Arduino steuert separate Ampel

75 W bei 12 V sind 6,25 A pro Lampe. Wir müssen eine Art Schalter in Reihe mit der Lampe verwenden, um das Ein- und Ausschalten zu steuern.

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Es scheint einige Verwirrung über die beteiligten Spannungen zu geben. Nicht weil die Ausgangsspannung des Arduino 5V beträgt, ist dies auch die Spannung für die Lampe. Alle drei meiner Lösungen ermöglichen es, dass eine niedrigere Spannung eine höhere schaltet. Ihr Arduino ist also perfekt in der Lage, 12 V oder sogar 230 V Wechselstrom zu steuern, aber dann benötigen Sie ein Relais .

Relais
Dies hätte einen Vorteil, den die folgenden Lösungen nicht haben: Es kann sowohl AC als auch DC schalten. Sie sagen in Ihrer Frage nicht, welches der 12V ist. Relais haben noch einen weiteren Vorteil: Sie haben einen geringen Einschaltwiderstand und verbrauchen daher wenig Leistung.
Sie haben auch Nachteile. Besonders das Schalten von Glühlampen ist heikel: Der hohe Einschaltstrom durch die kalte Wendel könnte die Kontakte verschweißen. Und weil es sich um mechanische Geräte handelt, haben sie eine begrenzte Lebensdauer, bei Leistungsrelais oft zwischen 10.000 und 50.000 Zyklen.
Wenn Ihre 12 V Gleichstrom sind, können Sie diese Spannung verwenden, um das Relais mit Strom zu versorgen. Wenn es sich um Wechselstrom handelt, müssen Sie wahrscheinlich ein 5-V-Relais verwenden, je nachdem, was Sie zur Verfügung haben. Mehr über die Steuerung des Relais weiter unten.
Dieses Relaisist für 16 A und 80 A Einschaltstrom ausgelegt.

BJT (Bipolar Junction Transistor)
Ein Transistor verstärkt einen kleinen Eingangsstrom zu einem großen Ausgangsstrom. Das Verhältnis zwischen den beiden ist als Transistor bekannt$H_{FE}$. Für Leistungstransistoren$H_{FE}$ist nicht sehr hoch, normalerweise um die 30. Um also 6 A für Ihre Lampe zu erhalten, müssten Sie 200 mA eingeben. Das kann dein Mikrocontroller nicht liefern. Die Lösung besteht darin, einen anderen Transistor zu verwenden, um die wenigen mA vom Mikrocontroller auf die 200 mA zu verstärken. Die Kaskade von Transistoren wird Darlington genannt, und weil ihre Verstärkung das Produkt der beiden Transistoren ist$H_{FE}$die kombiniert$H_{FE}$kann hoch sein, manchmal höher als 1000. Ein Lampenstrom von 6 A könnte mit nur 10 mA Basisstrom geschaltet werden, was die meisten Mikrocontroller problemlos liefern können.

Ein Darlington hat einen großen Nachteil: Er hat einen ziemlich großen Spannungsabfall, bekannt als$V_{CE(SAT)}$wenn eingeschaltet. Weniger als 1,5 V sind selten. Das bedeutet, dass bei 6 A 10 W verbraucht werden, und das ist absolut nicht das, was wir wollen.

