จะสร้างวงจรเพื่อยก / ลดโต๊ะปรับความสูงโดยอัตโนมัติได้อย่างไร?
พื้นหลัง
สวัสดีทุกคนฉันกำลังทำโปรเจ็กต์เล็ก ๆ ที่สามารถควบคุมความสูงของโต๊ะปรับความสูงได้โดยใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์ทรานซิสเตอร์ MOSFET และเซ็นเซอร์อัลตราโซนิก โดยพื้นฐานแล้วฉันต้องการให้ผู้ใช้ป้อนความสูงและโต๊ะเพื่อปรับความสูงนั้นโดยอัตโนมัติ
รายละเอียดทางเทคนิค
นี่คือโต๊ะทำงานที่ฉันใช้ มีเพียงปุ่มขึ้น / ลงและไม่มีคุณสมบัติ "หน่วยความจำ"
ฉันพยายามใช้บทช่วยสอนนี้แต่เนื่องจากฉันไม่สามารถเข้าถึงมอเตอร์ได้โดยง่ายฉันจึงตัดสินใจ "เปลี่ยน" ปุ่มขึ้น / ลงด้วยทรานซิสเตอร์ MOSFET
นี่คือ MOSFET ที่ฉันใช้อยู่ มีแรงดันไฟฟ้าเกณฑ์ Vgs ระหว่าง 2-4 โวลต์ซึ่งจะใช้ได้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ 5v ของฉัน
ฉันเปิดกล่องปุ่มและนี่คือสิ่งที่ดูเหมือน
มีสายไฟสี่สายในขั้วต่อ JST
- สีแดง: 30V
- สีดำ: GND
- เขียว: ลง
- ขาว: ขึ้น
นี่คือสวิตช์ที่ใช้งานได้สูงซึ่งการเชื่อมต่อสีเขียวหรือสีขาวเป็นสีแดงจะเลื่อนโต๊ะลงและขึ้นตามลำดับ ดูแผนภาพด้านล่างสำหรับวิธีการทำงานของสวิตช์ ( Omron SS-5 ) ในแผนผัง
สิ่งที่ฉันทำจนถึงตอนนี้
ฉันดึงขั้วต่อ JST ออกและต่อสายจัมเปอร์เข้ากับหมุดตัวเมียโดยตรงเพื่อสร้างวงจรต่อไปนี้สำหรับยกโต๊ะทำงาน
แหล่งจ่ายแรงดันทางด้านซ้ายคือขาขาออกดิจิตอลของไมโครคอนโทรลเลอร์ ฉันสามารถยกโต๊ะทำงานได้สำเร็จเมื่อหมุดอยู่สูงและหยุดยกโต๊ะทำงานเมื่อเข็มหมุดอยู่ต่ำ
แก้ไข (16 สิงหาคม 2020): ฉันวัดกระแสจากแหล่งที่มาของทรานซิสเตอร์ไปยังสายสีขาวและมันพุ่งไปที่ ~ 3A ชั่วขณะหนึ่งและในขณะที่โต๊ะทำงานสูงขึ้น (เช่นเมื่อมอเตอร์กำลังทำงาน) มันก็พุ่งออกมา ~ 300mA.
ฉันสามารถทำเช่นเดียวกันเพื่อลดโต๊ะทำงานได้ยกเว้นว่าแหล่งที่มาของ MOSFET นั้นเชื่อมต่อกับสายสีเขียวแทน
ปัญหาของฉันคือ:
ฉันวางทรานซิสเตอร์อีกตัวเพื่อทำทั้งการเพิ่มและลด:
แก้ไข (15 สิงหาคม 2020): ขออภัยเกี่ยวกับแผนภาพที่สับสน แผนภาพนี้ใช้พินเอาต์พุตดิจิตอลสองตัว แหล่งจ่ายแรงดันทางด้านซ้ายคือ D2 ของ MCU และทางด้านขวาคือ D3 ของ MCU หมุดใช้พื้นดินร่วมกันซึ่งรับผิดชอบต่อปัญหาต่อไปนี้
นี้เห็นได้ชัดสร้างปัญหาเพราะแหล่งที่มาของทั้งสองทรานซิสเตอร์ที่มีการเชื่อมต่อกับทั้งสีขาวและลวดสีเขียวหมายความว่าทุกครั้งที่หนึ่งทรานซิสเตอร์อยู่ในทั้งขาว / สายสีเขียวสูง ซึ่งเทียบเท่ากับการกดทั้งสองปุ่มพร้อมกันซึ่งจะไม่ทำให้โต๊ะทำงานเลย ฉันลองใส่ตัวต้านทาน 10k ระหว่างสองแหล่งของทรานซิสเตอร์ แต่ไม่สามารถแก้ปัญหาได้
คำถามของฉัน
- ฉันจะแก้ไขวงจรของฉันเพื่อตอบสนองสิ่งที่ฉันพยายามทำได้อย่างไร?
