Реле и есть та самая мощная нагрузка 🙂

А.. Точно =) а то я глянул по диагонали =) И решил что ты собрался не меньше как ТЭНами рулить =)

извиняюсь на 1 мег , у мя была частота он грелся , а 36 кило , негрелся

Ну дык. 1мег, что ты хочешь от мосфета. Он на такой частоте не успевал ни открыться ни закрыться толком. Был где то посредине и грелся, т.к. превращался в обычную активную нагрузку с сопротивлением.

третьего дня у меня закончился запас кт315 (протерял остатки в своём бардаке)))

пошёл по паре радиомагазах в округе. мне говорят — «запасы кт315 иссякли, новых не будет, берите кт3102» (

так что ещё одна миниголовная боль по поиску нужного…

Блог о электронике

О какой нагрузке идет речь? Да о любой — релюшки, 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 Ic, 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. Вот, например, кусок из даташита:

Обратите внимание на коллекторный ток — Ic = 100мА (Нам подоходит!) и маркировку выводов.

Цоколевка нашего КТ315 определяется так

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. Что то около 300, точно не помню.

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.

Вот теперь можно довольно потянуться и начать мучительно чесать репу на предмет того как же весь этот хлам разместить на печатной плате… Приходится искать компромиссы и оставлять только то, что нужно в данной схеме. Но это уже инженерное чутье и приходит с опытом.

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.

Пока хватит. В следующий раз расскажу про Дарлингтоновские сборки и MOSFET ключи.

182 thoughts on “Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1”

Полевики , щас сам сижу над IRF540 издеваюсь от скуки , блин при частоте 36 кHZ просто работает как электроплита на нём можно яйца варить , и никакой радиатор не помогает, а хотя ток коммутации 0.2 А , а при постоянном состоянии замкнут так до двух ампер гонял и ни фига ему ни делается.

Эм-м-м.. А почему «постоянного тока»? Контактам реле какая разница то? =)

Реле и есть та самая мощная нагрузка 🙂

А.. Точно =) а то я глянул по диагонали =) И решил что ты собрался не меньше как ТЭНами рулить =)

извиняюсь на 1 мег , у мя была частота он грелся , а 36 кило , негрелся

Ну дык. 1мег, что ты хочешь от мосфета. Он на такой частоте не успевал ни открыться ни закрыться толком. Был где то посредине и грелся, т.к. превращался в обычную активную нагрузку с сопротивлением.

третьего дня у меня закончился запас кт315 (протерял остатки в своём бардаке)))

пошёл по паре радиомагазах в округе. мне говорят — «запасы кт315 иссякли, новых не будет, берите кт3102» (

так что ещё одна миниголовная боль по поиску нужного…

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, -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 (10166 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 (17098 Загрузок)

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 (18792 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 (6359 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 (13983 Загрузки)

062-Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? : 229 комментариев

Да, он. Спасибо за разъяснение, я просто думал что он рассчитывается как-то по другому из за ёмкости) а не как токоограничивающий. В основном везде пишут якобы 50-150 Ом ставить)

Вопросы в тему))
1. К МК через резистор 3к и тр-р КТ917 (ОЭ) была подключена нагрузка (обмотка) в коллектор. Нагрузка на 12В. Управление по импульсу на выходе МК. Схема не заработала, сгорел порт МК и пришлось поставить вместо обмотки реле на 5В по управлению, а на контакты — нагрузку коммутировал на 12В. Почему не заработала первая схема и почему сгорел порт?
2. В литературе показано, что нагрузки подключают в сток транзисторов MOSFET независимо от типа канала. В модификации http://www.forum.getchip.net/viewtopic.php?f=24&t=495&s > 2.1. Я пробовал включить усилитель TDA в исток по схеме на одном IRF630, но усилитель не заработал, т. к. с потенциалом на ноге Vcc творилось непонятное, значение было ни как не Vcc.
2.2. Почему автор включил усилитель в исток, а не использовал p-канальный транзистор с включением нагрузки в сток?

1 через резистор 3кОм 12 вольт можно подключать смело к ножке МК и порту ничего не станется (12/3000=0.004А при допустимых 0.02А). Причина перегорания порта, скорей всего, в индуктивной нагрузке, на которой создалось значительное ЭДС самоиндукции, ток от которого сжег и транзистор и порт МК. В случае подключения индуктивных нагрузок обязательно применение защитного диода (например, как в п.2.1).

2 по модификации не могу ничего сказать, так как она не моя.

@GetChiper
Евгений,
1. в том то и дело, что транзистор выжил, а сгорел только порт. Нужен ли теперь шунтирующий (защитный) диод на индуктивную нагрузку, которая подключается к +12В и GND с помощью реле для стабилизации (защиты) этого самого источника +12В?
2. Можно ли подключать нагрузку в исток полевых транзисторов?

1 в таком случае я не знаю причину перегорания порта. Защитный диод нужен в любом случае на индуктивной нагрузке (желательно еще и шотки).
2 можно нагрузку включать куда угодно. есть разные способы включения (как и в биполярном транзисторе) https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%BB%D0%B5%D0%B2%D0%BE%D0%B9_%D1%82%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B7%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80

@GetChiper
Евгений, огромное спасибо!

А не задействованые входа ULN2003 нужно соединить с землёй? (например у меня остались 1-2 лишних)

Управление низковольтной мощной нагрузкой от микроконтроллера с использованием микросхемы 555

2.4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

2. 4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полевой транзистор (ПТ) это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда одного знака, протекающим через проводящий канал,

Подробнее

Лекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ

29 Лекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Классификация полевых транзисторов 2. МОП-транзисторы 4. Конструкция и характеристики мощных МОП-транзисторов 4. Биполярные транзисторы с изолированным затвором 5. Выводы

Подробнее

RU (11) (51) МПК H03K 17/00 ( )

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ (19) RU (11) (51) МПК H03K 17/00 (2006.01) 168 443 (13) U1 R U 1 6 8 4 4 3 U 1 ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ (12) ОПИСАНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ (21)(22)

Подробнее

Порядок выполнения задания

Лабораторная работа 7 Измерение и исследование ВАХ и параметров полевых транзисторов 1. Цель лабораторной работы Целью лабораторной работы является закрепление теоретических знаний о физических принципах

Подробнее

Полевые транзисторы (ПТ)

Полевые транзисторы (ПТ) Электроника и МПТ Принцип действия полевых транзисторов основан на использовании носителей заряда только одного знака (электронов или дырок) униполярные транзисторы. 1 Полевые

Подробнее

1211ЕУ1/1А ДВУХТАKТНЫЙ KОНТРОЛЛЕР ЭПРА

ЕУ/А ОСОБЕННОСТИ w Двухтактный выход с паузой между импульсами w Вход переключения частоты w Kомпактный корпус w Минимальное количество навесных элементов w Малая потребляемая мощность w Возможность применения

Подробнее

1211ЕУ1/1А ДВУХТАKТНЫЙ KОНТРОЛЛЕР ЭПРА

_DS_ru. qxd.0.0 :9 Page ЕУ/А ОСОБЕННОСТИ Двухтактный выход с паузой между импульсами Вход переключения частоты Kомпактный корпус Минимальное количество навесных элементов Малая потребляемая мощность Возможность

Подробнее

Цифровые и импульсные устройства

Электроника и МПТ Цифровые и импульсные устройства Импульсные устройства устройства, предназначенные для генерирования, формирования, преобразования и неискаженной передачи импульсных сигналов (импульсов).

Подробнее

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ

10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в

Подробнее

Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Глава 5. УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ 5.1. ПРИНЦИП УСИЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Назначение и классификация усилителей. Усилители переменного напряжения являются наиболее распространенным типом электронных

Подробнее

The article provides a brief information about the controller

ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ 3, июль-сентябрь 2018 КОНТРОЛЛЕР АКТИВНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ С ЗАЩИТОЙ ОТ ОБРАТНОГО НАПРЯЖЕНИЯ Встатье приведена краткая информация о контроллере LT8672, предназначенном для построения активных

Подробнее

Характеристики операционного усилителя

ГУАП ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ должность, уч. степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Характеристики операционного усилителя по курсу: ЭЛЕКТРОНИКА РАБОТУ

Подробнее

К572ПВЗ, КН572ПВЗ, КР572ПВЗ

К572ПВЗ, КН572ПВЗ, КР572ПВЗ Микросхемы представляют собой 8-разрядный АЦП последовательного приближения, сопрягаемый с микропроцессором. Связь с микропроцессорами осуществляется в режиме записи и преобразования

Подробнее

Лекция 6 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

147 Лекция 6 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Класфикация полевых трансторов. 2. Полевые трасторы с управляющим p n-переходом. 3. МОП-трасторы с индуцированным каналом. 4. МОП-трасторы с встроенным каналом.

Подробнее

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ. Ведущий лектор: Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра ИНФОРМАТИКИ И МЕТОДИКИ

Подробнее

Универсальный интерфейс 4-20мА

Универсальный интерфейс - ма Возможности Токовый выход - ма для двухпроводной системы Общая ошибка преобразования.% (после калибровки) Нелинейность.% Точная установка защиты по выходному току. Независимая

Подробнее

Изучение работы полевого транзистора

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Изучение работы полевого транзистора Цель работы: ознакомиться с принципами работы полевого транзистора, построить стоковые характеристики транзистора. Краткие теоретические сведения

Подробнее

Тиристорный контактор BEL-TS h3

Техническая документация Тиристорный контактор BEL-TS h3 для быстрой коммутации конденсаторов в низковольтных секциях Содержание: 1. Важная информация:... 3 2. Область применения... 3 3. Компоненты статического

Подробнее

Датчик цепи аккумуляторов PBAT800

Датчик цепи аккумуляторов PBAT800 Руководство по установке и эксплуатации V1.0 Предупреждения! К установке данного устройства допускаются только профессионалы. Изготовитель не несет ответственности за

Подробнее

Цифровые устройства И ИЛИ НЕ F 1

Цифровые устройства Цифровые устройства это электронные функциональные узлы, которые обрабатывают цифровые сигналы. Цифровые сигналы представляются двумя дискретными уровнями напряжений: высоким и низким

Подробнее

МДП-ТРАНЗИСТОРЫ КАК ДИОДЫ

МДП-ТРАНЗИСТОРЫ КАК ДИОДЫ Карзов Б.Н., Кастров М.Ю., Малышков Г.М. При проектировании синхронных выпрямителей необходимо провести моделирование вольтамперных характеристик основных схем диодных включений

Подробнее

«Электронный дроссель» Евгений Карпов

«Электронный дроссель» Евгений Карпов В статье рассмотрены особенности работы электронного силового фильтра и возможность его использования в звуковоспроизводящей аппаратуре. Побудительным мотивом написания

Подробнее

Лекция 29. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ

97 Лекция 9. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ План. Элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).. Элементы КМОП-логики. 3. Основные параметры логических элементов. 4. Выводы.. Элементы транзисторно-транзисторной

Подробнее

Узел питания/зарядки Li-ion аккумуляторов.

