В нашем предыдущем уроке мы рассмотрели работу с фоторезистором для управления LED. Однако, зачастую нужно управлять более мощной нагрузкой, такой как лампа накаливания, электродвигатель, электромагнит и т.п. Выходы Arduino не могут обеспечить питание столь мощной нагрузки и большого напряжения. К примеру в робототехнике, часто используются двигателя на 12В, 24В, 36В и т.п. К тому же выходной ток вывода Arduino ограничен как правило 40 мА.
Одним из способов управления мощной нагрузкой, является использование MOSFET-транзисторов. Это дает возможность подключать достаточно мощную нагрузку с напряжением питания по 40-50 и более вольт и токами в несколько ампер, скажем электрические двигатели, электромагниты, галогенки и так далее.
Схема подключения достаточно простая, как вы видите.
Если нагрузка индуктивная (электродвигатель, электромагнитный клапан и т.д.), то рекомендуется ставить защитный диод, который защитит мосфет от напряжения самоиндукции. Если вы управляете электродвигателем при помощи ШИМ без защитного диода, то могут возникнуть такие проблемы, как нагрев мосфета или его вылет, медленно будет крутиться ваш двигатель, возникнут потери мощности и т.д. Так что всегда ставьте защитный диод для индуктивной нагрузки. Встроенный в мосфет защитный диод в большинстве случаев не спасает от индуктивных выбросов!
Если нагрузка у вас активная – светодиод, галогенная лампа, нагревательный элемент и т.д., то в этом случае диод не нужен.
В цепь затвора желательно поставить Pull-Down резистор (стягивающий резистор между затвором [gate] и истоком [source]). Он необходим, чтобы гарантированно удерживать низкий уровень на затворе мосфета при отсутствии сигнала высокого уровня от Ардуино. Это исключает самопроизвольное включение транзистора.
В разрыв цепи затвора также рекомендуется ставить резистор номиналом 50-150 Ом, для предотвращения кратковременных выбросов тока и защиты вывода микроконтроллера.
При подборе мосфета, для того, чтобы он напрямую открывался от микроконтроллера и не нужно было ставить перед ним биполярных транзисторов и драйверов, обращайте внимание на параметр Gate Threshold, который должен быть примерно от 1 до 4 Вольт. Часто такие транзисторы помечаются как Logic Level .
Давайте к примеру рассмотрим транзистор: IRL3705N N-Channel Hexfet Power MOSFET.
Данный транзистор способен выдерживать продолжительный ток до 89А (естественно с теплоотводом) и открывается при напряжении затвора 1В (параметр VGS(th)). Поэтому, мы можем напрямую подсоединить данный транзистор к ногам Arduino. Когда транзистор полностью открыт, сопротивление Исток-Сток всего 0.01 Ом (параметр R DS(on) ) . Поэтому, если к нему подключить электрический мотор 12В, 10А на транзисторе падение напряжения будет всего лишь 0.1В, а рассеиваемая мощность 1 Ватт.
Если использовать ШИМ-выход контроллера, мы можем управлять мощностью (а значит и скоростью вращения) мотора.
Вернитесь к 5 уроку , где мы использовали Fade-эффект для светодиода, но вместо светодиода подключите MOSFET и автомобильную лампу на 12 Вольт. Питание лампы должно осуществляться от отдельной 12В батареи или БП.
по запросу
Если в вашем проекте нужно замыкать/размыкать цепь с большим постоянным напряжением или током, силовой ключ из линейки Troyka-модулей то, что вам нужно. Вам не придётся возиться с пайкой, макетной платой и необходимой обвязкой для работы полевого транзистора — всё уже готово.
Микроконтроллер, такой как Arduino, не может напрямую управлять мощной нагрузкой. Его выходы могут отдавать только небольшой ток. Если вы хотите управлять мощной нагрузкой, такой как светодиодная лента, погружная помпа, или электродвигатель, вам необходим какой-нибудь ключ. Этот модуль как раз является ключом, выполненном на базе мощного полевого (MOSFET) транзистора.
Для решения задачи вы можете взять и реле, но у полевого транзистора есть перед ним преимущество. Он поддерживает ШИМ, а это значит, что вы можете регулировать скорость вращения двигателя или яркость свечения светодиодной ленты. Правда, в отличие от реле, полевой транзистор может коммутировать только цепь с постоянным током.
При подключении к Arduino будет крайне удобно использовать Troyka — Shield. Шлейф для подключения включён в комплект.
Характеристики:
— Максимальное напряжение сток-исток: 30В;
— Максимальный ток сток-исток: 12А (при напряжении на затворе 5В);
— Сопротивление сток-исток при открытом затворе (RDSon): 5.8мОм.
Дата поста: 20-08-2013
Со временем каждый пользователь Arduino задумывается об управлении не только светодиодами и устройствами с напряжением до 5 вольт, но и об управлении соленоидами, моторами, светодиодными лентами и т.д., которые используют 12 и больше вольт. В этой статье будет рассмотрено как можно работать с высоким напряжением с использованием MOSFET и ардуино.
