Jak utworzyć obwód, aby automatycznie podnosić / opuszczać biurko z regulacją wysokości?
tło
Witam wszystkich, pracuję nad małym projektem, w którym mogę kontrolować wysokość biurka z regulacją wysokości za pomocą mikrokontrolera, tranzystorów MOSFET i czujnika ultradźwiękowego. Zasadniczo chcę, aby użytkownik wprowadził wysokość, a biurko automatycznie dostosowało się do tej wysokości.
Szczegóły techniczne
To jest biurko, którego używam. Ma tylko przyciski w górę / w dół i nie ma funkcji „pamięci”.
Próbowałem skorzystać z tego samouczka, ale ponieważ nie miałem łatwego dostępu do samego silnika, postanowiłem „zamienić” przyciski góra / dół na tranzystory MOSFET.
To jest tranzystor MOSFET, którego używam. Ma napięcie progowe Vgs między 2-4 V, które będzie działać dla mojego mikrokontrolera 5 V.
Otworzyłem pudełko z przyciskami i tak to wygląda.
W złączu JST są cztery przewody.
- Czerwony: 30 V.
- Czarny: GND
- Zielony: w dół
- Biały: w górę
Jest to przełącznik active-high, w którym podłączenie zielonego lub białego do czerwonego przesuwa biurko odpowiednio w dół i w górę. Zobacz poniższy diagram, aby zobaczyć, jak przełącznik ( Omron SS-5 ) działa na schemacie.
Co zrobiłem do tej pory
Wyciągnąłem złącze JST i podłączyłem przewody połączeniowe bezpośrednio do żeńskich pinów, aby utworzyć następujący obwód do podnoszenia biurka.
Źródłem napięcia po lewej stronie jest pin wyjścia cyfrowego mikrokontrolera. Udało mi się podnieść biurko, gdy kołek był wysoki i przestać go podnosić, gdy kołek był niski.
Edycja (16 sierpnia 2020 r.): Zmierzyłem prąd ze źródła tranzystora do białego przewodu i na krótką chwilę podskoczył do ~ 3A, a gdy biurko się podnosi (tj. Gdy silnik pracuje), wyprowadził ~ 300mA.
Udało mi się również zrobić to samo przy opuszczaniu biurka, z tym wyjątkiem, że zamiast tego źródło MOSFET-u zostało podłączone do przewodu zielonego.
Mój problem to:
Umieściłem inny tranzystor jako taki, aby zarówno podnosić, jak i opuszczać:
Edycja (15 sierpnia 2020 r.): Przepraszamy za mylący schemat. Ten schemat korzysta z dwóch cyfrowych pinów wyjściowych. Źródło napięcia po lewej stronie to D2 MCU, a to po prawej stronie to D3 MCU. Piny mają wspólną masę, która jest odpowiedzialna za następujący problem.
To oczywiście stworzyło problem, ponieważ źródło obu tranzystorów jest podłączone zarówno do białego, jak i zielonego przewodu, co oznacza, że za każdym razem, gdy jeden tranzystor jest włączony, oba białe / zielone przewody są WYSOKIE. Jest to równoznaczne z jednoczesnym naciśnięciem obu przycisków, które w ogóle nie przesuwa biurka. Próbowałem umieścić rezystor 10k między dwoma źródłami tranzystorów, ale to nie rozwiązało problemu.
Moje pytanie
- Jak mam edytować obwód, aby spełnić to, co próbuję zrobić?
- Czy to jest coś, co mogę stworzyć używając samych tranzystorów? lub
- Czy muszę otwierać silnik, aby postępować zgodnie z typowymi przypadkami użycia tranzystora jako przełącznika?
Byłbym bardzo wdzięczny, gdyby ktoś mógł udzielić porady w mojej sytuacji :)
Z przyjemnością wyjaśnię wszelkie nieporozumienia.
Dziękuję Ci!
Odpowiedzi
Krótkie 3 A podczas uruchamiania silnika oznacza, że biały i zielony przewód przenoszą prąd silnika. Twoje tranzystory FET muszą być odpowiednie dla tego prądu i zabezpieczone przed skokiem napięcia, gdy silnik wyłącza się.
Oryginalny schemat przełącznika przedstawia konfigurację mostka H. Gdy oba przełączniki są opuszczone, do silnika nie dochodzi prąd. Kiedy któryś z przełączników idzie w górę, oba przewodzą prąd do silnika, jeden jest dostarczany z 30 V, a drugi opadając do 0 V. Twoje sugestie dotyczące FET pokazują tylko podciągnięcie, brak obniżenia, więc silnik nie będzie działał.
Do odtworzenia tej funkcji potrzebny jest sterownik mostka H z wyłączoną funkcją lub dwa sterowniki półmostkowe. Biorąc pod uwagę wymagane przesunięcie poziomu itp. Oraz znajomość elektroniki, najrozsądniej byłoby kupić moduły wejść logicznych z wyjściami o napięciu co najmniej 30 V i 3 A.