Узел питания/зарядки Li-ion аккумуляторов. Введение Целью данной разработки является создание подсистемы питания носимых устройств от литиевых аккумуляторов с возможностью их зарядки. При этом основное

Подробнее

Как подключить к микроконтроллеру нагрузку? CAVR.ru

Рассказать в:

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 любойn-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 - Даташит на биполярный транзистор bc547

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 - Даташит на полевой транзистор irf640

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 - Даташит на сборку Дарлингтонов uln2003

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 - Даташит на симистор (триак) bt138

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 - Даташит на твердотельное реле cpc1030n

Файлы к статье:
bc547.pdf - Даташит на биполярный транзистор bc547
irf640.pdf - Даташит на полевой транзистор irf640
uln2003.pdf - Даташит на сборку Дарлингтонов uln2003
bt138.pdf - Даташит на симистор (триак) bt138
cpc1030n.pdf - Даташит на твердотельное реле cpc1030n


Раздел: [Конструкции простой сложности]
Сохрани статью в:
Оставь свой комментарий или вопрос:

Устройства управления нагрузками для Ардуино

Микроконтроллерные платы Ардуино получили широкое распространение для самодельных устройств автоматики и робототехники. Выходные сигналы таких устройств не превышают 40 мА при напряжении 5 В. Для управления различными исполнительными устройствами, такими как электродвигатели, соленоиды, электромагниты, лампы, нагревательные элементы требуются токи и напряжения больших значений. Согласовать уровни управления микроконтроллера с исполнительными устройствами позволяют разнообразные платы: контроллеры и драйверы электродвигателей, релейные модули, драйверы управления светодиодным освещением.

Контроллеры электродвигателей

Контроллеры электродвигателей или драйверы обеспечивают требуемые токи и напряжения, формируют необходимые сигналы управления, обеспечивают комплекс защитных функций. Они могут управлять электродвигателями постоянного тока, шаговыми двигателями, сервоприводами.

Micro 9g Servo HKSHAN – сервопривод позволяет поворачивать ось в пределах 0 – 180 градусов при подаче управляющего ШИМ- сигнала от микроконтроллера. Усилие, развиваемое приводом около 2 кг*см, скорость вращения 0,14 сек при повороте на 60 градусов. Служит для управления различными робототехническими и самодельными изделиями, радиоуправляемыми моделями.

DRV8825 Stepper Motor Driver Carrier POLOLU – контроллер биполярного шагового двигателя на базе микросхемы DRV8825. Поддерживает перемещение до 1/32-шага. Есть возможность регулировки выходного тока и защиты от перегрузки и перегрева. Может работать с двигателями напряжением 8,2 – 45 В и током до 1,8 А скз. Управление 3,3 и 5 В логикой.

 

Pololu Dual VNH5019 Motor Driver Shield for Arduino – двуканальный мостовой драйвер коллекторных электродвигателей постоянного тока. Допустимый рабочий ток до 12 А и напряжение 5,5 - 24 В. Для увеличения тока до 24 А выходы обоих каналов можно включить параллельно. Уровни управления соответствуют 3,3 и 5 В логике. Частота управляющих ШИМ-сигналов может быть до 20 кГц, что обеспечит бесшумную работу электродвигателей.

Релейные модули

Релейные модули, как следует из названия, предназначены для коммутации мощных нагрузок с помощью реле. Предусмотрена возможность переключения напряжений переменного и постоянного тока. При управлении реактивными нагрузками коммутируемая мощность снижается. Входные сигналы управления совместимы с управляющими уровнями от микроконтроллеров. Светодиоды индицируют наличие входных управляющих сигналов

4-Channel 5V Relay Module for Arduino WZE – четырех канальный релейный модуль с оптронной развязкой по входам. Напряжение питания +5 В, максимальная коммутируемая нагрузка 10 А/250 В AC, 10 А/30 В DC. Совместим не только с контроллером Ардуино, но и многими другими микроконтроллерами – ARM, AVR, PIC, DSP, 8051, MSP430 и TTL-логикой.

MP146 – одноканальный релейный модуль позволяет коммутировать нагрузки мощностью до 7 кВт при напряжении 220 В AC. Имеет три режима работы: КНОПКА, ИМПУЛЬС, ТРИГГЕР.

MP4411 – четырехканальный релейный модуль с управлением TTL-уровнями, светодиодной индикацией наличия питающего напряжения и состояния каждого канала. Каждый канал рассчитан на коммутацию активной нагрузки до 10 А/250 В AC.

Производители: Arduino, HK Shanhai Group, Pololu, WZE

Разделы: Аксессуары для микроконтроллерных плат, Детали для роботов

Опубликовано: 21.06.2017

Управляем нагрузкой по USB с помощью ПК и ATMega8


В наше время все больше находят применение устройства, позволяющие управлять нагрузками с помощью ПК. Обычно это некий коммутатор силовых нагрузок, подключаемый к компьютеру и специальное программное обеспечение.

Встречаются готовые образцы, которые позволяют управлять нагрузками удаленно через интернет, например, давая возможность включать свет, ТЭНы в бане, различные клапаны и т.д. Современные технологии позволяют делать устройства миниатюрными и быстродействующими.
Описанное в статье устройство создавалось в рамках учебного курса университета в виде курсового проекта, поэтому начну с самого начала.

Содержание / Contents

Для решения задачи я решил применить микроконтроллер, который должен иметь на борту приемопередатчик UART и минимум три свободных порта для трёх каналов управления (количество их может быть увеличено и зависит от числа нагрузок). Вполне подходящим оказался микроконтроллер семейства AVR - ATMega8, как самый распространенный и недорогой.

Для создания связи устройства через USB-порт с ПК я использовал аппаратный преобразователь USB-UART с использованием микросхемы FT232RL.

Структурную схему можно представить в следующем виде:

Тут все очень просто и почти не требует пояснения. Вся электрическая часть устройства состоит из следующих элементов:
a) Блок управления включения/выключения нагрузки
b) Микроконтроллер
c) Преобразователь USB – UART
d) ПК и программа управления устройством

После подключения устройства к ПК пользователь запускает программу управления устройством. При удачном подключении от устройства придёт сообщение, после чего можно будет управлять нагрузкой. Данные о включении или выключении выводятся в окне программы.

Связь с компьютером осуществляется с помощью преобразователя USB-UART на FT232RL, для чего используется выводы 3 и 4 порта D микроконтроллера, соответствующие сигналам RxD и TxD. Схема подключения осуществляется согласно документации на FT-232RL и ATMega8. Кварцевый резонатор имеет частоту 7.3728 Мгц. Управление нагрузкой осуществляется с помощью гальванически развязанного ключа на симисторе BT138-600 и оптопаре MOC3061. Такого ключа достаточно для нагрузки до 12А.
Схема выглядит следующим образом:
Исключён фрагмент. Полный вариант статьи доступен меценатам и полноправным членам сообщества. Читай условия доступа.

DD1 - ATMega8
DD2 - FT232RL
R1 - 10K
R2-R4 - 470R
R5,R7,R9 - 200R
R6,R8,R10 - 470K
C1-C3 - 22pF
C4 - 0.1mF
Z1 - 7.3728MHz
D1-D3 - MOC3061
T1-T3 - BT138-600E
X1 - DS1107, USB-A вилка на кабель
X2 - B5B-XH-A, вилка прямая на плату
X3 - клеммник барьерный DG25C-B-08P-13-00A(H)

Подойдя к стадии написания программного обеспечения для МК я задался вопросом, а как же это все будет работать. Немного подумав, я решил, что алгоритм работы должен выглядеть следующим образом:

После включения микроконтроллера (его подключения к ПК), инициализируется его работа, устанавливается режим работы приемо-передатчика UART, после чего разрешаются прерывания и МК ждет приема данных от программы, запущенной на ПК.

При запуске программы и удачном подключении устройства, программа обменивается с МК данными иполучает сообщение об удачном подключении. При повторном подключении программы к уже включенной плате, устройство посылает сообщение о количестве и номере включенных устройств.
Работает МК в режиме ожидания, пока не произойдет прерывание по приему данных. Описанный выше цикл повторяется бесконечно, пока включено питание устройства.

Программа, отвечающая за работу МК написана с использованием WinAVR и отлаживалась виртуально на ПК при помощи пакета ISIS 7 Professional. Увидеть исходный код и получить готовую прошивку можно скачав архив внизу статьи.
Если кому-то будет интересен результат компиляции кода, то он представлен ниже:

> "make.exe" all
-------- begin --------
avr-gcc (WinAVR 20100110) 4.3.3
Copyright (C) 2008 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions. There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
Size before:
AVR Memory Usage
----------------
Device: atmega8

Program: 1666 bytes (20.3% Full)
(.text + .data + .bootloader)

dаta: 581 bytes (56.7% Full)
(.data + .bss + .noinit)

Compiling C: ra1.c
avr-gcc -c -mmcu=atmega8 -I. -gstabs -DF_CPU=7372800UL -Os -funsigned-char -funsigned-bitfields -fpack-struct -fshort-enums -Wall -Wstrict-prototypes -Wa,-adhlns=./ra1.lst -std=gnu99 -MMD -MP -MF .dep/ra1.o.d ra1.c -o ra1.o

Linking: ra1.elf
avr-gcc -mmcu=atmega8 -I. -gstabs -DF_CPU=7372800UL -Os -funsigned-char -funsigned-bitfields -fpack-struct -fshort-enums -Wall -Wstrict-prototypes -Wa,-adhlns=ra1.o -std=gnu99 -MMD -MP -MF .dep/ra1.elf.d ra1.o --output ra1.elf -Wl,-Map=ra1.map,--cref -lm

Creating load file for Flash: ra1.hex
avr-objcopy -O ihex -R .eeprom -R .fuse -R .lock ra1.elf ra1.hex

Creating load file for EEPROM: ra1.eep
avr-objcopy -j .eeprom --set-section-flags=.eeprom="alloc,load" \
--change-section-lma .eeprom=0 --no-change-warnings -O ihex ra1.elf ra1.eep || exit 0

Creating Extended Listing: ra1.lss
avr-objdump -h -S -z ra1.elf > ra1.lss

Creating Symbol Table: ra1.sym
avr-nm -n ra1.elf > ra1.sym

Converting to AVR Extended COFF: ra1.cof
avr-objcopy --debugging --change-section-address .data-0x800000 --change-section-address .bss-0x800000 --change-section-address .noinit-0x800000 --change-section-address .eeprom-0x810000 -O coff-ext-avr ra1.elf ra1.cof

Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_copy_data_start
Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_copy_data_loop
Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_clear_bss_start
Discarding local symbol outside any compilation unit: .do_clear_bss_loop
avr-objcopy: --change-section-vma .eeprom+0xff7f0000 never used
avr-objcopy: --change-section-lma .eeprom+0xff7f0000 never used
avr-objcopy: --change-section-vma .noinit+0xff800000 never used
avr-objcopy: --change-section-lma .noinit+0xff800000 never used

Size after:
AVR Memory Usage
----------------
Device: atmega8

Program: 1666 bytes (20.3% Full)
(.text + .data + .bootloader)

dаta: 581 bytes (56.7% Full)
(.data + .bss + .noinit)

-------- end --------

> Process Exit Code: 0
> Time Taken: 00:04

Написание программы для ПК для меня было уже куда более интересным. Т.к. раньше мне уже доводилось встречаться с Delphi изначально был выбран он. Но дойдя до стадии использования в проекте объекта для работы с COM-портом встретился с проблемой (возможно сам не доглядел): ни в одной сборке студий я такой объект не обнаружил.
Тогда я взял самоучитель по С# и, посидев с ним 2 вечера после работы, приступил к написанию пробной версии программы. Внешне вышла она не очень привлекательной, но это не главное. Главное - работает!

