Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Metal Work Pneumatic
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Sterownik oświetlenia schodów [AVR]

lakicz 24 Lis 2014 11:29 3375 14
  • #1 24 Lis 2014 11:29
    lakicz
    Poziom 2  

    Witam. Zaprojektowałem wstępnie sterownik oświetlenia schodów i proszę o rady.

    Zasada działania: Do jednego z wejść ADC podłączony jest fototranzystor z rezystorem(wartość dokładnie nie znana, gdyż zależy od parametrów fototranzystora), jako czujnik zmierzchu. ATmega16 odczytuje wartość napięcia, i decyduje, czy sterownik ma pobierać dane z pozostałych czujek, czy nie. Do portów PD0, PD1 podłączone są czujki PIR(5V), które w trakcie wykrycia ruchu podają 5V na wyjście. Przycisk MENU (INT0) uruchamia część programu odpowiadającą za zapisywanie ustawień użytkownika do pamięci EEPROM. Każdy punkt świetlny (np. co 2 schody) sterowany jest osobno przez tranzystor MOSFET (IRF7103) sygnałem PWM z uC. Maksymalny prąd pojedynczego punktu świetlnego wynosi 200mA (napięcie 10-14V). Dodatkowo na płytce będą diody LED, symulujące oświetlenie schodów, oraz potrzebne zamiast wyświetlacza w trakcie wprowadzania ustawień użytkownika.

    Tranzystorów na razie mam podłączonych tylko 10, oczywiście kolejne zostaną dodane, gdy będę wiedzieć, że wszystko jest prawidłowo.

    Mam pewne wątpliwości, czy można sterować w ten sposób MOSFETA sygnałem PWM(częstotliwość >10kHz)? Jaki wpływ może mieć ładunek bramki na działanie tranzystora?

    Jeżeli ktoś ma jakieś ciekawy pomysł, co można zmienić/dodać, to również proszę o rady.

    Sterownik oświetlenia schodów [AVR]

    0 14
  • Metal Work Pneumatic
  • #2 24 Lis 2014 11:34
    PiotrPitucha
    Poziom 33  

    Witam
    Mam obawy że tak MOSFETa nie wysterujesz nie tylko PWMem ale nawet statycznie.
    Dałeś w bramkę dzielnik 22k/22k co zmniejszy Ci napięcie sterujące o połowę.
    Znane mi układy modelarskie sterujące PWMem silnikami mają dzielnik 47Ω/10k i to się wydaje bardziej sensowne, do tego jakieś tranzystory z niskim napięciem bramki i małą pojemnością bramki i masz sukces gwarantowany.
    Piotr

    1
  • Metal Work Pneumatic
  • #3 24 Lis 2014 12:19
    BlueDraco
    Specjalista - Mikrokontrolery

    1. Użyj fotorezystora zamiast fototranzystora.

    2. Częstotliwość PWM powinna być z zakresu 300 Hz..1.5kHz

    3. Tranzystory NMOS powinny być "logic level", np. IRLML6344, ale dużo lepiej (bezpieczniej dla diod) będzie zastosować zamiast NMOS gotowe kluczowane źródła prądowe dla LED, np. serii MBI18xx (może MBI1812), ew. przetwornice np. MBI665x.

    0
  • #4 27 Lis 2014 14:21
    lakicz
    Poziom 2  

    Witam ponownie. Zmieniłem trochę schemat i zabieram się powoli za projekt płytki. Wolę jednak zastosować tranzystory, ze względu na uniwersalność. Projekt będzie wykonany w kilku egzemplarzach, z różnym oświetleniem (do 14V).

    Dokonane zmiany:
    1. Zmiana tranzystorów na IRLML2502
    2. Zmiana rezystorów bramki (47 / 10k)
    3. Dodanie możliwości wyłączenia czujnika zmierzchu oraz symulacji (D2-D16) przez zworkę.

    Poza tym mam jeszcze pytania:
    1. Dlaczego zastosowanie fotorezystora jest lepsze od fototranzystora (oczywiście z dobranym odpowiednio dużym rezystorem)?
    2. Czy jest potrzeba stosowania dodatkowej diody równolegle do S-D?
    3. Jak można jeszcze zabezpieczyć się przed uszkodzeniem czy zbyt szybkim zużyciu LEDów?

    Sterownik oświetlenia schodów [AVR]

    0
  • #5 29 Lis 2014 11:38
    SylwekK
    Poziom 29  

    Ad.1. Fotorezystor mimo wolniejszego działania lepiej reaguje na widmo światła. Przykładowo fototranzystor może wcale nie zareagowac mimo jasnego pomieszczenia jeśli to pomieszczenie będzie oświetlone żarówką led.

    Ad.2. Przy diodach led, nie.

    Ad.3. Ograniczając im prąd.

