Steuerung des Vorwärts-/Rückwärtsstroms mit Arduino und Schieberegistern

Ich versuche, mehrere Solenoide (hausgemacht) mit einem von einem Arduino gesteuerten Schieberegister zu steuern. Idealerweise möchte ich sie alle zusammen entweder nach innen oder nach außen lenken können, indem ich die aktuelle Richtung verwende.

Ich hatte ursprünglich versucht, eine H-Brücke zu verwenden, aber ich muss ungefähr 200 Solenoide steuern, also würde es zu teuer werden. Ich dachte mir, ich könnte vielleicht die Richtung des Stroms umschalten und 2 Wertesätze an das Schieberegister senden, wobei das erste Bit verwendet wird, um die Richtung anzugeben. Durch Daisy-Chaining von 25 Schieberegistern kann ich alle 200 (gut 199 - aber das würde reichen) steuern.

Etwas wie das:

  • Bit 0 - verbunden mit Mosfet, das das Relais steuert, das die Stromrichtung einstellt
  • Bit 1 - verbunden mit Mosfet, das Solenoid 1 entweder ein- oder ausschaltet
  • Bit 2 - verbunden mit Mosfet, das Solenoid 2 entweder ein- oder ausschaltet
  • usw usw

Datenblätter sind wie folgt:

Ich habe ein Diagramm angehängt, ich habe die Verbindungen zum Arduino der Einfachheit halber weggelassen, aber ich habe ein paar Fragen.

  1. Sieht das so aus, als würde es funktionieren? Bin ich total daneben?
  2. Lassen 2n7000-Mosfets Rückwärtsstrom zu?
  3. Wäre es besser, 2 Mosfets für jedes Solenoid zu haben und alles getrennt zu halten?
  4. Wenn ja zu 3 - brauche ich Dioden davor oder wie schütze ich sie vor Rückfluss?
  5. Was wäre der beste Weg, um die Snubber-Dioden anzuordnen? (vorausgesetzt sie werden benötigt)

Vielen Dank im Voraus für jede Hilfe!

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Es wurden einige Klarstellungen gesucht: Werden sich alle "aktivierten" Solenoide zu einem bestimmten Zeitpunkt in die gleiche Richtung bewegen? Müssen sie sich absolut gleichzeitig bewegen? ( Der bei der Aktivierung gezogene Spitzenstrom wäre enorm, aber schlimmer noch, die Gegen-EMK beim Ausschalten würde das Raum-Zeit-Kontinuum verzerren ). Können Federkraftmagnete verwendet werden, so dass eine Betätigung nur in einer Richtung erforderlich ist? Sind dies (mechanisch) selbsthaltende Solenoide oder benötigen sie Haltestrom, um die Position zu halten? Was ist die Strom- und Induktivitätsspezifikation für die Solenoidaktivierung (und gegebenenfalls das Halten)?
In Bezug auf das CCT-Diagramm würde dies nicht funktionieren. Wenn Sie die Stromrichtung umkehren müssen, um den Magneten zurückzuziehen, ist ein bipolarer Schalter erforderlich. Da MOSFETs eine parasitäre Sperrdiode haben, sind sie effektiv immer "an", wenn die Source ein Volt positiver ist als der Drain. Dies gilt für NFETs und umgekehrt für PFETs. Ich denke, Sie brauchen H-Brücken oder eine mechanische Federrückstellung, wie Anindo erwähnt.
Die fraglichen Solenoide sind superwinzig (4 mm x 6 mm), also hoffen wir, dass die Auslosung / EMK nicht zu verrückt ist. Außerdem würden sie mechanisch gehalten und bräuchten keinen Haltestrom. Ich habe keine Spezifikationen als solche, da ich sie selbst machen werde. Ich kann Ihnen sicherlich die Drahtlänge, Stärke, Anzahl der Spulen usw. sagen, wenn das helfen würde.

Antworten (2)

Es kann eine Möglichkeit geben, vollständige H-Brücken zu vermeiden, vorausgesetzt, Sie haben etwas Nachsicht mit der Stromversorgung: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Netzteil ist ein Typ mit geteilter Schiene, der normalerweise zum Erzeugen von + V, 0 V und -V für Operationsverstärker und Verstärker usw. verwendet wird. Da die Sekundärseite erdfrei ist (dh nicht geerdet ist), können Sie die negative Schiene mit Masse verbinden und haben eine halbe Schiene (ehemals 0 V), die der Magnetrückstrom verwenden kann.

Jetzt brauchen Sie nur noch zwei FETs; ein P-Typ und ein N-Typ. Du brauchst natürlich noch Schutzdioden.

Bei aktiviertem N-Typ fließt Strom von links nach rechts durch das Solenoid. Wenn der p-Typ aktiviert ist, fließt der Strom von rechts nach links.