В этой статье будет рассматриваться MOSFET транзистор — металл-оксид-полупроводник полевой транзистор, в частности** RFP30N06LE**, но так же можно работать и с другими.
Начнём с того, что MOSFET это транзистор, но особого типа.
Транзисторы имеют 3 вывода, которые имеют 2 простые функции, первая — переключение, вторая — усиление (в данном примере рассматривается первая функция — переключатель). Выходы называются следующим образом: Вход (Источник), он же Source, Выход (Сток) — Drain, и Управление (Ворота, Затвор) — Gate. При отправке сигнала высокого уровня к Gate (управляющий вывод), транзистор включается и позволяет току течь от источника (Source) к стоку (Drain).
Таким образом, мы подключим наш мотор, соленоид или лампу к V +, но не к земле (V-). Землю мы подключаем к стоку (Drain) транзистора. Когда наш Arduino посылает сигнал высокого уровня на Gate транзистора, он переключает транзистор (соединяет Source и Drain) и замыкает цепь для двигателя, соленоида, или лампы.
Подключаем мотор к Arduino (схема 1)
Подключаем соленоид к Arduino (схема 2)
Подключаем ламу к Arduino (схема 3)
Подключение / Зачем диод используется?
Эта схема довольно проста. Единственная часть, которая вызывает вопросы — использование стягивающего резистора (Pull down). Резистор удерживает низкий уровень на Gate, когда Arduino не посылает сигнал высокого уровня. Дело в том, что если плохие провода, например, сигнал может плавать, и когда Arduino не посылает сигнал, остаточное напряжение может оставаться и транзистор может самопроизвольно включаться. Резистор же стягивает остаточное напряжение к земле.
Так же на схемах 1 и 2 вы можете заметить диод. При подключении устройства с катушкой (Coil), будь то реле, соленоид или мотор всегда используйте диод. Что будет если мы его не будем использовать? Когда вы перестаёте питать катушку обратное напряжение, бывает до нескольких сотен вольт, направляется обратно. Это длится всего несколько микросекунд, но этого достаточно, чтобы убить наш MOSFET. Так что этот диод позволяет току проходить в одну сторону, как правило, в неправильной ориентации и ничего не делает. Но когда происходит скачок напряжения ток течет в противоположном направлении, диод позволяет ему течь обратно на спираль, а не на транзистор.
Нам понадобится диод достаточно быстро реагирующий на отдачу, и достаточно сильный, чтобы взять на себя нагрузку. Нам подойдут диоды 1N4001 или SB560. Если вам нужна дополнительная защита, то можно использовать оптоизолятор между Arduino и транзистором. Оптоизолятор изолирует обе стороны цепи, и высокое напряжение не сможет вернуться в микроконтроллер, и не убьёт его.
Так же обязательно убедитесь, что подключаете диод правильно! Полосой (обычно серебристой) к плюсу (V+), иначе толку от него будет ноль, и может сделать даже хуже.
Недостатки / Ограничения
Транзисторы, такие как RFP30N06LE подходят для управления мощных устройств с вашего Arduino, но у них есть некоторые ограничения. Это текущая конфигурация имеет смысл только для переключения DC ток, так что не пытайтесь это с AC источником, а также MOSFET-транзисторы имеют ограничения, такие как напряжение и силу тока. RFP30N06LE может обрабатывать переключения до 60В, а сила тока ограничена 30А (с радиатором и правильным подключением), так же крайне важно использовать теплоотвод при силе тока более нескольких ампер, так как в таком случае при работе транзистора выделяется достаточно большое количество тепла.
Обычно можно просто припаять изогнутый кусочек металла на к спинке, просто чтобы рассеять тепло. Обратите внимание, что при использовании нескольких транзисторов не припаивайте к общему радиатору, используйте на каждый транзистор отдельный радиатор, так как у этих транзисторов спинка соединена с Выходом (Drain)! Это важно. Так же хочу отметить, что для AC тока лучше используйте реле.
Fade it / Используем ШИМ
Вы знаете, на Arduino есть PWM (ШИМ) выходы, почему бы нам ими не воспользоваться? Да, PWM — это то, что позволяет использовать analogWrite (PIN, значение). PWM на самом деле не аналоговый выход. Arduino действительно пульсирует (очень быстро) от 0 до 5V так что среднее напряжение находится где-то между 0 и 5в. Мы можем подключить к PWM выходу наш транзистор и управлять яркостью света, скоростью мотора и т.д. так, как будто мы подключили их напрямую к Arduino. Для этого нужно просто убедиться, что транзистор подключен к PWM выходу Arduino.
Код / Скетч для Arduino
Вам вряд ли пригодится этот код, вы просто отправить сигнал высокого уровня к Gate и БАМ. Оно работает. Но я набросал код для вас, поэтому вы можете потестировать его с использованием ШИМ. (Имеет смысл только для двигателя или лампочки, не для соленоида).