    0
  • #6 29 Lis 2014 21:25
    pawlik118
    Poziom 25  

    Nie wiem jak duży będzie prąd obciążenia dle zamiast mosfetów można zastosować ULN2803 (max 0,5A), upraszcza to budowę, a układy są zabezpieczone.

    Dodatkowo widzę że ktoś Atmedze uciął nogi zasilania (n.5 i 6), pomiędzy te nóżki obowiązkowo należy dać mały ceramiczny kondensator najlepiej 100nF X7R.

    Warto jeszcze zaznaczyć że ten schemat nie umożliwia wygodnego sterowania PWM diodami LED.

    0
  • #7 29 Lis 2014 21:37
    SylwekK
    Poziom 29  

    Tranzystory IRLML2502 są maleńkie mają spory prąd i przy takiej ich ilości myślę, że o wiele łatwiej rozprowadzić ścieżki.

    pawlik118 napisał:
    Warto jeszcze zaznaczyć że ten schemat nie umożliwia wygodnego sterowania PWM diodami LED.


    Rozwiń tą ciekawą teorię, bo np. wg mnie programowy PWM bez problemu i wygodnie to obleci ;) Sam nawet kiedyś robiłem program w bascomie dwa rodzaje softu dla 8 kanałów niezależnych oraz na dowolną ilość pinów tzw. biegnące PWM idealne dla schodów gdzie po kolei każdy schodek się płynnie rozjaśnia. Obie wersje są gdzieś na elektrodzie.

    0
  • #8 29 Lis 2014 23:33
    BlueDraco
    Specjalista - Mikrokontrolery

    ULN2803 nie mają żadnego zabezpieczenie prądowego, a do sterowania diod mocy niezbędne jest źródło prądowe, o czym pisałem wcześniej.

    0
  • #9 30 Lis 2014 10:58
    pawlik118
    Poziom 25  

    Owszem da się zrobić PWM na wiele kanałów, tylko trzeba to robić programowo, zgadzam się. Nie wiem jakie są założenia do sterowania, ale jeśli wszystkie diody mogą mieć taką samą jasność, wtedy można wykorzystać "sprzętowy" pwm modyfikując schemat. Ale w to nie wnikam, dałem tylko sygnał że w tym przypadku trzeba zrobić PWM programowy.

    Co do ULN2803 to jest znacznie wygodniej jego podłączyć do procka (bezpośrednio), wejścia po jednej a wyjścia po drugiej stronie układu. Wewnątrz rezystory w bazach i diody zabezpieczające wyjścia, czyli w zasadzie wszystko co trzeba, no i niska cena. Dodatkowo w wersji przewlekanej ich wymiana jest bardzo prosta - wyjęcie z podstawki.
    W przypadku pojedynczych tranzystorów trudniej będzie prowadzić ścieżki. Ale każdy robi jak chce:) Same tranzystory też nie mają zabezpieczenia prądowego, więc pod tym kątem uln-y nie są gorsze.

    W przypadku wykorzystania mosfetów jako klucze wyjściowe można dać niewielki rezystor pomiędzy źródło a gnd, wtedy uzyska się zgrubną regulację prądu (zabezpieczenie) (Imax ~= (VCC-Vth)/R), ale kosztem strat mocy na tych tranzystorach. Dokładność tej stabilizacji będzie zależała od napięcia Vthg-s, i będzie zależna od temperatury - niestety,.

    0
  • #10 30 Lis 2014 13:39
    BlueDraco
    Specjalista - Mikrokontrolery

    Diody w ULN owszem zabezpieczają, ale przed przepięciami od przekaźników. Za to przy braku odprowadzania ciepła, przy 300 mA na kanał, ULN szybciutko odparuje. Pomysł ze stabilizacją, a raczej losowaniem, prądu na MOSFETach też raczej średni..

    (Poprawka - miało być "300 mA na kanał", a napisało mi się 30 mA, z czego wynikło bicie piany w poście poniżej. Dziękuję, ULN znam i stosowałem nie raz, ale zdecydowane nie do sterowania LED dużej mocy.)

    0
  • #11 30 Lis 2014 15:08
    pawlik118
    Poziom 25  

    ULN2803 ma wytrzymałość 500mA na kanał, więc sugerowane 30mA z pewnością wytrzyma :) Polecam przed wypowiedzią zajrzeć w karty katalogowe, jeśli się nie zna układu.

