Грамотная схема ШИМ-управления соленоидом, помогите сделать Опции

[reget]

Необходимо грамотно сделать ШИМ-управление соленоидом 24В@2А от микроконтроллера AVR. Частота будет подбираться экспериментально по месту, предположительно будет в районе 10-50 Гц.
Я прочитал много разной информации по этой теме, но местами она оказалась довольно противоречивая.

Готов взять на основу подобный вариант http://www.arduino.cc/playground/Learning/SolenoidTutorial , хочется услышать мнение грамотных в этом вопросе людей, подойдет ли подобная схема для ШИМ-управления соленоидом на таких частотах? Может быть стоит что-то добавить/изменить для повышения отказоустойчивости схемы?

P.S. Пробовал ШИМовать микроконтроллером на частотах 10-50 Гц обычное 5В реле, через полевик без оптоизоляции, на некоторой частоте и скважности МК стабильно перезагружался/зависал.

Сообщение отредактировал reget - Nov 14 2012, 09:38

[_Pasha]

P.S. Пробовал ШИМовать микроконтроллером на частотах 10-50 Гц обычное 5В реле, через полевик без оптоизоляции, на некоторой частоте и скважности МК стабильно перезагружался/зависал.

Походу Вы оказались там, где топология смешивается в остальными сущностями. Разделите их. Хотя бы -проводом напрямую от эмиттера/истокка транзистора к минусу MCU

[bookd]

Все что нужно сделать это отделить микроконтроллер от реле по питанию через LC фильтр. L какой нибудь ferrite bead BLM на 1kohm и ток 200ma BLM15AG102SN1 и конденсаторы на 10uF параллельно 0.1uF. Никакое реле после этого микроконтроллер с толку не собъет.

[reget]

Основная цель - все-таки ШИМовать соленоид, который намного мощнее моего испытательного реле. Реле я привел в качестве примера неправильной реализации.

[alexvu]

Схема там хорошая, с защитными диодами и оптроном.
Единственное, что полевик (смотря какой у Вас) может медленно открываться из-за резистора.
Если будут из-за этого неприятности (нагрев), то придется делать простейший драйвер на транзисторе с ОК и диоде.
Но вообще-то, при грамотном подходе к разводке питания и земли, фильтрах и т.д. достаточно было бы одного составного биполярника, без оптрона.

[Tanya]

. достаточно было бы одного составного биполярника, без оптрона.

Или вместо оптронного транзистора - обычный. Внеоптронный. Оптрон... для совсем уж раздельного питания. И "земель".

[reget]

Значит поставлю просто полевик + защитный диод на соленоид, ибо земли все-равно получаются общие у МК и соленоида.
Расскажите, пожалуйста, подробнее про необходимые в этом случае фильтры по питанию. Такие, чтоб можно было собрать из доступных компонентов

[Tanya]

Значит поставлю просто полевик + защитный диод на соленоид, ибо земли все-равно получаются общие у МК и соленоида.
Расскажите, пожалуйста, подробнее про необходимые в этом случае фильтры по питанию. Такие, чтоб можно было собрать из доступных компонентов

Лучше так не делайте. Думаю, что у Вас питание микроконтроллера делается из питания соленоида.
При включении... может сработать. Не знаю, что там у Вас он делает...
Правильнее на мой взгляд - добавить еще транзисторов. А какой ток и напряжение у соленоида?

[reget]

Лучше так не делайте. Думаю, что у Вас питание микроконтроллера делается из питания соленоида.
При включении... может сработать. Не знаю, что там у Вас он делает...
Правильнее на мой взгляд - добавить еще транзисторов. А какой ток и напряжение у соленоида?

Да, питание контроллера от того же источника, что и питание соленоида. Почему может сработать? Мы ведь затвор полевика резистором подтянем на землю и он будет закрыт до внятной подачи управляющего напряжения с ноги контроллера?

Соленоид на 24 вольта, ток 2 ампера

[Tanya]

Да, питание контроллера от того же источника, что и питание соленоида. Почему может сработать? Мы ведь затвор полевика резистором подтянем на землю и он будет закрыт до внятной подачи управляющего напряжения с ноги контроллера?

Лучше... какой-нибудь супербета транзистор. Или сделать из двух. Вы контроллером не сможете быстро открывать полевик. Так мне кажется. Вы собираетесь ШИМ устраивать. А зачем?

[reget]

Лучше... какой-нибудь супербета транзистор. Или сделать из двух. Вы контроллером не сможете быстро открывать полевик. Так мне кажется. Вы собираетесь ШИМ устраивать. А зачем?

