Antreiben eines Gleichstrommotors (in eine Richtung) mit einem Mikrocontroller-Pin und einem Optokoppler

Ich soll eine Schaltung zum Ansteuern eines Gleichstrommotors mit einem Optokoppler und einem Mikrocontroller-Pin entwerfen.

Der Motor wird mit 12 V versorgt und hat eine Leistung von 5 W. Der Opto-Isolator muss den Motor und den Mikrocontroller isolieren. Der Arbeitsstrom der Opto-Isolator-Diode beträgt 6 mA, was im Kollektor des Opto-Isolator-Transistors einen Strom von 2,2 mA erzeugt.

Der Motor benötigt also einen Strom von

ICH M = 5 W 12 v .
Der Kollektor liefert nicht annähernd genug Strom für den Motor. Also dachte ich darüber nach, einen weiteren Transistor zu dem vorhandenen hinzuzufügen, um ein Darlington-Paar zu machen. Aber ich habe keine Ahnung, wie ich es berechnen soll, weil ich nicht wirklich einen Basisstrom habe , mit dem ich arbeiten kann. Ich weiß auch nicht viel über Darlington-Paare oder Optokoppler und ich weiß nicht, wie ich das Darlington-Paar in dieser Schaltung sättigen kann.

Denken Sie daran, dass ich keine bestimmten Komponenten verwende. Ich soll mir nur eine Vorstellung davon machen, wie ich die vorgegebene Aufgabe bewerkstelligen kann und die Werte der von mir verwendeten Komponenten berechnen. Hier ist ein Bild von dem, was ich im Sinn hatte:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Nehmen wir an, der Spannungsabfall an der Optodiode beträgt 2 V. R1 kann berechnet werden als

R 1 = 5 v − 3 v 6 M A = 330 Ω .
Ich könnte etwas Hilfe mit dem Rest der Schaltung von euch gebrauchen (wenn die Idee dieser Schaltung überhaupt richtig ist).

Kannst du ein Datenblatt für den Optokoppler verlinken? Um dies zu lösen, wird das CTR (Current Transfer Ratio) des Opto benötigt.
Dies ist nur ein Konzept, das ich mir ausdenken soll, ohne zusätzliche Informationen außer der bereitgestellten. Wenn es nicht anders geht, können Sie einfach eine beliebige durchschnittliche CTR nehmen.

Antworten (2)

Eine Darlington-Konfiguration, bei der der Optokopplerausgang Q1 mit der Last in Reihe geschaltet wird, erhöht den Spannungsabfall an Q2. Auch ein Leistungs-BJT-Transistor könnte, sagen wir, eine Verstärkung von 30-50 Spitzen haben. Bei dieser Schaltung beträgt Ihr maximaler Laststrom also wahrscheinlich nicht mehr als 60-100 mA (30-50 * 2,2 mA), was ziemlich niedrig ist, es sei denn, Sie haben einen sehr kleinen Motor.

Sie haben einen Laststrom von 416 mA (5 W bei 12 V), sodass Sie eine Stromverstärkung von 189 benötigen. Sie werden dies nicht erreichen, wenn Sie einen BJT-Leistungstransistor direkt ansteuern (wie in Ihrem Diagramm gezeigt). Sie würden eine weitere Transistorstufe benötigen - was bei Verwendung einer Konfiguration im Darlington-Stil zu einem großen Spannungsabfall und -verlust führt.

Erwägen Sie die Verwendung eines MOSFET zum Ansteuern der Last? Sie würden den Kollektor von Q1 über einen kleinen Widerstand mit 12 V verbinden und den Emitter mit dem MOSFET-Gate und über einen größeren Widerstand mit Masse verbinden, der zum Deaktivieren des MOSFET verwendet wird. Wenn Sie einen MOSFET mit ausreichend niedrigem Rdson auswählen, hat er einen geringeren Spannungsabfall als ein BJT-Transistor. Es gibt jedoch auch keine Begrenzung der Stromverstärkung mit MOSFETs ...

2 mA Antrieb ist nicht viel, wenn Ihre Last klein ist und Sie einen MOSFET mit kleiner Gate-Kapazität verwenden, könnte dies in Ordnung sein. Möglicherweise stellen Sie jedoch fest, dass die Gate-Kapazität des MOSFET für den 2-mA-Antrieb zu hoch ist, was zu einer sehr langsamen Schaltgeschwindigkeit und hohen Schaltverlusten führt. Das direkte Ansteuern eines geeigneten MOSFET mit nur 2 mA Gate-Ansteuerung ist für die PWM-Steuerung mit ziemlicher Sicherheit nicht gut - Sie könnten damit für die Ein / Aus-Steuerung davonkommen.

Ich würde vorschlagen, entweder Ihre Darlington-Konfiguration Q1 / Q2 zu verwenden, um einen MOSFET anzusteuern. Oder suchen Sie nach einer vorgefertigten Lösung, wie z. B. einem Optoisolator mit eingebautem Gate-Treiber oder einem Motortreiber-IC, der das Signal für Sie verstärken kann.

Weitere Dinge, auf die Sie achten sollten: Stellen Sie sicher, dass die Nennspannung der Teile geeignet ist. Kann der Ausgang des Optoisolators 12 V verarbeiten? Das MOSFET-Gate kann beispielsweise eine Grenze von 10 V haben (obwohl 20 V üblicher sind), daher müssen Sie sicherstellen, dass Sie einen Spannungsteiler verwenden, um die Gate-Ansteuerung darunter zu halten.

"Eine Darlington-Konfiguration - bei der der Optokopplerausgang Q1 mit der Last in Reihe geschaltet wird - erhöht den Spannungsabfall an Q2." Ja, vielleicht, aber das ist vernachlässigbar.
> aber das ist vernachlässigbar - nicht wirklich. Das sind ~10 % Verlust. Als vernachlässigbar würde ich das nicht bezeichnen.
@arnisz für die OP-Schaltung haben Sie ungefähr 2 Diodenabfälle über dem Ausgangstransistor, die in einem guten Szenario 1,2 V betragen könnten, aber wahrscheinlich höher sind, da ein gesättigter Leistungstransistor mehr als 0,6 V am Gate benötigt. 1,2 V bei einer 12-V-Versorgung bedeuten 10 % Verlust. Wie oben erläutert, würde man eine zusätzliche Transistorstufe benötigen, um die erforderliche Last zu treiben, so dass die Verwendung einer ähnlichen Konfiguration mit einer zusätzlichen Stufe in der Praxis zu erheblichen Verlusten führen würde

Nur wenige Änderungen

  • Verschieben Sie den Optokoppler-Kollektor der +12-V-Leitung (um den Spannungsabfall zu reduzieren und die Effizienz zu verbessern)
  • Fügen Sie einen Widerstand in Reihe mit dem Optokoppler-Emitter hinzu (um den Strom in die Basis des Transistors zu begrenzen)
  • Fügen Sie einen Widerstand zur Masse hinzu (um das Ausschalten zu beschleunigen und ein falsches Einschalten des Transistors zu vermeiden)

schematisch

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