    Osobiście wykorzystywałem ten układ do sterowania elektrozaworami 24V 10w (~0,5A) i działały bez zarzutu. Uszkadzało je jedynie przekroczenie tego prądu np w sytuacji uszkodzenia (zwarcia) cewki. Układ jest prosty i tani to jego główne zalety, ale każdy robi jak chce

    0
  • #12 30 Lis 2014 20:11
    Marek_Skalski
    Moderator Projektowanie

    pawlik118
    Zanim zaczniesz pisać bzdury, to sam sprawdź parametry tego zestawu tranzystorów.
    http://www.ti.com/lit/ds/symlink/uln2803a.pdf - rok 2014, state of the art w tej kategorii.
    Co tu mamy:
    Szczytowy prąd kolektora (nie mylić z ciągłym): 500mA
    Napięcie nasycenia VCE dla prądu 350mA (maksymalny ciągły): 1,3V (max. 1,6V)
    Czyli moc tracona na jednym kanale przy prądzie stałym 350mA to 0,35A * 1,3V = 0,455W.
    Rezystancja termiczna złącze-obudowa: 62,66W/°C
    Co daje wzrost temperatury obudowy (nie złącza): 0,455W * 62,66°C/W = 28,5°C
    Jeżeli ktoś będzie chciał użyć 8 kanałów, to temperatura obudowy wzrośnie o 228°C, czyli układ na pewno ulegnie zniszczeniu, jeżeli temperatura otoczenia jest > -78°C :)
    Jeżeli temperatura otoczenia wynosi 20°C, to maksymalnie można z tego układu wydusić około 0,26W/kanał, co daje prąd rzędu 200mA ale na pewno nie 500mA.
    Do tego dochodzi kolejny bardzo ważny czynnik: przełączanie i generowanie większej ilości ciepła w stanach przejściowych, niż to jest w stanie pełnego otwarcia. Realnie, ULN2803 nadaje się do sterowania prądem 50..100mA/kanał.
    Niestety, to jest archaiczny sposób sterowania, oparty na tranzystorach bipolarnych, których podstawową wadą jest dość wysokie napięcie przewodzenia.
    lakicz
    To co zaproponowałeś w poście #4 nie jest złe, ale pomyśl nad użyciem źródeł prądowych. LEDy mają to do siebie, że są specyfikowane na przepływ prądu a nie napięcie zasilania. Zabija je ciepło powstające na skutek przepływu prądu. Stabilizacja napięcia niewiele im pomaga, ponieważ mają spory rozrzut w charakterystykach. Jedna uzyska prąd znamionowy przy zasilaniu np. 3,2V, a druga będzie potrzebowała np. 3,4V. Przy czym ta pierwsza przy 4,3V będzie pracowała z 2x większym prądem, przez co może dość szybko odmówić posługi. Jeżeli do tego jeszcze będzie zasilacz siejący szpilkami, to np. po 4 miesiącach zauważysz, że diody lekko migają, a po kolejnych 6 miesiącach przestaną świecić i będziesz musiał je wymienić. Oczywiście, możesz je potraktować odpowiednio niskim prądem i wtedy będą działały bez problemów przez lata. Sam oceń co dla Ciebie będzie lepsze.

    0
  • #13 30 Lis 2014 22:21
    pawlik118
    Poziom 25  

    1) Jeśli chodzi o przełączanie, to zwykle tranzystory bipolarne są szybsze niż mosfety, zakładając że rezystory bazowe (bramkowe) mamy takie same - czas przełączania wynika choćby z pojemności wejściowych tranzystorów , które dla IRLML2502 (740pF) są większe niż ULN2803 (15pF). Sądzę że przy ULNach "stany przejściowe" będą krótsze niż przy mosfetach. W tej topologii PWM nie będzie osiągał MHzów, więc udział straty mocy wynikający z przełączania będzie znikomy w stosunku do strat wynikających z Uce*I (Uds*I).

    Autor nie podał sumarycznego bilansu prądów, jeśli całość ma pobierać nie więcej niż. np 300mA to ULN jak najbardziej się nadaje. Kanały ULN2803 można też łączyć równolegle.

    2) Nie upieram się, jednak jak dla mnie ULN2803 jest najprostszym w implementacji rozwiązaniem, posiadającym oczywiste ograniczenia. Proponując go jego główną zaletą dla mnie było to że nie wymaga żadnych elementów dodatkowych i w bardzo prosty sposób można podłączyć go do uC, no i kosztuje grosze i jest łatwo dostępny.

    pozdrowienia

    0
  • #14 01 Gru 2014 10:36
    SylwekK
    Poziom 29  

    Taki mały mosfet bez specjalnego drivera bez problemu będzie się przełączał i przy 10kHz bezpośrednio z procka, a tu częstotliwość PWM będzie o wiele niższa. Po co komplikować sobie życie. W takim układzie tylko mosfety...

    1
  • #15 01 Gru 2014 21:59
    pawlik118
    Poziom 25  

    Oczywiście, pojemności wejściowe tych mosfetów są znikome więc jak najbardziej się zgadzam. pozdrowienia

    0
  Szukaj w 5mln produktów