Так мне супер-быстро и не надо, 50 герц всего. По даташиту, например, на BUZ11 задержка в районе 200 наносекунд.
Клапан гидравлический, в штатном режиме работы нужно ШИМовать для регулировки протока. Но сути вопроса это не меняет

Сообщение отредактировал reget - Nov 15 2012, 11:51

[alexvu]

Задержка будет из-за заряда большой емкости затвора малым током выхода МК.
Но часто это не вызывает проблем. Не забудьте тогда послед. резистор в цепь затвора для развязки от помех.
Также разводка земли на плате должна быть правильной. Для фильтра достаточно RC цепочки (емкость не меньше 100мкф)
перед стабилизатором 5В.
Надеюсь, Вы выберете полевик, кот. будет надежно открываться от 5В.

[Tanya]

Так мне супер-быстро и не надо, 50 герц всего. По даташиту, например, на BUZ11 задержка в районе 200 наносекунд.
Клапан гидравлический, в штатном режиме работы нужно ШИМовать для регулировки протока. Но сути вопроса это не меняет

Так Вы полагаете, что так можно клапан приоткрывать?
Я бы тогда уж сделала обратную связь по току соленоида. Посмотрите как сделаны драйверы для шаговых двигателей...
Обычно производители таких драйверов делают и драйверы для соленоидов. Или Вас цена волнует очень?

[xemul]

Лучше... какой-нибудь супербета транзистор. Или сделать из двух. Вы контроллером не сможете быстро открывать полевик.

Да вроде бы сейчас есть логических мосфетов на пару-тройку-пяток А с весьма скромным total gate charge.

[reget]

Так Вы полагаете, что так можно клапан приоткрывать?
Я бы тогда уж сделала обратную связь по току соленоида. Посмотрите как сделаны драйверы для шаговых двигателей...
Обычно производители таких драйверов делают и драйверы для соленоидов. Или Вас цена волнует очень?

Не полагаю, а совершенно в этом уверен. Это следует из описания самого гидравлического устройства + проверено на практике. Осталось грамотно собрать устройство.
Цена не волнует, волнует наличие подобных драйверов в магазинах + мои способности вписать этот драйвер в устройство Поэтому и ищу максимально простое и в то же время надежное решение

Задержка будет из-за заряда большой емкости затвора малым током выхода МК.
Но часто это не вызывает проблем. Не забудьте тогда послед. резистор в цепь затвора для развязки от помех.
Также разводка земли на плате должна быть правильной. Для фильтра достаточно RC цепочки (емкость не меньше 100мкф)
перед стабилизатором 5В.
Надеюсь, Вы выберете полевик, кот. будет надежно открываться от 5В.

Имеются BUZ11, по даташиту на 5 вольтах тока должно быть достаточно, ибо нужно всего 2 ампера. Как думаете, пойдет?
Резистор в затвор какого номинала лучше поставить? 300 ом? 1 кОм?

[xemul]

Не полагаю, а совершенно в этом уверен. Это следует из описания самого гидравлического устройства + проверено на практике. Осталось грамотно собрать устройство.

Осталось уточнить давление на клапане, жёсткость возвратной пружины, ну и индуктивность и сопротивление обмотки соленоида.
По этим данным можно будет прикинуть потребную частоту ШИМа.
Про ОС (локальную по току, общую по расходу или ещё абы какую) тоже можно подумать.

Имеются BUZ11, по даташиту на 5 вольтах тока должно быть достаточно, ибо нужно всего 2 ампера. Как думаете, пойдет?
Резистор в затвор какого номинала лучше поставить? 300 ом? 1 кОм?

Пойдёт. Но придётся поискать контроллер, выход которого раскачает этого динозавра.
А резистор лучше красненький, т.к. его номинал пока абсолютно фиолетов.

[alexvu]

Не надейтесь, что BUZ11 будет хорошо работать от 5В. Скорее всего, будет сильно греться.

[Tanya]

Про ОС (локальную по току, общую по расходу или ещё абы какую) тоже можно подумать.

Тут и думать нечего... В простейшем случае.
Резистор (шунт) в эмиттер - RC-цепочка (можно и без нее) - вход компаратора на контроллере (или АЦП).
По прерыванию от компаратора ключ закрывается на некоторое (нужно подобрать) время. Потом ключ включается.
Прерывание блокируется на короткое время. С RC- цепочкой не нужно.

Не надейтесь, что BUZ11 будет хорошо работать от 5В. Скорее всего, будет сильно греться.

Биполярный (одинокий) будет даже меньше греться. Там точно будет меньше ватта. При полностью открытом клапане - максимальная мощность.

[xemul]

Тут и думать нечего... В простейшем случае.

Про случай ТС нам плохо объяснил, но вроде бы его расход интересует. Если давлением или изменением жёсткости пружины не получится пренебречь, ОС по току будет маловато.