- นี่เป็นสิ่งที่ฉันสามารถสร้างได้โดยใช้ทรานซิสเตอร์หรือไม่? หรือ
- ฉันจำเป็นต้องเปิดมอเตอร์เพื่อทำตามกรณีการใช้งานทั่วไปของทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์หรือไม่?
ฉันจะขอบคุณมากถ้าใครสามารถให้คำแนะนำเกี่ยวกับสถานการณ์ของฉัน :)
ฉันยินดีเป็นอย่างยิ่งที่จะชี้แจงความสับสน
ขอขอบคุณ!
คำตอบ
บทสรุป 3 A ขณะที่มอเตอร์สตาร์ทหมายความว่าสายไฟสีขาวและสีเขียวมีกระแสมอเตอร์ FET ของคุณต้องเพียงพอสำหรับกระแสไฟฟ้านี้และได้รับการป้องกันแรงดันไฟฟ้าที่ขัดขวางเมื่อมอเตอร์ดับลง
แผนภาพสวิตช์เดิมของคุณแสดงการกำหนดค่าสะพาน H เมื่อสวิตช์ทั้งสองลงจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไปยังมอเตอร์ เมื่อสวิตช์ตัวใดตัวหนึ่งเพิ่มขึ้นทั้งสองจะนำกระแสไปยังมอเตอร์แหล่งหนึ่งจาก 30 V อีกอันหนึ่งจมเป็น 0 V คำแนะนำ FET ของคุณจะแสดงเฉพาะการดึงเท่านั้นไม่มีการดึงลงดังนั้นมอเตอร์ของคุณจะไม่ทำงาน
คุณต้องมีไดรเวอร์ H-bridge ที่มีตัวปิดการใช้งานหรือไดรเวอร์ half-bridge สองตัวเพื่อจำลองฟังก์ชันนี้ เมื่อพิจารณาถึงการเปลี่ยนระดับ ฯลฯ ที่จำเป็นและความรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ของคุณคุณควรพยายามซื้อโมดูลอินพุตระดับลอจิกโดยมีเอาต์พุตที่ได้รับการจัดอันดับอย่างน้อย 30 V และ 3 A
แทนที่จะเป็น FET ควรใช้รีเลย์ c / o คู่เพื่อทำสิ่งที่สวิตช์กำลังทำอยู่ ไปที่เว็บไซต์อีคอมเมิร์ซออนไลน์ที่คุณชื่นชอบและค้นหา 'Arduino relay module' แล้วเลือก 2 ช่องทางหนึ่ง สามารถขับเคลื่อนได้ตั้งแต่ 5 V ราคาถูกพอ ๆ กับชิปไม่ระเบิดเหมือน FET (แม้ว่าหน้าสัมผัสจะเสื่อมสภาพในที่สุด) และมีความสามารถในการจัดการ DC เพียงพอสำหรับมอเตอร์ 30 V ของคุณ
ปัญหาเกี่ยวกับสมมติฐานในการออกแบบ
- ไม่สามารถรับรู้วัตถุประสงค์ของ SPDT
- ไม่เข้าใจ Vgs (th)
- มอเตอร์จะกระชากด้วยกระแสไฟฟ้า 10x หรือมากกว่ากระแสโหลดจริงเนื่องจากอาจไม่ใช้น้ำหนักบรรทุกสูงสุด
เช่นบอกว่ามอเตอร์ได้รับการจัดอันดับสำหรับ 1A แต่ใช้เพียง 0.3A ยกเว้น 10x1 = 10A เมื่อเริ่มต้น
- เมื่อปิดเครื่องจะมี EMF ส่วนโค้งและด้านหลังของมอเตอร์ทำหน้าที่เป็นตัวกำเนิดและสวิตช์เป็นเบรกและเกียร์เป็นเบรกแรงเสียดทานที่มีขดลวดลัดวงจรเพื่อรับภาระเพิ่มเติม
- ดังนั้นคุณต้องมี POWER Half Bridge ที่ทำงานร่วมกับระดับลอจิกโดยใช้เอาต์พุต 30V พร้อมไดโอดกำลังเพื่อจัดการกับเดือย 10A หรือเดือย 20A หากย้อนกลับอย่างรวดเร็วขณะเคลื่อนที่
ปัญหาเกี่ยวกับการออกแบบ FET
คุณถือว่า 2 ~ 4V เป็น Vgs ที่ใช้งานได้ แต่เป็นเพียงเกณฑ์เท่านั้นและคุณต้องมีเกณฑ์อย่างน้อย 2.5 ถึง 3x 100uA เพื่อเข้าใกล้ RdsOn เพื่อจัดการ> 10A ซึ่งมักระบุไว้ที่ Vgs = 5, 10 หรือ 12V