Wenn Sie Dinge schmelzen möchten, versuchen Sie, beide gleichzeitig zu aktivieren (dies ist sowieso ein normales H-Brückenproblem, aber Sie müssen "solide" sein, wie Ihr Steuerkreis funktioniert) !! Wenn kein Fet aktiviert ist, zieht das Solenoid keinen Strom.

Es gibt einige Komplikationen darin, dass der P-Kanal auf die höchste Spannungsversorgung referenziert ist und dies eine zusätzliche Transistorschaltung benötigt, um ihn auf gnd-Logik zu referenzieren, und am Ende könnten Sie es vorziehen, einen voll integrierten H-Brückenantrieb zu verwenden, da er einfacher zu bauen ist .

Ich würde die Steuerung implementieren, indem ich ein Schieberegister mit Open-Collector-Ausgängen bekomme und die Massereferenz vergesse. Die Schieberegisterausgänge sind zwischen +12 V und -12 V über einen Pull-up-Widerstand verbunden, und die Logikeingänge sind auf die -12-V-Schiene bezogen.
@PhilFrost klingt nach einer guten Idee - können Sie diesen Typ bekommen?
74596 ist identisch mit dem in der Frage angegebenen 74595, jedoch mit Open-Collector-Ausgängen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass der Ausgang 24 V aufnehmen kann, aber ein Lesen des Datenblatts wäre umsichtig.
Ich muss mir den Kopf gestoßen haben, weil ich sicher war, dass so etwas verfügbar war, aber es sieht so aus, als wären alle Schieberegister mit Open-Collector-Ausgängen sehr teure, nicht lagernde Teile. Wahrscheinlich ist es billiger, einem CMOS-Schieberegister einen externen Transistor hinzuzufügen, wie Sie es vorschlagen.
Wie Sie wahrscheinlich feststellen konnten, bin ich mit diesem Elektronik-Malarkey immer noch ein bisschen ein Noob. Dies sieht jedoch sehr vielversprechend aus und gibt mir sicherlich etwas zum Spielen. Ich konnte den Unterschied zwischen n- und p-Kanal-Mosfets nicht verstehen, aber das hat es viel klarer gemacht. Danke!

Was Sie hier gezeichnet haben, wird nicht funktionieren. Wenn der Strom umgekehrt wird, haben Sie diese Situation:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Die Diode dort ist die Diode, die allen MOSFETs innewohnt . Sie könnten stattdessen ein Halbleiterrelais (SSR) oder ein elektromechanisches Relais verwenden. Der billigste Preis, den ich bei Mouser finden konnte, kostet 0,48 $; Ich weiß nicht, ob das immer noch "zu teuer" ist.

Sie könnten wahrscheinlich für einen ähnlichen Preis volle H-Brücken an jedem Solenoid anbringen. Es gibt oberflächenmontierte Gehäuse mit einem N-Kanal- und einem P-Kanal-MOSFET im selben Gehäuse, die sehr billig sind. Zum Beispiel verkauft Mouser Vishay Si1539CDL für 0,13 $ in Mengen von 250. Ich bin mir sicher, wenn Sie nachschauen, werden Sie einige finden, die mehrere P- und N-Paare haben, die sogar noch billiger sein können.

Sie könnten jede H-Brücke mit 2 Ausgängen am Schieberegister steuern, einen für jede Seite. Oder fügen Sie etwas digitale Logik hinzu, um die erforderlichen Schieberegisterausgänge zu reduzieren, aber wahrscheinlich werden die Kosten ungefähr gleich sein. Oder kombinieren Sie dies mit Andys Lösung und Sie benötigen nur 1 Schieberegisterausgang und eine Halbbrücke pro Solenoid.

Hallo, ich habe gezögert, mir oberflächenmontierte Komponenten anzusehen, weil ich dachte, Sie bräuchten Spezialausrüstung, um sie zu verwenden. Aber vielleicht muss ich nur recherchieren, ob ich es billig einrichten kann. Ich bin in aus, also kosten die meisten Komponenten das Dreifache dessen, was sie in den USA kosten. ZB kostet der vishay si1539CDL etwa 40 Cent pro Stück :(
@Mookle haben Sie keine Angst vor der Oberflächenmontage. Wenn Sie sich an die größeren Gehäuse (SOT-23, SOIC ...) halten, brauchen Sie nur einen guten Lötkolben und etwas Lötzinn, der nicht zu dick ist, und eine Pinzette. Ich bevorzuge die Oberflächenmontage für meine Hobbyarbeit, da es mir die Mühe erspart, Löcher in von mir hergestellte Leiterplatten zu bohren.
Steuerung des Vorwärts-/Rückwärtsstroms mit Arduino und Schieberegistern
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