В верхнем разделе меню я добавил небольшую справку о том, как должно быть сконфигурировано подключенное к ПК устройство.

В общем, программа получилась такой как я хотел, хотя осталась еще пара идей, которые хотелось бы реализовать позднее.
Для работы программы COM-порт необходимо настроить следующим образом:
Baund Rate - 9600
Data bits - 8
Stop Bits - 1

Проект был собран на монтажной плате, ПП не разрабатывалась. Прилагаю к статье файл модели в Proteus 7.6 SP4. В заключении хочется сказать, что работа над проектом продолжается.
В планах:
• реализация FIFO,
• наращивание числа коммутаторов,
• доработка управляющего ПО

Спасибо за внимание!

Исходники и прошивка МК:
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Программа управления по USBдля Win:
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Модель в Proteus 7.6 SP4:
▼ Файловый сервис недоступен. Зарегистрируйтесь или авторизуйтесь на сайте.

Камрад, рассмотри датагорские рекомендации

🌻 Купон до 1000₽ для новичка на Aliexpress

Никогда не затаривался у китайцев? Пришло время начать!
Камрад, регистрируйся на Али по нашей ссылке. Ты получишь скидочный купон на первый заказ. Не тяни, условия акции меняются.

🌼 Полезные и проверенные железяки, можно брать

Куплено и опробовано читателями или в лаборатории редакции.

 

Электроника НТБ - научно-технический журнал - Электроника НТБ

Механический термостат
Механический термостат, используемый в электроплитах и нагревателях с резистивным нагревательным элементом, работает следующим образом. При нагреве между двумя проводниками с помощью биметаллической пластины устанавливается электрический контакт. Коммутируемый ток протекает через биметаллическую пластину, вызывая ее нагрев, по достижении определенной температуры пластина изгибается, и соединение размыкается. После размыкания пластина остывает, и цикл повторяется. Для управления частотой повторения циклов нагрева используется специальный винт, с помощью которого регулируется сила сжатия контактов. Обычно на головке винта имеется ручка для выставления температуры или мощности. Ясно, что такая установка не может быть точной. Кроме того, в процессе работы вследствие постоянного температурного расширения-сжатия изнашиваются как сами контакты (обгорают), так и биметаллическая пластина . Все это сильно сказывается на долговечности металлических термостатов.

Принцип работы симистора Симистор - полупроводниковый элемент с тремя выводами (двумя силовыми и одним управляющим), предназначенный для коммутации нагрузки в сети переменного тока. Для управления режимом работы симистора используется низковольтный сигнал, подаваемый на его управляющий электрод. При подаче напряжения на этот электрод симистор открывается и пропускает ток (рис.1). Каждый квадрант на рис.1 соответствует определенному режиму работы симистора: QI, QII и QIII - рабочие квадранты, QIV - запрещенный. В этом квадранте симистор может выйти из строя, и для сохранения его рабочего состояния используются специальные схемы защиты. Возможна работа только при отрицательных уровнях управляющего напряжения, т.е. в квадрантах QII и QIII. Следует заметить, что в настоящее время многие производители полупроводниковых приборов освоили производство так называемых трехквадрантных симисторов, у которых случайный переход в квадрант QIV невозможен.
Поскольку работой симистора управляет не уровень напряжения, а ток, возможно его подключение непосредственно к выводу микроконтроллера, ток которого может достигать 25 мА. Симистор остается в открытом состоянии до окончания полупериода коммутируемого напряжения. При переходе напряжения через нуль симистор закрывается - он оказывается в другом квадранте, и чтобы его открыть требуется следующий управляющий импульс.

Фазовое управление
Мощность, подводимая к нагрузке, может регулироваться за счет управления фазой через симистор (рис.2). Метод аналогичен широтно-импульсной модуляции и заключается в пропускании через симистор части полупериода сетевого напряжения. Ток нагрузки пропорционален интегралу от полученного сигнала. Этот режим используется в регуляторах освещенности - диммерах. Яркость свечения лампы пропорциональна площади под обрезанной синусоидой. Достоинство метода - равенство частоты пульсаций на нагрузке сетевой частоте. Это важно для управления осветительными приборами, так как уменьшение частоты может сказаться на появлении мерцания, заметного глазом.
Недостаток метода - возникновение наводок в результате резкого переключения симистора. Эти наводки ухудшают электромагнитную совместимость (EMI) устройства и могут вызвать ненужные переключения симистора.

Пропуск периодов
Альтернативный метод управления мощностью симистора - пропуск периодов подаваемого переменного напряжения. Для регулирования тока нагрузки симистор пропускает только часть периодов сетевого напряжения, при этом, поскольку симистор включается в момент перехода сетевого напряжения через нуль, проблема электромагнитной совместимости не возникает. Режим пропуска периодов пригоден для управления резистивными нагрузками, но не применим для осветительных приборов, так как вызывает мигание ламп накаливания.
Оба рассмотренных метода управления мощностью симистора требуют фиксировать момент прохождения сетевого напряжения через нуль. Один из способов выполнения этой задачи - подавать переменное сетевое напряжение непосредственно на вход микроконтроллера через последовательный резистор с сопротивлением несколько мегаом. И тут целесообразно использовать микроконтроллеры семейства PIC компании Microchip. Защитные диоды на портах этих микроконтроллеров позволяют ограничивать сетевое напряжение: сверху - напряжением питания и снизу - уровнем заземления (GND). Существует и альтернативный способ, который обсудим подробнее.
Рассмотрим схему блока управления нагрузкой микроконтроллера PIC10F204 компании Microchip со встроенным аналоговым компаратором (рис.3). Для питания микроконтроллера используется бестрансформаторный резистивный источник*. Момент перехода сетевого напряжения через нуль регистрируется с помощью сигнала на аноде стабилитрона, который через резистор, ограничивающий ток, подается непосредственно на вывод порта микроконтроллера.
В схеме управления током нагрузки нет цепи обратной связи, поэтому для установки требуемого значения мощности используется переменный резистор, т.е. здесь реализован электронный аналог традиционного механического термостата. Нагрузкой служит резистивный нагреватель. При сетевом питании 220 В действующее значение тока составляет 5 А. Симистор следует выбирать на большее значение рабочего тока и устанавливать на теплоотвод. В предлагаемой схеме используется симистор BTA208-600F фирмы Philips.
Для оцифровки значения сопротивления переменного резистора, регулирующего мощность, используется интегрирующий преобразователь на базе конденсатора С6, а для стабилизации задающего напряжения применен стабилитрон D4 на напряжение 3 В. В начале цикла преобразования вывод GP1 микроконтроллера настраивается на вывод сигнала, и на нем устанавливается высокий уровень напряжения, которое заряжает конденсатор. Далее вывод конфигурируется как вход компаратора. Конденсатор начинает разряжаться через переменный резистор, причем время разрядки пропорционально значению сопротивления резистора. В момент, когда напряжение на конденсаторе падает до внутреннего опорного напряжения микроконтроллера, равного 0,6 В, срабатывает компаратор, который и фиксирует время разрядки. Значение сопротивления переменного резистора рассчитывается по формуле:

t = -(RPOT1 + R12)·C6·ln(VREF / Vz),
где t - время разрядки конденсатора, RPOT1 - сопротивление переменного резистора, VREF - внутреннее опорное напряжение (0,6 В), VZ - напряжение на стабилитроне (3 В).
В устройстве используется переменный резистор с сопротивлением 25 кОм и линейной зависимостью сопротивления от угла поворота регулирующего движка. Время разрядки конденсатора лежит в пределах 3,53-7,56 мс, время полной разрядки должно быть меньше 10 мс, так как необходимо, чтобы работа микроконтроллера была синхронизирована с сетью. Диаграмма работы преобразователя представлена на рис.4.

Борьба с шумами
Представленная на рис.3 схема цифрового термостата предполагает идеальное сетевое питание. Но в реальной сети существуют достаточно сильные помехи, которые могут сказаться на работе микроконтроллера. Особенно опасны шумы мегагерцевого диапазона, амплитуда которых может достигать десятков киловольт. Если при разработке схемы учесть этот факт и принять ряд несложных мер по изоляции микроконтроллера от высокочастотных шумов, то удастся сэкономить много сил и времени при отладке. На рис.5 представлена модификация схемы с учетом данных рекомендаций.
Первое, на что следует обратить внимание, - наличие фильтра в цепи питания микроконтроллера (C3, R4 и R5). Выполняются отдельные заземления цифровой части схемы и зашумленной аналоговой. И во-вторых, выводы микроконтроллера защищены фильтрами низкой частоты (GP2, GP3), которые рекомендуется выполнять на основе керамических конденсаторов.

Программное обеспечение
Для управления электронным термостатом предлагается алгоритм работы. Основной цикл программы - отслеживание перехода сетевого напряжения через нуль. При регистрации этого перехода решается вопрос открытия симистора в данный полупериод. Для открытия симистора на вывод GP2 контроллера выдается импульс длительностью порядка 2 мс.
Преобразование значения сопротивления переменного резистора привязано к определенным полупериодам сетевого напряжения. Во время положительного полупериода происходит зарядка конденсатора, во время отрицательного - непосредственно преобразование. Временные параметры интегрирующей цепи выбираются на основе частоты питающего напряжения (см. формулу). Время разрядки конденсатора измеряется таймером 0.
Управление мощностью осуществляется путем пропуска периодов сетевого напряжения: полный цикл составляет 10 полупериодов - т.е. число полупериодов, во время которых нагрузка запитывается пропорционально значению сопротивления задающего резистора. Если это сопротивление не равно нулю, зажигается светодиод и таймер запускается на два часа. Повторный запуск таймера происходит при смене задающего значения сопротивления. По прошествии двух часов нагрузка отключается и включается лишь после сброса питания или задания нового уровня мощности.
Программное обеспечение занимает порядка 130 ячеек памяти программ и использует 10-байт ОЗУ.
Полученный электронный термостат имеет следующие преимущества перед механическим аналогом:
· повышенная надежность, обусловленная практически полным отсутствием механических деталей;
· наличие встроенных средств защиты, таких как таймер автоматического отключения;
· индикация рабочего режима;
· гибкость схемы, предусматривающей внутрисхемное программирование микроконтроллера и получение на основе одного и того же конструктива устройств с различной функциональностью;
· повышенная точность и возможность работы при малых уровнях мощности.
Следует отметить, что предложенная система может быть доработана путем введения следующих функций:
· обратной связи по температуре и реализации несложного закона поддержания и регулировки температуры;
· самокалибровки;
· дистанционного управления устройством, например по инфракрасному или радиоканалу;
· фазового управления для регулировки тока ламп накаливания.