[Tanya]

Про случай ТС нам плохо объяснил, но вроде бы его расход интересует. Если давлением или изменением жёсткости пружины не получится пренебречь, ОС по току будет маловато.

Скорее всего жесткость пружины на порядок (ки) более значимая величина, чем давление.
Но если имеется датчик потока, то он должен управлять током. Шим (простой такой...) хуже по причине нагрева катушки.

[xemul]

Скорее всего жесткость пружины на порядок (ки) более значимая величина, чем давление.

А вдруг у ТС на входе клапана бочка на стопицот кубов и высотой в километр? Ну какой смысл гадать, что у него есть (кроме клапана и BUZ11), и что именно ему нужно?
Надеюсь, ТС уже догадался, что если задача - управлять расходом, то её решение чуть сложнее выбора транзистора и резистора, и ему придётся немного почитать и посчитать.

[Tanya]

А вдруг у ТС на входе клапана бочка на стопицот кубов и высотой в километр? Ну какой смысл гадать, что у него есть (кроме клапана и BUZ11), и что именно ему нужно?

Соленоид с таким маленьким током (или мощностью) не подойдет для управления клапаном для наполнения большой бочки.
Я так думаю. Стопитцот процентов.

[reget]

Система, которая дальше соленоида, достаточно сложная гидравлическая техника и вряд ли кто-либо с форума сможет в ней разобраться, не имея специального образования и опыта в довольно специфичной области. Поэтому эта система не входит в условия задачи Условия задачи начинаются с включения-выключения соленоида на 24 вольта, 2 ампера с частотой 10-50 раз в секунду. При выполнении этих условий, все работает ровно так, как нужно.
Простое включение-выключение, ШИМ нужной частоты с регулировкой скважности, без каких-либо обратных связей. Этого достаточно.

Теперь я еще больше запутался. Обратные связи, драйвера, транзисторы, оптроны... Судя по вышеописанным советам, полевик на 5 вольтах откроется не полностью и на нужных токах будет нагреваться. Можно взять обычный транзистор с достаточным КУ и подобрать ток на базе так, чтобы мега не обиделась и чтобы хватило соленоиду? Оптроны исключаем совсем + ставим по входу 5в стабилизатора RC-фильтр. Все правильно, или все-таки не пойдет так? Может есть такой загадочный полевик (конкретно какой?), как писали выше, который от логического уровня откроется достаточно, чтобы не греться и питать наш соленоид?

[xemul]

имхо, полевик на 10..50 Гц таки будет удобнее. Резистор в затвор любого цвета 100..1000 Ом.
Для подбора транзистора (и не только) удобно пользоваться параметрическим поиском у производителей или поставщиков.
Влезаете в поиск и задаёте фильтры, н-р: (single) n-MOSFET, Ug = 1.5..2.5 V (или ..4.5 V при питании контроллера 5 В), Uds = 30..50 V, Id = 2.5..5 A.
Т.к. Вы предполагаете управлять транзистором непосредственно с выхода контроллера, из доступных выбираете с минимальным Qg (полный заряд переключения; для указанных фильтров диапазон по Qg ~ 1..12 нКл) и в корпусе, с пайкой которого Вы справитесь.

[dinam]

Делал подобное на транзисторной сборке FDS6961A. Затворами управлял от MC74HC14AD, запитав от 5В. Каждый затвор управлялся двумя выходами микросхемы с резисторами по 100 Ом. Ради интереса пробовал ШИМить коллекторным движком на пару ампер с частотой с десяток килогерц, сбоев не было. На что обратить внимание.
1 Понятно что в таких простейших схемах не нужно никакой опторазвязки, если её делать только ради избавления от помех и сбоев. Надо просто грамотно развести землю на печатной плате.
2 Использовать быстродействующие диоды. Диоды Шоттки недорогие на такие токи и напряжения.
3 На микросхеме, выполняющей функцию драйвера полевика не должно быть провалов по напряжению питания в момент включения/выключения полевика.
4 На линии 24В, не должно быть серьёзных всплесков напряжения в момент выключения полевика, точнее на стоке полевика
Если не уверены что у вас получилось всё правильно, проверьте осциллографом непосредственно на ножках питания микросхемы и полевика.

[reget]

Сделал все-таки на полевике с логическим уровнем - IRL3705N, в затвор резистор 100 Ом.
Для защиты на соленоид поставил диод Шоттки. Работает без проблем, скачков/всплесков в процессе работы осциллографом не увидел.

Поставил на полевики небольшие радиаторы 2х2 см, видимо зря, в процессе работы температура выше окружающей среды не поднимается.