Управление двигателем постоянного тока (в одном направлении) с выводом микроконтроллера и оптоизолятором

Я должен разработать схему для управления двигателем постоянного тока с оптоизолятором и выводом микроконтроллера.

Двигатель питается от 12В, а его мощность составляет 5Вт. Оптоизолятор должен изолировать двигатель и микроконтроллер. Рабочий ток оптоизолирующего диода составляет 6 мА, что создает ток 2,2 мА в коллекторе оптоизолирующего транзистора.

Итак, двигателю нужен ток

я М "=" 5 Вт 12 В .
Коллектор не обеспечивает достаточного тока для двигателя. Итак, я подумал о том, чтобы добавить еще один транзистор к существующему, сделав пару Дарлингтона. Но я понятия не имею, как мне его рассчитать, потому что у меня нет базового тока для работы. Я также мало знаю о парах Дарлингтона или оптоизоляторах, и я не знаю, как я могу насытить пару Дарлингтона в этой схеме.

Имейте в виду, что я не использую никаких конкретных компонентов. Я должен только придумать, как выполнить данную задачу, и рассчитать значения компонентов, которые я использую. Вот картина того, что я имел в виду:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Допустим, падение напряжения на оптодиоде составляет 2 В. R1 можно рассчитать как

р 1 "=" 5 В − 3 В 6 м А "=" 330 Ом .
Мне не помешала бы ваша помощь с остальной схемой (если идея этой схемы верна).

А можно ссылку на оптопару? CTR (коэффициент передачи тока) оптометра необходим для решения этой проблемы.
Это просто концепция, которую я должен придумать, без дополнительной информации, кроме той, которая предоставлена. Если другого выхода нет, можно просто взять любой средний CTR.

Ответы (2)

Конфигурация Дарлингтона, когда выход оптопары Q1 включен последовательно с нагрузкой, увеличивает падение напряжения на транзисторе Q2. Также мощный BJT-транзистор может иметь коэффициент усиления, скажем, 30-50 вершин. Таким образом, с этой схемой ваш максимальный ток нагрузки, вероятно, не превышает 60-100 мА (30-50 * 2,2 мА), что довольно мало, если только у вас не очень маленький двигатель.

У вас есть ток нагрузки 416 мА (5 Вт при 12 В), поэтому вам нужно усиление по току 189. Вы не собираетесь достигать этого, управляя силовым транзистором BJT напрямую (как показано на вашей диаграмме). Вам потребуется еще один транзисторный каскад, который при использовании конфигурации в стиле Дарлингтона приведет к большому падению напряжения и потерям.

Рассмотрите возможность использования MOSFET для управления нагрузкой? Вы должны подключить коллектор Q1 к 12 В через небольшой резистор и подключить эмиттер к затвору MOSFET и к земле через больший резистор, используемый для деактивации MOSFET. Если вы выберете полевой МОП-транзистор с достаточно низким Rdson, он будет иметь более низкое падение напряжения, чем транзистор BJT. Однако у MOSFET также нет ограничения на коэффициент усиления по току...

2 мА - это немного, если у вас небольшая нагрузка и вы используете полевой МОП-транзистор с малой емкостью затвора, то это может быть нормально. Но вы можете обнаружить, что емкость затвора MOSFET слишком велика для привода 2 мА, что приводит к очень низкой скорости переключения и высоким потерям при переключении. Прямое управление подходящим полевым МОП-транзистором с управляющим затвором всего 2 мА почти определенно не годится для ШИМ-управления - вам может сойти с рук его для управления включением / выключением.

Я бы предложил использовать вашу конфигурацию Дарлингтона Q1 / Q2 для управления MOSFET. Или искать предварительно упакованное решение, такое как оптоизолятор со встроенным приводом затвора или микросхема драйвера двигателя, которая может усилить сигнал для вас.

Другие вещи, на которые следует обратить внимание: Убедитесь, что номинальное напряжение деталей подходит. Может ли выход оптоизолятора выдерживать 12 В? Например, затвор MOSFET может иметь ограничение в 10 В (хотя 20 В более типично), поэтому вам необходимо убедиться, что вы используете делитель потенциала, чтобы удерживать привод затвора ниже этого значения.

«Конфигурация Дарлингтона — подключение выхода оптопары Q1 последовательно с нагрузкой — увеличит падение напряжения на Q2». Да, возможно, но это незначительно.
> но это ничтожно - не совсем. Это ~ 10% потерь. Я бы не назвал это незначительным.
@arnisz для схемы OP у вас будет примерно 2 падения диода на выходном транзисторе, что в хорошем сценарии может составлять 1,2 В, но, вероятно, выше, поскольку транзистору с насыщенной мощностью потребуется более 0,6 В на затворе. 1,2 В при питании 12 В - это 10% потерь. Как объяснялось выше, для управления требуемой нагрузкой потребуется дополнительный транзисторный каскад, поэтому на практике использование аналогичной конфигурации с дополнительным каскадом приведет к значительным потерям.

Всего несколько изменений

  • Переместить коллектор оптоизолятора линии +12 В (для уменьшения падения напряжения и повышения КПД)
  • Добавьте резистор последовательно с эмиттером оптоизолятора (для ограничения тока в базу транзистора).
  • Добавьте резистор на землю (чтобы ускорить выключение и избежать ложного включения транзистора)

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Управление двигателем постоянного тока (в одном направлении) с выводом микроконтроллера и оптоизолятором
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v