Zamiast tranzystorów FET rozsądne byłoby również użycie pary przekaźników c / o, aby robić dokładnie to, co robią przełączniki. Przejdź do swojej ulubionej witryny handlu elektronicznego i wyszukaj „moduł przekaźnika Arduino” i wybierz 2-kanałowy. Mogą być zasilane napięciem 5 V, tak tanie jak chipy, nie wybuchają jak FET (chociaż styki w końcu się zużyją) i mają wystarczającą pojemność DC dla silnika 30 V.
problemy z założeniami projektowymi
- nie rozpoznali celu SPDT.
- nie zrozumiał Vgs (th)
- silnik wzrośnie przy 10-krotnym prądzie znamionowym lub znacznie większym niż rzeczywisty prąd obciążenia, ponieważ prawdopodobnie nie wykorzystuje maksymalnej masy obciążenia.
Np. Powiedzmy, że silnik jest przystosowany do 1A, ale zużywa tylko 0,3A, z wyjątkiem 10x1 = 10A przy uruchomieniu.
- przy wyłączaniu występuje łuk elektryczny i siła zwrotna silnika działająca jako generator i przełącznik jako hamulec oraz przekładnie jako hamulec cierny ze zwartą cewką dla dodatkowego obciążenia.
- dlatego potrzebujesz półmostka MOCY, który współpracuje z poziomami logicznymi, używając wyjścia 30 V z diodami mocy do obsługi skoków 10 A lub 20 A, jeśli szybko zostanie odwrócony podczas ruchu.
Problemy z projektami FET
założyłeś, że 2 ~ 4V to działające Vgs, ale to tylko próg i potrzebujesz co najmniej 2,5 do 3x 100uA próg, aby zbliżyć się do RdsOn, aby obsłużyć> 10A, co często jest określone jako Vgs = 5, 10 lub 12V.
„Logiczne tranzystory FET” wykorzystują Vgs (th) w pobliżu 1 V do pracy przy 3 V w celu uzyskania najlepszej wydajności, w przeciwnym razie nagrzewają się.
zamiast przetwornika wysokociśnieniowego potrzebny jest SPDT lub tranzystor FET o połowie mostka
Potrzebny jest półmostek mocy, który wykorzystuje wejście i wyjście poziomu logicznego, prawdopodobnie znamionowane na 30 A, aby mieć wystarczająco mały Rdson, aby zachować chłód podczas rozruchu. Wymagane są diody mocy odwrócone do każdej szyny dla zacisku Flyback o wartości znamionowej 10 A.
- Pół mostka musi mieć krótki czas martwy między Fwd i Rev, aby zapobiec zwarciu lub efektowi strzelania. To normalne. Ale musisz to zapewnić.
Zalecenia
Zdefiniuj rezystancję cewki silnika i wybierz układ scalony półmostkowy poziomu logicznego do sterowania napięciem 30 V / DCR + margines
Upewnij się, że ma on zabezpieczenie przed upływem czasu martwego z kontrolkami wejścia z opóźnieniem diody RC lub opóźnieniem MCU i sprawdź, czy stan resetowania zasilania jest wyłączony.
a co z ochroną przed zatrzymaniem? W przypadku awarii sterownika lub usterki MCU? Rozważmy Polyfuse.
Wykonaj obliczenia oporu cieplnego radiatora i izolatora elektrycznego za pomocą smaru.
Jest to typowe dla konstrukcji wyłączników szyb samochodowych, z wyjątkiem większej masy, mniejszej prędkości, ale może tego samego (?) Prądu odzyskanego z cmentarza samochodowego! Lub zrób to sam lub kup? są to codzienne decyzje każdego projektanta.
Wreszcie, co z czujnikiem położenia lub? Czujnik położenia do długich przesuwów może być kosztowny, chyba że jesteś geniuszem mechanicznym, który używa Pot z 8 mm CNC lub mniejszym paskiem zębatym od ruchu liniowego do redukcji koła pasowego do potencjometru, a następnie odczytaj napięcie potencjometru jako pozycję liniową, skalibruj i użyj do sprzężenia zwrotnego serwa. Następnie pozwól przełącznikom wejściowym MCU zapamiętać stany, które wprowadzasz dla pozycji i przełączać w górę iw dół obok lub 1,2,3 +, -. Ale odblokuj przełączniki. Brakuje czegoś jeszcze? Wyłączniki krańcowe? Praktyka STD dla maszyn CNC.
Inną opcją byłoby zastosowanie dwóch przekaźników SPDT, posiadających identyczne parametry styków jak istniejące mikroprzełączniki SS-5.
Jeśli biurko składa się tylko z przełączników, silnika i przekaźników, które nie zawierają elementów wrażliwych na polaryzację, można po prostu odwrócić biegunowość zasilania. Miałbyś wtedy wspólne 0v zamiast zwykłej szyny 30v.
Następnie możesz użyć 2 tranzystorów NPN lub ewentualnie 2 mosfetów typu N, aby przełączyć 0 V na białe i zielone przewody. W górę iw dół oczywiście też zostaną odwrócone.
Będziesz musiał dodać kilka diod wolnobieżnych, aby chronić tranzystory przed tylnym emfem z istniejących cewek przekaźnika i silnika.