На основе предложенной схемы возможна реализация целой гаммы несложных устройств управления сетевым питанием, которые могут применяться в бытовой технике, осветительных приборах, в промышленности и сельском хозяйстве.

Управление мощной нагрузкой с помощью микроконтроллера малой мощности

Многие микроконтроллеры имеют выход с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), который можно фильтровать нижними частотами для получения переменного напряжения постоянного тока. Однако без дополнительных схем этот метод ограничивается управлением очень маломощными нагрузками.

Схема здесь иллюстрирует схему, которая позволяет этому постоянному напряжению управлять мощной нагрузкой, такой как двигатель, привод или нагревательный элемент (см. Рисунок) .Кроме того, напряжение нагрузки может быть выше или ниже напряжения питания микроконтроллера. Кроме того, его можно регулировать в любом подходящем диапазоне с разрешением, равным сигналу ШИМ.

Сигнал ШИМ, V PWM , вместе с цепью резисторов R1-R3 и конденсатором фильтра C1, генерирует управляющее напряжение (V C ), которое буферизируется и смещается по уровню с помощью IC1, R6 и R7. Напряжение нагрузки (V L ) появляется на выходе регулируемого регулятора положительного напряжения (IC2) и может быть установлено на любое значение примерно от 1.25 В до напряжения или около того ниже уровня напряжения питания высокой мощности (V S ).

Хотя в качестве проходного устройства можно использовать биполярный или полевой МОП-транзистор, регулятор имеет преимущество механизмов внутренней защиты, таких как ограничение тока короткого замыкания и отключение при тепловой перегрузке. Кроме того, такие регуляторы, как LM317 или LM1084IT-ADJ, относительно недороги и могут обеспечивать значительную мощность нагрузки с соответствующим радиатором.

Эти устройства имеют внутреннюю опорную ширину запрещенной зоны, которая устанавливает выходное напряжение равным 1.На 25 В (типичное значение) выше потенциала на контакте регулировки (ADJ). Замкнутый контур вокруг IC1, IC2, R6 и R7 дает следующие отношения:

V L = V C \ [1 + (R6 / R7) \] (1)

где V C - управляющее напряжение, возникающее на неинвертирующей входной клемме операционного усилителя. Это уравнение можно изменить, чтобы получить R6 в виде V L , V C и R7:

.

R6 = R7 \ [(V L / V C ) - 1 \] (2)

Теперь, при условии, что VPWM может вращаться по рельсам и покрывать диапазон рабочего цикла от 0 до 100%, для определения R1, R2 и R3 можно использовать следующие уравнения:

R2 = R1 \ [(V C (MAX) V C (MIN)) (V D - V C (MAX)) \] (3)

R3 = R1 \ [(В C (МАКС) / В C (МИН)) - 1 \] (4)

Следующие два примера иллюстрируют процесс проектирования.

ПРИМЕР 1
V L = от 3,0 до 12,0 В; V D = 3,3 В. Во-первых, мы допускаем некоторый запас в пределах V L и допустим диапазон от 2,8 до 12,2 В. Кроме того, мы можем упростить схему, предположив, что V C (MAX) = V D = 3,3 В. Из уравнения 2 находим, что:

R6 = R7 \ [(V L (MAX) / V C (MAX)) 1 \], и поэтому:

R6 = R7 \ [(12.2) /3.3) 1 \] = 2.7 R7 Подходящие предпочтительные значения: R6 = 270 кОм = 100 кОм.Переставляя уравнение 1, находим, что:

В C (МИН) = В L (МИН) / (1 + 2,7) = 2,8 / 3,7 = 0,757 В

Подставляя значения V C (MIN), V C (MAX) и V D в уравнения 3 и 4, мы находим, что R2 = ∞ (т.е. R2 опущено) и R3 = 3,359 R1 . Подходящие предпочтительные значения: R1 = 270 кОм, R3 = 910 кОм. Напряжение питания V S должно быть установлено достаточно высоким, чтобы учесть падение напряжения IC2, обычно 1.От 5 до 2,0 В для LM317 и 1,0 В для LM1084IT-ADJ (при условии тока нагрузки 1 А, T = 25 ° C). В испытательной схеме, построенной с использованием указанных выше номиналов резисторов, V L находился в диапазоне от 2,80 до 12,26 В.

ПРИМЕР 2
V L = от 2,5 до 4,5 В; V D = 5,0 В. Опять же, мы допускаем некоторый запас для V L и допускаем диапазон от 2,3 до 4,7 В. Поскольку V L (MAX) меньше, чем V D , обеспечивается действие делителя потенциала. R6 и R7 не требуется, поэтому R7 можно не указывать, а значение R6 выбирается в соответствии с конденсатором стабильности C3; скажем, R6 = 100Ωk.Таким образом, V C (MAX) = V L (MAX) = 4,7 В и V C (MIN) = V L (MIN) = 2,3 В. Вставка этих значений в уравнения 3 и 4 дает :

R3 = 1,043 R1 ≈ R1, а R2 = 8 R1

Подходящие предпочтительные значения: R1 и R3 = 150 Ом кОм, R2 = 1,2 МОм. Тестовая схема, построенная с использованием этих значений, показала диапазон V L от 2,350 до 4,709 В.

Конденсатор фильтра C1 определяет пульсации на V C . Если частота ШИМ не очень низкая, подойдет значение от 100 нФ до 1 мкФ.Операционный усилитель IC1 должен быть выбран так, чтобы обеспечить полный диапазон V C на его входе, а его выходное напряжение (V o ) должно удовлетворять V o = V L - 1,25 В для всех значений V л . Если положительный размах выходного сигнала IC1 несколько ограничен, может быть включен дополнительный резистор R4. Это установит выходное напряжение IC1 равным o = (V L - 1,25 В) - (125 мкА + I ADJ ) R4, где I ADJ - ток регулировочного штыря регулятора, обычно около 50 мкА.

Однако R4 следует добавлять с осторожностью, особенно если V L (MIN) достаточно низкий. В случаях, когда V L (MAX) > V D , обычно необходимо запитать IC1 от шины V S . Однако для таких приложений, как описанное в Примере 2, можно использовать операционный усилитель с выходом «rail-to-rail», питаемый от шины V D .

Конденсатор C3 необходим для обеспечения стабильности цепи операционного усилителя / регулятора.Если R6 и R7 находятся в диапазоне сотен килоом, значение от 100 мкФ до 1 нФ должно быть подходящим. Меньшие значения R6 и R7 могут потребовать большего значения C3. Конденсаторы C2 и C4 должны быть выбраны в соответствии с требованиями типа регулятора, используемого для IC2. Обратите внимание, что точность V L напрямую зависит от V D , который должен хорошо регулироваться.

Управление нагрузкой на основе IOT через автономный Wi-Fi с использованием микроконтроллера pic

IOT на основе Load Contro l Over Standalone Wi-Fi System Прежде всего, давайте начнем с введения в IOT, основанное на управлении нагрузкой через автономную систему Wi-Fi.Управление нагрузкой на автономную систему на основе IOT ( Интернет вещей ) представляет собой очень продвинутую систему домашней автоматизации . В этом современном мире каждый мужчина или женщина хотят куда-нибудь переехать, они просто хотят нажать кнопку и все сделать. Имейте в виду все это, мы вводим управление нагрузкой на основе Интернета вещей через автономную систему Wi-Fi. Используя эту систему, мы можем легко управлять бытовой техникой автоматически через систему Wi-Fi. Здесь мы разработали эту систему с помощью микроконтроллера 18F452, который принадлежит к семейству pic, трансформатора для подключения этой системы напрямую к источнику питания wapda, модуля Wi-Fi для управления этой системой через Wi-Fi, оптопару. для изоляции двух сигналов и регулятора напряжения для регулирования постоянного напряжения для подачи питания на микроконтроллер, модуль Wi-Fi и другие компоненты этой системы.

Блок-схема управления нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi

На рисунке ниже представлена ​​блок-схема управления нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi

.

Список аппаратных компонентов для управления нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi

Управление нагрузкой на основе IOT над автономной системой Wi-Fi включает следующие аппаратные компоненты:

Модуль Wi-Fi: Модуль Wi-Fi в управлении нагрузкой на основе IOT над автономной системой используется для подключения этой системы к Wi-Fi, поскольку эта система полностью управляется через Wi-Fi.Когда кто-либо будет отправлять инструкции по управлению нагрузкой через мобильный телефон или веб-страницу, эти инструкции будут получены модулем Wi-Fi и посылать сигнал микроконтроллеру для включения или выключения подключенной нагрузки. Это очень важный компонент этой системы.

Оптопара: В управлении нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi оптопара используется для передачи сигнала Wi-Fi на микроконтроллер без какого-либо соединения между ними.Состоит из фотодиода или фототранзистора и излучателя света. Когда свет, исходящий от модуля Wi-Fi, падает на фототранзистор или фотодиод, он посылает сигнал на микроконтроллер для включения или выключения подключаемой нагрузки.

Микроконтроллер PIC 18F452: В этой загрузке на основе IOT над автономной системой Wi-Fi микроконтроллер используется для атомарного управления этой системой, которая состоит из оперативной памяти, ROM и процессора и программируется с помощью языка mikro c.Он сопряжен с оптопарой для приема сигнала Wi-Fi. Когда кто-либо отправляет данные или сигнал управления нагрузкой со смартфона, этот сигнал принимается модулем Wi-Fi, а затем этот сигнал принимается микроконтроллером через оптрон. Микроконтроллер, который уже запрограммирован в соответствии с сигналом управления нагрузкой, а затем отправляет сигнал управления нагрузкой на выходную нагрузку для включения или выключения этой нагрузки. Этой нагрузкой также можно управлять вручную с помощью простого переключателя с этой нагрузкой.Тогда мы видим работу микроконтроллера; микроконтроллер играет важную роль в этом управлении нагрузкой на основе IOT над автономной системой Wi-Fi.

Трансформатор: Трансформатор, работающий по принципу взаимной индукции, используется для понижения напряжения 220В переменного тока до 12В переменного тока для работы других электронных компонентов. Используя этот трансформатор, мы можем подключить эту систему напрямую к источнику питания wapda.