Während wir beim Transistor sind, brauchen wir auch einen, um das Relais anzusteuern. Nicht nur, weil der Mikrocontroller wahrscheinlich nicht den erforderlichen Strom dafür liefern kann, sondern auch, weil sein Ausgang die 12-V-Versorgung nicht aushält, die er im ausgeschalteten Zustand sehen würde. Das Schema zeigt einen Transistor, der ein Relais steuert, ersetzen Sie das Relais durch eine Lampe für Ihre Ampel.
Das Relais benötigt nicht so viel Strom wie die Lampen, und wir brauchen hier keinen Darlington. Das erwähnte Relais benötigt in der 12V-Version nur 35mA, wenn Sie einen BC817 verwenden , benötigen Sie weniger als 1mA, um das Relais einzuschalten. Benutze ein 2k2$\Omega$für$R_B$,$R$wird nicht benötigt.
Was benötigt wird, ist die Diode über dem Relais. Ein Relais ist induktiv, und wenn Sie induktive Lasten ausschalten, können sie eine sehr hohe Spannung über dem Transistor verursachen, die ihn beschädigen (sprich: zerstören) kann. Die Diode leitet die Hochspannung zum Netzteil ab, sodass sie keinen Schaden anrichten kann. Der Typ ist nicht sehr kritisch, aber oft wird eine Schottky-Diode gewählt, weil sie schnell ist und der geringe Spannungsabfall die Verlustleistung begrenzt. Ein BAT54 wird gut tun.

MOSFET
Das Schema für den MOSFET sieht dem des Transistors sehr ähnlich:

Ein BJT ist stromgesteuert, aber ein MOSFET ist spannungsgesteuert. Bei einem BJT ist es der Eingangsstrom , der den Ausgangsstrom definiert, denken Sie an den Verstärkungsfaktor$H_{FE}$. Ein MOSFET kann durch Anlegen einer Spannung an das Gate gesteuert werden, es fließt fast kein Strom. Ein Logikpegel-MOSFET kann direkt von einem Mikrocontroller geschaltet werden. Wir müssen nur einen finden, der mit der großen Strömung fertig wird. Dieser sieht gut aus. Es treibt bei einer Gate-Spannung von 5 V mehrere zehn Ampere und hat eine$R_{DS(ON)}$von nur 10m$\Omega$. Der$R_{DS(ON)}$ist für den MOSFET was$V_{CE(SAT)}$ist für den Transistor: Er bestimmt die Verlustleistung des Geräts. (6,25 A)$^2$ $\times$10m$\Omega$nur 400mW. Vergleichen Sie die 10 W des Transistors und Sie wissen, warum MOSFETs bevorzugt werden, um hohe Ströme zu schalten.

Das Schema zeigt zwei Widerstände,$R_{IN}$Und$R_{GS}$. Die Funktion von$R_{IN}$ist es, den Strom zum Laden / Entladen der Gate-Kapazität beim Schalten zu begrenzen. Es ist eine sehr kurze Stromspitze, nicht einmal hoch, aber viele Logik-ICs mögen es nicht. Sie können eine 1k verwenden$\Omega$bis 10k$\Omega$Aus diesem Grund ist der Wert in Ihrer Anwendung nicht sehr kritisch.$R_{GS}$zieht das Tor auf Masse, wenn es keine gibt$V_{IN}$Verbindung. MOSFET-Gates sollten nicht schwebend bleiben. Ein 1M$\Omega$Widerstand ist hier OK.

Für jede Glühbirne können Sie eine Schaltung wie diese verwenden:

D1 = MBRF1035CT . Sie können es hier kaufen . Sie benötigen es nur, wenn Sie lange Drähte zwischen der Glühlampe und dem MOSFET haben. Die Diode sollte immer so nah wie möglich am MOSFET und an der +12 V Versorgung liegen. Am besten platzieren Sie alles (Arduino und MOSFETs) in der Nähe der Ampelbox.

T1 = IRLU8726PBF . Sie können es hier kaufen . Mit diesem Gerät und Ihren 6,25 A benötigen Sie keinen Kühlkörper.

Beide Optionen haben ein gutes Verhältnis zwischen Spezifikationen und Geld.

"GPIO OUT" = Jeder universelle (digitale) Ein-/Ausgang, der als Totem-Pole-Ausgang konfiguriert ist (nicht Open Drain). Sie benötigen keinen Widerstand am Gate des MOSFET.

Und natürlich programmieren Sie Ihren Arduino so, dass er jeden dieser drei digitalen Ausgänge wie gewünscht steuern kann.