"FET ระดับลอจิก" ใช้ Vgs (th) ใกล้ 1V เพื่อทำงานที่ 3V เพื่อประสิทธิภาพที่ดีที่สุดมิฉะนั้นจะร้อน
แทนที่จะใช้ไดรเวอร์ด้านสูงคุณต้องใช้ SPDT หรือ half Bridge power FET
จำเป็นต้องมีสะพานครึ่งกำลังที่ใช้อินพุตและเอาต์พุตระดับลอจิกซึ่งอาจได้รับการจัดอันดับสำหรับ 30A เพื่อให้มี Rdson ที่เล็กพอที่จะทำให้เย็นในระหว่างการสตาร์ท ไดโอดพาวเวอร์ที่ย้อนกลับไปยังแต่ละรางสำหรับแคลมป์ Flyback นั้นจำเป็นต้องมีการจัดอันดับสำหรับ 10A
- half bridge จะต้องมี deadtime เล็กน้อยระหว่าง Fwd และ Rev เพื่อป้องกันไฟฟ้าลัดวงจรหรือ Shoot through effect นี่เป็นปกติ. แต่คุณต้องมั่นใจ
คำแนะนำ
กำหนดความต้านทานของขดลวดมอเตอร์และเลือก Logic Level Half Bridge IC เพื่อขับเคลื่อนระยะขอบ 30V / DCR +
ตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการป้องกันเวลาตายด้วยการควบคุมอินพุตด้วย RC diode delay หรือ MCU delay และตรวจสอบสถานะการรีเซ็ตการเปิดเครื่องปิดอยู่
แล้ว end stop protection ล่ะ? ในกรณีที่ไดรเวอร์ล้มเหลวหรือ MCU ผิดพลาด? พิจารณา Polyfuse
ทำการคำนวณความต้านทานความร้อนสำหรับฮีทซิงค์และฉนวนฉนวนไฟฟ้าด้วยจาระบี
นี่เป็นเรื่องปกติสำหรับการออกแบบสวิตช์กระจกไฟฟ้ารถยนต์ยกเว้นมวลมากขึ้นความเร็วน้อยกว่า แต่อาจจะเท่ากันกับการกอบกู้ปัจจุบัน (?) จากสุสานรถ! หรือ DIY หรือซื้อ? นี่คือการตัดสินใจทำ / ซื้อประจำวันของนักออกแบบทุกคน
สุดท้ายเซ็นเซอร์ตำแหน่งหรือ? เซ็นเซอร์ตำแหน่งสำหรับการเดินทางไกลอาจมีราคาแพงเว้นแต่คุณจะเป็นอัจฉริยะเชิงกลที่จะใช้ Pot ที่มี CNC 8 มม. หรือสายพานเฟืองเล็กกว่าจากการเคลื่อนที่เชิงเส้นไปจนถึงการลดรอกเป็นหม้อจากนั้นอ่านแรงดันไฟฟ้าของหม้อเป็นตำแหน่งเชิงเส้นปรับเทียบและใช้สำหรับการตอบกลับเซอร์โว จากนั้นให้สวิตช์อินพุต MCU จำสถานะที่คุณป้อนสำหรับตำแหน่งและสลับขึ้นและลงถัดไปหรือ 1,2,3 +, - แต่หักล้างสวิตช์ มีอะไรขาดอีกไหม สิ้นสุดสวิตช์หยุด? การปฏิบัติ STD สำหรับเครื่อง CNC
อีกทางเลือกหนึ่งคือใช้รีเลย์ SPDT สองตัวโดยมีการจัดอันดับการติดต่อเหมือนกับของ SS - 5 ไมโครสวิทช์ที่มีอยู่
หากโต๊ะทำงานเป็นเพียงสวิตช์มอเตอร์และรีเลย์ที่ไม่มีส่วนประกอบที่ไวต่อขั้วไฟฟ้าคุณก็สามารถกลับขั้วของแหล่งจ่ายไฟได้ จากนั้นคุณจะมี 0v ทั่วไปแทนที่จะเป็นราง 30v ทั่วไป
จากนั้นคุณสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ NPN 2 ตัวหรือมอสเฟตชนิด N 2 ตัวเพื่อเปลี่ยน 0v เป็นสายสีขาวและสีเขียว การขึ้นลงก็จะกลับกันอย่างเห็นได้ชัดเช่นกัน
คุณจะต้องเพิ่มไดโอดล้อหมุนฟรีสองตัวเพื่อป้องกันทรานซิสเตอร์ของคุณจากแรงเคลื่อนไฟฟ้าด้านหลังจากขดลวดรีเลย์และมอเตอร์ที่มีอยู่