Мостовой выпрямитель: В управлении нагрузкой на основе IOT над автономной системой мостовой выпрямитель используется для преобразования переменного напряжения в постоянное для управления микроконтроллером, ЖК-дисплеем и модулем Wi-Fi.

Регулятор напряжения: В управлении нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi регулятор напряжения используется для регулирования 12 постоянного тока, который является выходом мостового выпрямителя, до 3,3 В постоянного тока и 5 В постоянного тока.

ЖК-дисплей: ЖК-дисплей в этом управлении нагрузкой в ​​автономной системе используется для отображения данных, отправляемых со смартфона, или отображения состояния подключенной нагрузки.

Симистор: Симистор - это электронный компонент, который проводит ток в обоих направлениях, поэтому его называют двунаправленным триодным тиристором или двусторонним триодным тиристором.В управлении нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi симистор относится к выходной нагрузке для включения или отключения выходной нагрузки.

Нагрузка: В этом управлении нагрузкой на основе IOT над автономной системой лампочка используется в качестве выходной нагрузки.

Работа управления нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi:

Управление нагрузкой на основе IOT над автономной системой Wi-Fi очень просто. Когда кто-либо или потребитель хочет контролировать загрузку дома или офиса, он просто открывает веб-страницу со своего мобильного телефона и проверяет статус загрузки своего дома или офиса.Предположим, что если он хочет снять некоторую нагрузку, он просто нажимает кнопку выключения на своем мобильном телефоне. Его мобильный телефон отправляет сигнал на модуль Wi-Fi, который соединен с микроконтроллером через оптрон. Микроконтроллер, подключенный к симистору. Компонент симистора подключен к выходной нагрузке. Когда микроконтроллер отправляет логику без нагрузки на трейк, тогда симистор отключает выходную нагрузку. Таким образом, с помощью этой системы мы можем легко управлять нагрузкой дома или в офисе.

Приложения и преимущества управления нагрузкой на основе IOT над автономной системой Wi-Fi:

  1. Эта система управления нагрузкой на основе IOT через автономную систему Wi-Fi может использоваться в ваших домах в качестве системы домашней автоматизации для снижения счета.
  2. Используя эту систему, мы можем уменьшить рабочую силу.
  3. С помощью этой системы мы можем легко проверить статус загрузки нашего дома или офиса из любого места и в любое время.
  4. Эта система может напрямую подключаться к источнику питания нагрузки, для этой системы не требуется дополнительного источника питания, эта функция также снижает стоимость этой системы.
Система управления нагрузкой на основе

DTMF с использованием микроконтроллера 8051

Система управления нагрузкой на основе DTMF с использованием микроконтроллера 8051 - это простой проект, который помогает управлять различными нагрузками (электрическими приборами) с помощью технологии DTMF.DTMF или двухтональный многочастотный сигнал - это метод передачи сигналов, который часто используется в области телекоммуникаций (в частности, в телефонах).

В системе управления нагрузкой на основе DTMF с использованием проекта 8051 мы используем различные коммуникационные технологии, такие как DTMF и GSM, для управления нашей бытовой техникой с помощью сотового телефона (мобильного телефона).

ВНИМАНИЕ : Будьте предельно осторожны, поскольку вы будете иметь дело с питанием от сети 230 В переменного тока.

Выходное видео


Система управления нагрузкой на основе DTMF с использованием 8051 - Завершите пошаговый процесс с КОДОМ.Подпишись бесплатно.


Принцип системы управления нагрузкой на основе DTMF с использованием 8051

Принцип работы системы управления нагрузкой на основе DTMF с использованием микроконтроллера 8051 основан на технологии DTMF.

Технология DTMF используется в телефонах (мобильных или стационарных), где при нажатии клавиши или кнопки на телефоне будет сгенерирован соответствующий и уникальный тональный сигнал. Этот тон представляет собой комбинацию двух разных частот.

Каждая клавиша связана с двумя частотами, и при нажатии клавиши генерируется тон, который является перекрытием этих двух сигналов.В типичной клавиатуре телефона имеется 12 клавиш, то есть от 0 до 9 цифровых клавиш и две символьные клавиши (Hash # и Asterisk *).

Эти 12 ключей размещены в 4 рядах и 3 столбцах. Кроме того, четвертый столбец, состоящий из букв A, B, C и D, также включен в технологию DTMF.

На следующем рисунке показана схема типичной телефонной клавиатуры и соответствующие частоты тонов.

В этом проекте мы будем декодировать тоны, нажимаемые на телефоне, и соответственно включать или выключать нагрузку.Для этого мы будем использовать специальную микросхему декодера DTMF - HT9170B.

Статья по теме: Робот, управляемый DTMF, без микроконтроллера

Принципиальная схема системы управления нагрузкой на основе DTMF с использованием 8051

Необходимые компоненты

  • Микроконтроллер на базе 8051 (AT89C51)
  • 8051 Плата программиста
  • Кварцевый кристалл 11,0592 МГц
  • Кнопка
  • Конденсатор 2 x 33 пФ
  • Резисторы 2 x 10 кОм (1/4 Вт)
  • Конденсатор 10 мкФ
  • Пакет подтягивающих резисторов 1 кОм x 8
  • ЖК-дисплей 16 x 2
  • 10 кОм POT
  • HT9170B ИС декодера DTMF
  • 3.579545 МГц Кристалл
  • Конденсатор 2 x 20 пФ
  • 2 резистора по 100 кОм (1/4 Вт)
  • Конденсатор 0,1 мкФ (100 нФ)
  • Резистор 300 кОм (1/4 Вт)
  • Реле 5 В или 12 В
  • BC547 Транзистор NPN
  • 1N4007 PN Соединительный диод
  • Резистор 1 кОм (1/4 Вт)
  • Keil µVision IDE
  • Willar Software
  • Два мобильных телефона (один на линии и один для звонков)

Также прочтите этот интересный пост: Домашняя автоматизация на основе DTMF

Как разработать систему управления нагрузкой на основе DTMF с использованием 8051?

Во-первых, вы должны подключить к микроконтроллеру основные компоненты схемы генератора и схемы сброса.Если вы используете отладочную плату, то эти соединения уже будут установлены.

Далее необходимо подключить ЖК-дисплей. ЖК-дисплей используется в 8-битном режиме. Итак, подключите все 8 выводов данных ЖК-дисплея к PORT1 микроконтроллера 8051. Подключите три управляющих контакта ЖК-дисплея следующим образом: RS к P3.6, RW к GND и E к P3.7.

Для управления контрастностью ЖК-дисплея подключите потенциометр 10 кОм к его контакту 3.

Существует множество соединений, связанных с IC декодера DTMF.Следовательно, мы использовали специальный модуль декодирования DTMF со всеми уже выполненными соединениями. На принципиальной схеме четко указаны необходимые соединения для ИС декодера DTMF.

Наконец, необходимо подключить нагрузку к микроконтроллеру. Реле подключено к выводу P0.0 PORT0 микроконтроллера через транзистор.

Принципиальная схема и упомянутые выше компоненты предназначены специально для управления одной нагрузкой. Для множественных нагрузок вам понадобится аналогичный набор компонентов.

Как управлять схемой управления нагрузкой на основе DTMF?

  • Сначала подключите наушники к разъему 3,5 мм на телефоне. Провода наушников подключены к DTMF I / P цепи.
  • Включите питание цепи, и по умолчанию все нагрузки выключены.
  • Для проверки цепи откройте номеронабиратель в телефоне, подключенном к цепи, и нажмите цифру 1.
  • Согласно программе, когда тон для 1 декодируется IC декодера DTMF, микроконтроллер включает нагрузку 1.
  • Когда вы снова нажмете кнопку 1, микроконтроллер выключит нагрузку 1.
  • Теперь в телефоне, подключенном к цепи, установите опцию автоматического ответа на звонок при подключении наушников.
  • Используя второй телефон, наберите номер, соответствующий первому телефону (тому, который подключен к цепи).
  • На звонок будет автоматически дан ответ.
  • Когда вы нажмете 1 на телефоне в руке, тон будет передан и обнаружен DTMF-декодером.
  • Следовательно, микроконтроллер включит нагрузку 1.
  • Аналогичным образом вы можете управлять и другими нагрузками.
Алгоритм программы
  • Если вы обратитесь к таблице данных HT9170B, она определяет выходные данные, соответствующие нажатию клавиш.
  • Например, для ключа 1 данные на выходных контактах ИС декодера DTMF будут следующими: D3-D2-D1-D0 = 0-0-0-1.
  • Вы можете использовать эти данные в программе микроконтроллера 8051 для обнаружения ключа 1.
  • Аналогично, есть уникальные выходные данные для всех ключей.
  • Для обнаружения действительного тона вы можете использовать вывод DV микросхемы декодера DTMF (вывод 15). Этот вывод станет ВЫСОКИМ, когда на входе будет действительный тон. В противном случае этот вывод останется НИЗКИМ.

СКАЧАТЬ КОД ПРОЕКТА

Преимущества системы управления нагрузкой на основе DTMF

  • Вы можете использовать систему управления нагрузкой на основе DTMF с микроконтроллером 8051 для удаленного управления любыми нагрузками с использованием технологий GSM и DTMF.
  • Мы можем включить или выключить бытовую технику из любого места и в любое время.
  • Нам не нужно беспокоиться, если мы забыли выключить какой-либо прибор, пока мы выходим на улицу, поскольку мы можем выключить его, когда нам будет удобно.
Ограничения управления нагрузкой на основе DTMF
  • Любой, у кого есть номер мобильного телефона в цепи, может управлять нагрузкой.
  • Максимально можно управлять только 16 нагрузками.

Система управления электрической нагрузкой на базе ПК и ее работа

Комплект проекта системы управления электрической нагрузкой на базе ПК

Система автоматизации в основном зависит от энергетических систем в промышленных, жилых или коммерческих помещениях, которым требуется удаленное управление и мониторинг.Используя беспроводные технологии, более компетентно применять подходящую технологию в зависимости от требований предлагаемой системы, таких как скорость, стоимость и расстояние.

Для дистанционного управления и мониторинга различных нагрузок, а также посредством эффективного использования энергии за счет потребления энергии в реальном времени с помощью приложения с графическим интерфейсом пользователя на базе ПК. Прогресс технологического оборудования становится для нас все проще и легче. Автоматизированные системы имеют больше преимуществ по сравнению с ручной системой.Системы управления электрической нагрузкой на базе ПК - это высоконадежные, точные и экономящие время системы. Они предоставляют ряд функций, таких как быстрое хранение данных, передача данных и безопасность данных.

Система управления электрической нагрузкой на базе ПК

Система управления электрической нагрузкой на базе ПК может быть построена с микроконтроллером серии 8051, ИС переключателя уровня, разъемом DB, реле, драйвером реле, трансформатором, диодами, конденсаторами, резисторами, светодиодами, кристаллами, лампами, компилятором Keil и языком: встроенный C или Сборка.

