Wie wählen Sie den Transistor für die Treiberschaltung des Schrittmotors?

Anscheinend fragen Sie, wie Sie einen Transistor finden, mit dem 1A von einem 5mA-Digitalsignal geschaltet werden kann?

1A / 5mA = 200, was die erforderliche Verstärkung ist, wenn ein einzelner Bipolartransistor verwendet würde. Das ist unrealistisch hoch für einen Transistor, der 1A verarbeiten kann. Sie sagen nicht, wie hoch die Spannung ist, aber das wäre nützlich zu wissen. Transistoren mit niedrigerer Spannung können mit höherer Verstärkung hergestellt werden.

Für einen einzelnen BJT ist das jedenfalls zu viel. Das lässt ein paar offensichtliche Optionen:

1. Verwenden Sie einen FET. Diese werden statt mit Strom mit Spannung geschaltet. Auch hier sagen Sie nicht, welche Spannung Sie schalten müssen, aber Sie können FETs mit bis zu 30 V oder so erhalten, dass sie direkt von einem digitalen Logikausgang von 0 bis 5 V gut genug geschaltet werden können.

   Sie haben jetzt hinzugefügt, dass die Versorgung für den Schrittantrieb 12 V beträgt. In diesem Fall ist hier eine Beispielschaltung:

   

   Der Widerstand soll nur sicherstellen, dass der FET ausgeschaltet ist, wenn der digitale Ausgang jemals hochohmig werden sollte. Wenn es immer solide angetrieben wird und Startstörungen keine Rolle spielen, können Sie R1 weglassen.

2. Verwenden Sie mehr als einen Transistor, um eine höhere Verstärkung zu erzielen. Zum Beispiel:

   

   Die Gesamtverstärkung vom logischen Signalstrom zum geschalteten Strom ist ungefähr das Produkt der Verstärkungen von Q1 und Q2. Q2 kann in diesem Fall mit einem Gewinn von 15 gerechnet werden. Da Sie 1A schalten möchten, bedeutet dies, dass 1A / 15 = 67mA Basisstrom benötigt werden. R1 sieht 5 V minus die BE-Abfälle beider Transistoren, was etwa 3,6 V übrig lässt. Das geteilt durch 36 Ω verursacht einen Basisstrom von etwa 100 mA, was einen angenehmen Spielraum lässt. R2 stellt sicher, dass Q2 ausgeschaltet ist, es sei denn, es wird explizit eingeschaltet, und hilft auch, es schneller auszuschalten. Unter der Annahme eines BE-Abfalls von 700 mV zieht R2 700 µA, wenn Q2 angesteuert wird. Da wir 100 mA zur Verfügung haben und nur 2/3 davon benötigen, bleibt noch viel Basisantrieb für Q2.

   Der Strom durch Q1 beträgt im eingeschalteten Zustand etwa 100 mA. Bei einem so kleinen Signal-Niederspannungstransistor kann in diesem Fall mit einer Verstärkung von 50 gerechnet werden, was bedeutet, dass der 0-5-V-Digitalausgang nur 2 mA liefern muss, was gut innerhalb Ihrer Spezifikation liegt.

Als Antwort auf 4 Kommentare hinzugefügt:

Sie schalten etwas mit erheblicher Induktivität. Der Induktorstrom kann nicht sofort abgeschaltet werden. Ohne die Diode würde die Induktivität beim Ausschalten die Spannung an P1 erhöhen, bis der vorhandene Strom fließen kann - irgendwie irgendwo. Dies würde wahrscheinlich durch Überschreiten der maximalen Kollektorspannung von Q2 und deren Zusammenbruch erfolgen. Das ist schlecht. Die Diode bietet einen schönen sicheren Weg für diesen Strom, bis die gespeicherte Energie in der Induktivität abgebaut ist. Es hat jedoch den Nachteil, dass der Schrittspulenstrom nach dem Abschalten der Spule langsam abfällt. Dies kann behoben werden, indem die Spule etwas früher ausgeschaltet wird und/oder ein Widerstand in Reihe mit der Diode hinzugefügt wird, sodass die Spule eine höhere Gegenspannung sieht, die den Strom schneller herunterfährt.

Ich würde keinen Darlington-Transistor verwenden. Ja, diese können mit der erforderlichen Gesamtverstärkung gefunden werden, aber sie haben auch eine deutlich höhere Betriebsspannung. Dadurch wird nicht nur ein wenig Treiberspannung von der Schrittspule weggenommen, sondern es wird auch eine höhere Verlustleistung im Transistor verursacht.

Die Schaltung, die ich gezeigt habe, ist fast ein Darlington, außer dass der Kollektor von Q1 anstelle des Kollektors von Q2 mit der 5-V-Versorgung verbunden ist. Dadurch kann Q2 vollständig gesättigt werden. Das ist weniger als die Hälfte des Spannungsabfalls eines echten Darlington.