Блок-схема системы управления электрической нагрузкой на базе ПК

Компания Keil an ARM производит компиляторы C, макроассемблеры, ядра реального времени, отладчики, симуляторы, интегрированные среды, оценочные платы и эмуляторы для семейств ARM7 / ARM9 / Cortex-M3, XC16x / C16x / ST10, 251 и 8051 MCU .

Компиляторы

- это программы, используемые для преобразования языка высокого уровня в объектный код. Компиляторы рабочего стола создают выходной объектный код для базового микропроцессора, но не для других микропроцессоров.

, то есть программы, написанные на одном из HLL, например «C», будут компилировать код для работы в системе для конкретного процессора, такого как x86 (базовый микропроцессор в компьютере).

Например, компиляторы для платформы Dos отличаются от компиляторов для платформы Unix. Поэтому, если кто-то хочет определить компилятор, то компилятор - это программа, которая переводит исходный код в объектный код.

Блок питания
  • Напряжение 230 В переменного тока сначала понижается до 12 В переменного тока с помощью понижающего трансформатора.
  • Затем он преобразуется в постоянный ток с помощью мостового выпрямителя.
  • Пульсации переменного тока отфильтровываются конденсатором и передаются на входной контакт регулятора напряжения 7805.
  • На выходном контакте этого регулятора мы получаем постоянное напряжение 5 В постоянного тока, которое используется для MC и других микросхем в этом проекте.

Блок питания

Микроконтроллер

Это компьютер меньшего размера; он имеет на кристалле RAM, ROM, порты ввода / вывода. К особенностям этого микроконтроллера можно отнести следующее.

  • 8 Кбайт внутрисистемной программируемой (ISP) флэш-памяти
  • Рабочий диапазон от 4,0 В до 5,5 В
  • Полностью статический режим: от 0 Гц до 33 МГц
  • 256 x 8 бит Внутреннее ОЗУ
  • 32 программируемых линии ввода / вывода
  • Три 16-битных таймера / счетчика
  • Восемь источников прерываний
  • Полнодуплексный последовательный канал UART

Микроконтроллер

MAX232
  • MAX232 - это интегральная схема, которая преобразует сигналы последовательного порта RS-232 в сигналы, подходящие для использования в цифровых логических схемах, совместимых с TTL.
  • он MAX232 является двойным драйвером / приемником и обычно преобразует сигналы RX, TX, CTS и RTS.
  • Когда микросхема MAX232 получает уровень TTL для преобразования, она изменяет логику TTL 0 между +3 и + 15 В и изменяет логику TTL 1 на значение от -3 до -15 В и наоборот для преобразования из RS232 в TTL

MAX232

Разъем Db9

Разъем DB9 (первоначально DE-9) представляет собой аналоговый 9-контактный разъем семейства миниатюрных разъемов D-Sub.

Разъем DB

Реле
  • Реле - это переключатель с электрическим управлением.
  • Ток, протекающий через катушку реле, создает магнитное поле, которое притягивает рычаг и изменяет контакты переключателя.
  • Ток катушки может быть включен или выключен, поэтому реле имеют два положения переключателя и двойные переключающие контакты, как показано на схеме.
  • Реле
  • позволяют одной цепи переключать вторую цепь, которая может быть полностью отделена от первой.
  • Например, цепь батареи низкого напряжения может использовать реле для переключения цепи сети 230 В переменного тока.
  • Внутри реле нет электрического соединения между двумя цепями, связь магнитная и механическая.
  • Для управления реле через МК используется ИС драйвера реле ULN2003.
  • Драйвер реле ULN2003

Реле

ULN - приложение драйвера реле
  • ULN2003 представляет собой монолитную матрицу высоковольтных и сильноточных транзисторов Дарлингтона.
  • Он состоит из семи пар NPN Дарлингтона, которые имеют высоковольтные выходы с фиксирующим диодом с общим катодом для переключения индуктивных нагрузок.
  • Номинальный ток коллектора одной пары Дарлингтона составляет 500 мА.
  • Пары Дарлингтона могут быть соединены параллельно для более высоких токов.
  • ULN работает как инвертор.
  • Если логика на входе 1B имеет высокий уровень, то выход на соответствующем контакте 1C будет низким.

Драйвер реле ULN2003

Проектная рабочая

Основная цель этого проекта - управление электрической нагрузкой с помощью ПК (персонального компьютера).Например, освещением в кинотеатре можно управлять с компьютера, что обеспечивает превосходное управление сценой.

В настоящее время они физически контролируются, что затрудняет организацию освещения для конкретной сцены. Используя эту систему, можно управлять включением / выключением электрической нагрузки, просто находясь в одном месте с помощью ПК.

Комплект проекта системы управления электрической нагрузкой на базе ПК

Эта система объединена с электрическими нагрузками, а также связана с ПК, на котором осуществляется централизованное управление.Он использует протокол MAX 232 от микроконтроллера для связи с ПК.

Для переключения оборудования мы используем Hyper Terminal на персональном компьютере. Как только соединение с ПК установлено, система начинает работать. В этом проекте используется микроконтроллер семейства 8051.

Кроме того, этот проект может быть улучшен путем внедрения платы управления на основе графического интерфейса пользователя на ПК с подходящим встроенным системным программным обеспечением. Управление мощностью также можно интегрировать с помощью устройств силовой электроники.

Таким образом, речь идет об управлении электрической нагрузкой на базе ПК. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию или реализуете какие-либо электрические проекты, пожалуйста, оставьте свой отзыв, комментируя в разделе комментариев ниже. Вот вам вопрос, какова цель этого проекта?

Управление резистивной нагрузкой с помощью микроконтроллера - DAQSys - Автоматизация и управление

Очень крутая реализация проекта - управление молнией.Что ж, прямо сейчас светодиодная технология появляется и набирает все большую популярность, у этой технологии есть преимущества и недостатки, которых нет в этом проекте.

Поскольку сейчас в моей стране есть лампы накаливания, люминесцентные лампы и лампы накаливания (я не знаю, есть ли у компании светодиодное освещение), я в этом проекте сосредотачиваюсь только на лампах накаливания. Управление флуоресцентным светом флуоресцентного света имеет другой тип управления и проблемы.

По аппаратной части у нас три основных этапа:

Конечные каскады предназначены только для изоляции схемы от источника сигнала переменного тока.При трансформаторном подходе это увеличивает стоимость платы и вес. Дешевое решение - использовать бестрансформаторный источник питания, как в примечании к применению Microchip.

Оптоизоляция нагрузки включает в себя второй каскад регулятора мощности, но в одном блоке. Наконец, нагрузка срабатывает каждый раз и корректирует каждый нарастающий или спадающий фронт.

Мы воспользуемся подходом с замкнутым контуром, а самый простой - обнаружение края и исправление его в каждом цикле.

Перед тем, как войти в тему, сначала посмотрим на программную часть:

Основная идея здесь состоит в том, чтобы корректировать триггер в каждом полупериоде волны 60 Гц, потому что без обратной связи система будет нестабильной.Я использую потенциометр, чтобы изменить рабочий цикл и сделать затемнение примерно от 1% до 99%. Причина, по которой мы не смогли достичь значений 0% и 100%, заключается в том, что мы должны учитывать влияние диода, мы должны преодолеть барьер 0,7 В, чтобы увидеть импульс. Я делаю корректировку, чтобы получить 0 и 100, но это указано в документе IEEE, который находится на нижней странице.

Теперь, для этой ситуации, управления нагрузкой переменного тока, мы будем использовать тиристор под названием TRIAC.

Этот элемент относится к семейству тиристоров и связан с тиристорами закрытого типа.Основное различие и наиболее заметное между TRIAC и SCR заключается в том, что TRIAC являются двунаправленными, и ток может течь в обоих направлениях. Особое внимание следует уделять SCR, поскольку они однонаправленные.

Вот пример применения симистора, управляющего резистивной нагрузкой. Фактически, это ожидаемый результат и является энергоэффективным управлением

.

Вы можете скачать здесь документацию, а исходный код находится внутри документа, очень короткий, но на ассемблере.

Это моя статья в IEEE, локально я смог оказаться на втором месте, первое место занял мой друг Габриэль Ривас с внедрением коммуникаций. Исходный код этой записи находится здесь.

Управляйте сетью переменного тока с помощью микроконтроллера

Введение

Мир становится меньше, равно как и дизайн электроники. Компоненты со сквозным отверстием менее выгодны для производителей деталей, и в результате новые продукты часто доступны только в корпусах для поверхностного монтажа.Возможность пайки деталей для поверхностного монтажа вручную - очень ценный навык, который может пригодиться для таких деталей, как резисторы для микросхем и колпачки, небольшие габаритные корпуса (SOIC / TSSOP) и четырехплоские плоские корпуса (QFP). Тем не менее, что, если идеальное ядро ​​ARM для вашего контроллера квадрокоптера поставляется только в виде четырехплоскостной без проводов (QFN)? Что, если эта ПЛИС, с которой вам нужно обрабатывать изображение, выполнена только в стиле шариковой сетки (BGA)? Вы можете рискнуть с помощью термофена или печи для оплавления припоя.

Ооо блестит... Но какой ценой !?

Печи для пайки оплавлением - это не новость, и мы не можем сделать их для себя из стандартного тостера, подобного этому. Проблема в том, что коммерческие варианты, как правило, очень дороги (приведенные выше могут стоить более 2000 долларов США), а многие самодельные варианты часто требуют демонтажа и модификации тостера, что может быть подвержено ошибкам и требует специальных инструментов (мой собственный Black & В Decker Toasr-R-Oven есть защитные винты Torx ...). Sparkfun опубликовал учебное пособие еще в 2006 году, Энди Браун создал красивый дизайн для своего блога, и даже у автора AAC Роберта Кейма есть несколько руководств по базовым концепциям управления духовкой, таким как обнаружение пересечения нуля и управление TRIAC.Этот набор руководств призван конкретизировать некоторые концепции и предоставить другой аппаратный и (возможный) программный подход к этому приложению. Если хотите, это еще один «рецепт из кулинарной книги».

Что вам нужно

Несколько замечаний по безопасности

Инструктор по скалолазанию однажды в шутку сказал мне, что есть три правила, которые нужно соблюдать, когда речь идет о безопасности. В порядке очередности это:

  1. Хорошо выглядеть.
  2. Не умирай.
  3. Если тебе нужно умереть, хорошо выглядишь, делая это.

Я обещаю вам, что вы нарушите все три, если не будете уважать, насколько опасным может быть сетевое напряжение. При работе с высоким напряжением следует помнить о нескольких вещах:

  • Не подключайте к макетной плате высокое напряжение. Риск ослабления проводов или случайного прикосновения / подключения к неправильному отверстию на макетной плате не стоит. Тем не менее, пайка компонентов на монтажной плате должна подойти для создания прототипа.

  • Абсолютно отключите руки при подключении к сети.Если вам нужно измерить высокое напряжение с помощью мультиметра, не держите щупы за плату рукой; прикрепите зажимы типа «крокодил» и управляйте устройством удаленно. А еще лучше использовать лампу накаливания в качестве тестовой нагрузки и дистанционно включать устройство с помощью переключателя защиты от перенапряжения.

  • Прежде всего, будьте внимательны. Если вы не знаете, что делаете, или чувствуете себя неудобно, попросите о помощи и найдите того, кто знает. Форумы AAC и местные хакерские пространства - отличные ресурсы для использования.

Проектирование на уровне системы

Полный контроллер духовки состоит из нескольких частей:

Блок-схема системы тостера

Мы собираемся сделать здесь только диммер формы сигнала переменного тока. Обратите внимание, что это специальное устройство, поскольку оно предназначено для управления резистивными нагрузками только , как и большинство тостеров. Емкостные и индуктивные нагрузки требуют некоторых незначительных модификаций (добавление демпфирующих компонентов), которые здесь не рассматриваются, но информация доступна в Интернете и в технических описаниях компонентов.Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) имеют внутри корпуса довольно сложную схему электронного балласта, которая вообще не совместима с диммером переменного тока.

Очень распространенный способ реализации контроллера переменного тока - использование твердотельного реле. Это позволяет духовке полностью ВКЛЮЧАТЬСЯ или полностью ВЫКЛЮЧАТЬСЯ, а сигнал может быть импульсным, чтобы получить приблизительную температуру (в просторечии известное как управление BANG-BANG). Огромная часть мировых систем управления отлично работает на контроллерах BANG-BANG, но они не изящны и не очень интересны в реализации.Однако внутри большинства твердотельных реле есть устройство, называемое TRIAC, которое можно заказать как отдельное устройство. Как Роберт упоминает в своей статье, это, по сути, двунаправленное удлинение тиристора или твердотельный переключатель, который проводит ток в обоих направлениях.

Твердотельное реле. Взрыв, детка!

Не такой броский, как SSR, но наш TRIAC умеет круто

Вся идея этого контроллера печи состоит в том, чтобы использовать TRIAC для реализации так называемого управления фазой переменного тока.Если вы дождетесь пересечения нуля формы сигнала переменного тока и включите TRIAC в известное время позже, у вас останется выходной сигнал, который сохраняет ту же частоту и величину исходной формы сигнала на время, пока TRIAC активен. Это ограничивает мощность конечного устройства, эффективно уменьшая его яркость. Существуют и другие методы затемнения, такие как управление волновыми пакетами (своего рода парадигма синхронного BANG-BANG; извините, нет EN WikiPedia), но они выходят за рамки этого проекта.

Пример управления фазой переменного тока из мастерской Энди

Вилки, клеммы и корпус

Надежность и дешевизна - вот главное, что здесь делается, поэтому первым делом при ее создании был выбор разумного корпуса.Я купил недорогую пластиковую корзину с крышкой и написал красивую и пугающую этикетку с предупреждением для себя и всех вокруг. Отверстия для заглушек можно вырезать или просверлить сбоку, но необходимо следить за тем, чтобы материал не растрескивался.

Я выбрал разъем для подключения к диммеру. Со стороны сети переменного тока я использовал вилку IEC на 10 А со встроенным держателем предохранителя (предохранители, которые я должен был установить сам) и выключатель питания, очень похожий на этот:

Штекер IEC, 10 А со встроенным держателем предохранителя и выключателем

Он обеспечивает защиту от перегрузки по току и позволяет мне выключить все это без необходимости отсоединять кабели.Что касается тостеров, я только что просмотрел местный хозяйственный магазин и наткнулся на это:

Розетка одинарная с защитой от взлома

Это единственная защищенная от несанкционированного доступа розетка, которая ввинчивается в корпус. Я не хотел припаивать высоковольтные провода непосредственно к моей плате, поэтому получил шестипозиционную клеммную колодку с винтовыми зажимами. Позиции предназначены для MAINS_L, MAINS_N, OVEN_L, OVEN_N и двух проводов заземления сети. Я также использовал одну из этих клеммных колодок для четырех проводов микроконтроллера, ведущих за пределы коробки.Немного перебор, но это то, что у меня было под рукой.

Изолированный извещатель нулевого перехода

При управлении или измерении цепей высокого напряжения с помощью устройств низкого напряжения всегда рекомендуется использовать какую-либо гальваническую развязку между двумя сторонами; это может быть выполнено индуктивно, оптически или емкостным способом. Есть несколько других методов изоляции, но это самые важные.

Контроллер TRIAC Роберта и детектор перехода через ноль используют трансформатор в стенной бородавке, чтобы снизить напряжение сети до более безопасного 12 В, прежде чем взаимодействовать с ним.В этом приложении используются оптоизоляторы для разделения высокого и низкого напряжения, что имеет то преимущество, что оно намного легче и компактнее, чем громоздкий трансформатор. Они медленно реагируют на быстрые изменения сигнала по сравнению с некоторыми другими методами, но на скоростях ниже килогерц, как в нашем приложении, это не имеет особого значения.

Эта схема была с любовью позаимствована отсюда. Автор отлично объясняет схему в деталях, но краткое изложение выглядит следующим образом: форма сигнала сети сначала фильтруется и выпрямляется.Его напряжение делится, и затем заряжается конденсатор на 10 мкФ. Когда разделенное напряжение падает ниже напряжения на конденсаторе, транзистор компаратора включается, активируя оптоизолятор. Выход имеет открытый коллектор, что означает, что вы можете управлять им на любом VCC, поддерживаемом вашим микроконтроллером. Моя схема перфокарта выглядит так:

Удовлетворительно симметричная схема

Я тестировал эту схему изолированно от остальной платы с помощью модифицированного кабеля питания и устройства защиты от перенапряжения.Форма волны детектора перехода через нуль, наложенная на синусоиду переменного тока, должна выглядеть примерно так (я использовал понижающий трансформатор, чтобы получить снимок. Ради Бога, не подключайте сеть к оптическому прицелу!):

Драйвер TRIAC и изолированная схема драйвера

Далее идет симистор и схема изолированного драйвера. Я упоминал ранее руководство Энди Брауна. Я адаптировал его защиту TRIAC и схему драйвера для работы на 120 В переменного тока здесь, в Штатах, и следовал его соображениям по температуре при выборе радиатора.Используемый нами TRIAC - BTA312. Мы используем другой оптоизолятор для управления TRIAC, который называется MOC310M, для включения которого требуется от 30 до 60 мА. Большинству микроконтроллеров неудобно получать такой ток, поэтому мы используем NPN-транзистор общего назначения для его обеспечения.

Схема выглядит так:

VR1 - варистор. Он служит защитой от перенапряжения в случае скачка напряжения в сети переменного тока. C3 - пленочный колпачок на 275 В переменного тока для подавления излучения.Это можно было бы считать необязательным. Схема платы драйвера MOC310 выглядит так:

Радиатор, TRIAC, варистор, крышка фильтра и винтовые клеммы находятся под напряжением на основной плате отдельно от драйвера. Как только все будет прикреплено к плате через заголовки, это должно выглядеть примерно так:

Я использовал монтажные отверстия по углам основной платы, чтобы прикрепить ее к корпусу. Как только все будет собрано, вы получите:

Теперь вы готовы к работе! Подсоедините провода соответствующим образом (эта страница была полезной), подключите VCC и GND к источнику питания макетной платы и переведите выключатель питания.Если вы подадите 3,3 В на линию TRIAC_ACTIVE, вы должны получить 100% мощность на другом конце.

Видео

Следующие шаги

Ладно, признаю: включение лампочки выключателем на 3,3 В не так уж и впечатляет. Фактически, на тот момент это в значительной степени просто контроллер BANG-BANG. Далее нам нужен контроллер, который может измерять сигнал пересечения нуля, соответственно уменьшать яркость линии и считывать входные данные с датчика температуры. Обо всем этом мы поговорим в следующей части.Что вы спрашиваете? Я буду использовать Arduino? Абсолютно нет! Это может выглядеть так снаружи, но мы будем играть быстро и свободно с голым металлом C на Atmega328P. До следующего раза, удачного взлома.

Все файлы проекта и документацию можно найти в моем репозитории на GitHub - не стесняйтесь вносить свой вклад. Файлы схемы KiCad также доступны ниже:

Код

triac-dimmer.zip

Попробуйте сами! Получите спецификацию.

Как переключать большие нагрузки с помощью микроконтроллера с помощью транзисторов

Микроконтроллеры

отлично подходят для реализации интеллектуальных функций данного продукта. В этой статье вы узнаете, как обойти некоторые из их основных ограничений.

Опубликовано Джон Тил

Микроконтроллеры не могут напрямую управлять чем-либо, кроме, может быть, одного светодиода. Это связано с тем, что выходной ток большинства микроконтроллеров может напрямую подавать или потреблять только около 10 мА.

Давайте рассмотрим несколько способов переключения более тяжелых нагрузок на низкую нагрузку с типичного выхода микроконтроллера. Для определения типичных значений компонентов требуется несколько простых математических вычислений, которые будут представлены в легко доступных форматах. Однако такой подход означает, что были приняты некоторые вольности с техническими требованиями.

Одним из простейших подходов к управлению большими нагрузками, работающими от постоянного тока, является переключатель насыщения. Фактический электронный переключающий элемент поставляется в двух вариантах: биполярные переходные транзисторы, или BJT, и MOSFET.

Прежде чем перейти к собственно самому переключателю, давайте определим, что означает переключение нижнего уровня . На рисунке 1 показан этот тип переключения нагрузки.

Рисунок 1 - Реле нагрузки нижней стороны

Переключатель контролирует отрицательную сторону нагрузки. Это означает, что когда переключатель разомкнут, нагрузка по существу плавающая по отношению к минусу источника питания, который обычно является опорным заземлением в большинстве конструкций.

Если этот тип коммутационного устройства приемлем, то переключатель нижнего уровня обычно является самым дешевым способом переключения нагрузки.

Переключатель низкого уровня BJT

BJT может использоваться в качестве переключателя нагрузки и бывает двух видов: NPN и PNP. Для переключения на стороне низкого напряжения используются транзисторы NPN, а для переключения на стороне высокого уровня используется PNP.

Прежде чем перейти к реальным методам, давайте определим некоторую номенклатуру, которая используется при работе с NPN-транзисторами.

На рис. 2 показаны соответствующие соглашения об именах напряжения и тока. Начиная с тока, I B - это базовый ток, и показано, что он входит в базу NPN.Те же аргументы применимы к I C и I E , причем I E показан выходящим из транзистора.

Видно, что: I E = I C + I B

Для напряжений V CE - это напряжение между коллектором и эмиттером и обычно является положительным значением для NPN-транзисторов. Другими словами, для NPN-транзистора напряжение коллектора обычно выше, чем напряжение эмиттера.

Согласно тому же соглашению, V BE - это напряжение между базой и эмиттером.В целом это положительно для NPN.

Рисунок 2 - Напряжение и ток NPN BJT

Ключом к пониманию того, как транзистор может управлять большой нагрузкой, является следующее уравнение:

I C = βI B, , где β - коэффициент усиления постоянного тока, который может составлять от 20 до 300 или более.

Это говорит о том, что ток коллектора равен значению β, умноженному на ток базы. Итак, если β = 100, то ток коллектора будет в 100 раз больше базового тока.

Значение β указано в техническом описании данного транзистора как h FE. Для целей данной статьи они означают одно и то же. Обратите внимание, что это не фиксированное значение для данного транзистора, но несколько зависит от значения тока коллектора и температуры, но это не имеет большого значения для целей данной статьи.

Когда BJT используются в качестве переключателей нагрузки, они используются в двух режимах: Cutoff и Saturation. Рассмотрим рисунок 3 ниже. Как указывалось ранее, I C = βI B. Итак, если I B = 0, то I C также должен быть 0. В этом состоянии транзистор находится в режиме отсечки. Обратите внимание, что, поскольку в транзисторе не течет ток, он не рассеивает мощность; также в этом случае V C совпадает с V CC .

Для следующей части предположим, что V CC = 10 В, R = 10 Ом и β = 100. Давайте посмотрим, что произойдет, когда I B = 1 мА. В данном случае I C = 100 мА, поскольку β = 100. Напряжение на резисторе I C x R L , или 1 В.Это означает, что тогда V C должно быть 9 В, поскольку V CC составляет 10 В, а падение напряжения на R L составляет 1 В. Тот же аргумент применим, если I B = 2 мА и так далее.

А что будет, если I B = 20 мА. По расчетам это означает, что I C = 2000мА, или 2А. Однако этого не может быть. Поскольку V CC = 10 В и R L = 10 Ом, максимальный ток, который может протекать через R L , составляет 1 А.

Другими словами, максимальное значение I C также равно 1 А. Это происходит, когда V C = 0, что означает, что транзистор полностью замкнут на землю.

В этом состоянии транзистор находится в режиме насыщения. В этом режиме ток коллектора транзистора является максимальным, который позволяют условия схемы, и увеличение тока базы не приведет к его увеличению.

Итак, уравнение I C = βI B выполняется только до насыщения транзистора.Обратите внимание, что если в только что описанном примере V CC теперь увеличивается, скажем, до 25 В или R L изменяется на 1 Ом, транзистор больше не будет насыщаться. Таким образом, насыщение определяется в зависимости от условий внешней цепи.

Наконец, обратите внимание, что настоящие транзисторы не могут полностью замыкать свои коллекторы и эмиттеры, если они не неисправны. Когда реальный транзистор насыщен, его V CE будет иметь значение V CEsat . Это значение указано в таблице данных транзистора и обычно находится в диапазоне от 0.2 В для маленького транзистора и более 1 В для большого.

В CEsat также зависит от тока коллектора и температуры. Эта зависимость обычно приводится в виде набора кривых в таблице данных.

В режиме насыщения транзистор рассеивает некоторую мощность, заданную параметром

.

Рассеиваемая мощность = I C x V CEsat

Однако, поскольку V CEsat обычно довольно низок, рассеиваемая мощность также будет низкой. Таким образом, отсечка и насыщение - это два состояния, при которых транзистор будет рассеивать наименьшую мощность.

Сфокусируясь теперь на базе транзистора, быстрый способ установить I B - это предположить, что V BE составляет 0,7 В. Это значение подходит для большинства транзисторов.

Итак, в данном случае по закону Ома

I B = (V BB - 0,7) / R B

Если необходимо заданное значение I B , то R B можно рассчитать как:

R B = (V BB - 0,7) / I B

Для насыщения транзистора требуется минимальное значение I B , которое вызовет максимальное значение I C , учитывая значение β транзистора и условия схемы.

На практике это значение I B должно быть больше этого минимума примерно на 10–15%, чтобы учесть изменения значения β от устройства к устройству.

Рисунок 3 - Работа транзистора

Управление BJT от микроконтроллера

То, что было только что описано, на самом деле является переключателем NPN BJT нижнего уровня. Если бы V BB был выходным контактом микроконтроллера, то, зная его высокое логическое значение, требуемый ток нагрузки и значение β транзистора, можно легко вычислить значение R B .

Еще несколько вещей, которые необходимо проверить, это убедиться, что:

Расчетное значение I B не превышает допустимый ток возбуждения микроконтроллера.

Ток нагрузки не превышает максимального тока коллектора транзистора.

Рассеиваемая мощность в режиме насыщения не превышает максимальной рассеиваемой мощности транзистора.

Напряжение V CC не превышает максимального значения V CE транзистора.

Для обеспечения надежной работы в приведенный выше пример также должны быть включены некоторые запасы безопасности и снижения номинальных характеристик. Около 20% - это разумно.

Перемещение тяжелых грузов с помощью Darlington

Поскольку ток возбуждения вывода GPIO микроконтроллера редко превышает 10 мА, а минимальное значение β транзистора обычно не превышает около 50 для силового транзистора, то максимальный ток, которым можно управлять, составляет около 500 мА.

ПРИМЕЧАНИЕ: Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов для разработки нового электронного оборудования .

Для управления более высокими токами можно использовать схему Дарлингтона. Есть Дарлингтоны, доступные в одном корпусе, или он может быть собран с использованием двух транзисторов, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4 - NPN Darlington

В этой схеме Q1 обычно представляет собой транзистор малой мощности с высоким коэффициентом усиления, а Q2 - транзистор большой мощности. Если предположить, что резистор R на данный момент отсутствует, то видно, что весь ток эмиттера Q1 течет в базу Q2.

Как указывалось ранее, ток эмиттера - это сумма тока коллектора и тока базы.

Итак, I E = I C + I B

Таким образом, I E = β x I B + I B , или I E = (β + 1) I B

Поскольку β довольно велико, (β + 1) близко к β.

Это означает:

I E ≈ I C

Теперь, поскольку I E Q1 течет непосредственно в базу Q2, это означает, что I C2 , ток коллектора Q2 определяется как:

I C2 = β1 x β2 x I B1 .

Итак, небольшой входной базовый ток может вызвать большой выходной ток коллектора. Однако следует отметить несколько моментов. Во-первых, V BE этого составного транзистора теперь является суммой значений V BE двух транзисторов. Это необходимо учитывать при расчете номинального сопротивления базового резистора, как описано ранее.

Что касается резистора R, то он влияет на время выключения Q2. Когда Q2 проводит, в его базу текут заряды. Теперь, когда на входе Q1 становится низкий уровень, Q1 отключается, и заряд, хранящийся в Базе Q2, некуда деваться.

В конечном итоге он исчезнет в результате внутреннего процесса, называемого рекомбинацией носителей, но до тех пор, пока это не произойдет, Q2 останется в проводящем состоянии. Это может длиться от нескольких микросекунд до десятков микросекунд в зависимости от транзистора.

По сути, микроконтроллер отключает свой выход, но после этого нагрузка остается включенной еще некоторое время. R используется для ускорения выключения Q2 путем стравливания сохраненного базового заряда.

Для таких приложений, как ШИМ, рекомендуется использовать этот резистор.Для большинства встроенных приложений подходят значения от 1 кОм до 5 кОм.

R также шунтирует часть базового тока Q2 при нормальной работе. Этот ток равен (V BE2 / R) или примерно 0,7 / R. Чтобы компенсировать этот ток, просто увеличьте базовый ток Q1. Поскольку этот базовый ток x β1 должен быть равен 0,7 / R, из этого следует, что базовый ток в Q1 должен быть увеличен на (0,7 / (β1 x R)).

Переключатель нижнего уровня на полевом МОП-транзисторе

Как и BJT, MOSFET бывает двух основных видов: N-канал и P-канал.N-канальный MOSFET похож на NPN и используется для переключения нижнего уровня. Аналогичным образом, полевой МОП-транзистор с P-каналом похож на PNP BJT и используется для переключения высокого уровня.

N-канальный MOSFET-транзистор относительно легко подключить к выходному выводу GPIO микроконтроллера при соблюдении определенных условий.

На рисунке 5 показан этот тип полевого МОП-транзистора вместе с некоторыми из его наиболее важных аспектов, когда это устройство рассматривается как переключатель низкого уровня.

Рисунок 5 - MOSFET расширения с N-каналом

Когда напряжение подается между затвором и источником, ток начинает течь между стоком и источником, если напряжение выше порогового напряжения, V th , которое указано в его техническом описании.

Выше этого порогового значения, чем выше V GS , тем больше ток стока I D , пока V GS не достигнет V GSMax , что опять же указано в таблице данных. I D vs V GS определяется набором кривых в таблице данных, и, как и в случае BJT, полевой МОП-транзистор насыщается, когда ток стока является максимальным, что позволяют условия схемы.

Поскольку полевой МОП-транзистор является устройством, управляемым напряжением, для его включения почти не требуется ток.Таким образом, GPIO от микроконтроллера может управлять полевым МОП-транзистором, который затем может управлять очень большими токами. Нет необходимости в аранжировках Дарлингтона. Доступны полевые МОП-транзисторы с низким напряжением и , которые полностью усилены приводом затвора 5 В, которые, в свою очередь, могут управлять несколькими усилителями.

Еще одно преимущество MOSFET перед BJT состоит в том, что в нем нет V DS sat. Вместо этого, когда полевой МОП-транзистор является проводящим, соединение сток-исток ведет себя как резистор со значением R DS , которое является функцией V GS и может быть очень низким значением для силового полевого МОП-транзистора.

Таким образом, рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора, когда он является проводящим или увеличенным, представляет собой просто значение (I D ) 2 , где I D - ток стока, умноженный на R DS , То же, что и мощность, рассеиваемая в резисторе R, пропускающем ток, I, определяется выражением P = I 2 R.

Таким образом, во многих случаях мощность, рассеиваемая насыщенным MOSFET, будет меньше, чем мощность эквивалентного BJT. Это особенно актуально, если у меня D достаточно высокий.

Следует отметить, что все N-канальные МОП-транзисторы имеют встроенные диоды-подложки, как показано на рисунке 5. Это заложено в конструкции МОП-транзистора. На практике это означает, что Утечка должна быть более положительной, чем Источник; в противном случае этот диод будет проводить.

Наконец, одна большая проблема с полевыми МОП-транзисторами - это емкость затвор-исток. Он может быть довольно большим для мощного полевого МОП-транзистора - 3 нФ и более не редкость. На практике это означает, что перед тем, как МОП-транзистор сможет начать проводить, эта емкость затвора должна сначала зарядиться.Учитывая, что большинство микроконтроллеров могут подавать ограниченный ток, для зарядки этого конденсатора потребуется время.

Итак, при непосредственном управлении выходом микроконтроллера MOSFET просто не может переключаться очень быстро. Таким образом, использование полевого МОП-транзистора для быстрой ШИМ, вероятно, не сработает.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *