Alimentación de microcontroladores y actuadores lineales (motores) con la misma fuente de alimentación

Ya he hecho un diagrama usando un controlador de motor.

Los detalles de los actuadores son:

  • Voltaje de entrada: 12 VCC
  • Carga máxima: 750 N (168,607 libras)
  • Longitud de carrera: 16 pulgadas
  • Velocidad de viaje: 12 mm/s
  • Ciclo de trabajo: 25%.

¿Podrías comprobar si está bien?

Algunas de mis preocupaciones son:

  • Asegúrese de que la alimentación de 12 voltios para los motores y 5 voltios para Arduino sean correctas y puedan vivir juntas como se muestra.

  • Asegúrese de que el cableado del Arduino, el controlador y los motores sea correcto, ya que parece bastante simple.

Diagrama1ingrese la descripción de la imagen aquí

Quiero saber si este es el enfoque natural al hacerlo con un regulador de voltaje para alimentar el Arduino y con una fuente de alimentación de 12V 10A para alimentar los motores, o si hay otras opciones mejores para hacer que el circuito alimente solo usando una fuente de alimentación (12V, 10A).

Enlace de la hoja de datos de MDD10: https://www.robotshop.com/media/files/content/c/cyt/pdf/cytron-10a-7-30v-dual-channel-dc-motor-driver-shield-datasheet.pdf

ACTUALIZAR

Aumenté la fuente de alimentación a 13A, también cambié el regulador de voltaje lineal (7805) a un regulador de voltaje de conmutación (OKI-78SR-5), ¿qué opina sobre este enfoque?

diagrama2ingrese la descripción de la imagen aquí

¿O debería probar con el Vin de 12 V CC de Arduino (entiendo que funciona con un regulador de voltaje lineal)? Siendo esta la opción, podría ser tal vez con una etapa de pre-regulación de voltaje (de 12V a 9V por ejemplo) o tal vez conectándose directamente al jack.

Diagram3 ingrese la descripción de la imagen aquíGracias, Saludos cordiales.

Estoy agregando un cuarto diagrama..

diagrama4ingrese la descripción de la imagen aquí

El color naranja se usa para representar un cable pesado que va desde la fuente de alimentación de 12v hasta la tierra del controlador del motor, desde la tierra del controlador del motor va un cable normal a la tierra de arduino, y desde la tierra de arduino un cable normal a C2 luego a tierra del regulador de voltaje luego a C1.

Esto es para evitar el ruido causado por el controlador del motor al arduino y al regulador de voltaje.

Necesita condensadores en el regulador. Consulte la hoja de datos. ¿Y el MDD10?
@LeonHeller, MDD10 es el número de pieza del controlador del motor. He editado (eliminado) esa parte para evitar confusiones y centrarme en la alimentación del circuito, gracias.
Un Arduino UNO tiene su propio regulador mejor que su intento, no debe regular externamente a 5v y alimentarlo en lo que pretende ser una salida de alimentación , sino alimentar el pin Vin. Sin embargo, si desea distribuir la carga térmica, tal vez podría regular externamente a 8v o 9v.
En cuanto a su pregunta, aparte de eso, podría funcionar, pero nadie puede decir realmente dados los pocos detalles que se proporcionan. Las preguntas de revisión de diseño, especialmente aquellas que no resaltan una preocupación específica y no proporcionan la documentación de respaldo, no se recomiendan aquí.
sus necesidades de baja corriente deben conectarse directamente a la batería; compartir cualquier cableado (a aproximadamente 1uH/metro) con las altas demandas de motores puntiagudos ----- es una muy mala idea. ¿Por qué? V = L * dI/dT, y 1uH * 1amp/uS = 1 voltio de alta velocidad que los reguladores lineales no pueden eliminar; solo los filtros LC o RC pueden hacer esa eliminación.
@ChrisStratton, ¿entonces puedo conectar directamente la fuente de alimentación de 12 V 10 A al conector de alimentación de CC de arduino (7 - 12 V)? ¿De esta manera puedo usar la fuente de alimentación de 12V para el arduino y para los motores?
@analogsystemsrf, gracias, lo comprobaré.
@punkcode: ese filtro en particular está realmente destinado a un propósito diferente, y no se encuentra comúnmente en proyectos como el que está intentando. La persona que te lo señaló tiene una larga tendencia a publicar cosas que no están exactamente mal, pero que no son muy relevantes y están llenas de complejidades que las hacen parecer sofisticadas mientras ocultan su irrelevancia. Dicho esto, sin detalles de sus actuadores, nadie puede darle un consejo sólido. La tendencia de las preguntas poco especificadas a generar respuestas irrelevantes es una parte importante de por qué no se permiten preguntas poco claras aquí.
Los detalles del actuador son: Voltaje de entrada: 12 V CC, Carga máxima: 750 N (168,607 lb), Longitud de carrera: 16 pulgadas, Velocidad de desplazamiento: 12 mm/s, Ciclo de trabajo: 25 %. Agregaré esta información a la publicación. Gracias

Respuestas (2)

Le sugiero que use un regulador lineal de 9V como un 'pre-regulador' para alimentar el Arduino a través del pin Vin o el conector de entrada de CC. De esa manera, cualquier ruido en el suministro de 12 V debe pasar por dos etapas de regulación antes de que pueda afectar al Arduino.

El conector de entrada de CC de Arduino Uno tiene un diodo en serie para protección contra voltaje inverso. Esto tiene la ventaja de que la entrada de energía puede caer momentáneamente a cero sin descargar el capacitor de entrada. La misma técnica se puede utilizar en el prerregulador. El circuito se vería así: -

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

La tierra del regulador de voltaje debe conectarse directamente a la tierra de Arduino, luego a la tierra del controlador del motor, con otro cable pesado que va desde la fuente de alimentación a la tierra del controlador del motor. Esto evita que la corriente del motor fluya a través del cable de tierra entre el regulador, Arduino y el controlador, lo que podría causar fallas o algo peor.

Hola @Bruce, entendí que es lo mismo o incluso mejor conectarlo directamente al jack de 12v de arduino que usar el prerregulador hecho a mano que se muestra en el diagrama. Entonces, ¿podría ser mi opción usar el conector de 12V del arduino directamente a la fuente de alimentación de 12V/10A?
Sí, podrías hacer eso.
Hola @Bruce Abbot. Actualicé mi pregunta porque cambié el esquema al agregar un regulador de conmutación, en lugar del regulador lineal. También agregué la opción que mencionas de regular previamente a 9v y conectarme a arduino Vin. Podrías por favor revisarlo, decirme si es correcto y que opción crees que es mejor, Gracias
El circuito inferior se ve mejor. El uso de un prerregulador (lineal o de conmutación) en serie con el regulador integrado de Arduino brinda una mejor protección contra picos y caídas en la fuente de alimentación. Además, el voltaje se divide entre los reguladores para que funcionen más fríos (importante si está extrayendo una corriente significativa del Arduino).
gracias bruce No estoy un poco claro acerca de esta parte "La tierra del regulador de voltaje debe conectarse directamente a la tierra de Arduino, luego a la tierra del controlador del motor, con otro cable pesado que va desde la fuente de alimentación a la tierra del controlador del motor". ¿El cableado en mi diagrama de circuito inferior es diferente de eso? Salud.
Un diagrama de circuito generalmente solo muestra las conexiones, no el cableado físico. En la práctica, la forma en que se enruta el cableado de un componente a otro puede marcar la diferencia, debido a la resistencia y la inductancia de los cables. La corriente del motor causará una caída de voltaje a lo largo de los cables por los que viaja. No desea que aparezca ese voltaje entre, por ejemplo. la tierra del regulador y la tierra de Arduino, ya que inyectaría ruido en el Arduino. También desea que los cables que transportan la corriente del motor tengan un gran diámetro para mantener baja la caída de voltaje. Otros cables pueden ser más delgados si transportan menos corriente.
Buen día Bruce, excelente! Entiendo que las conexiones del diagrama están bien? Sin embargo, en físico debemos asegurarnos de la forma de conectarlos y el tipo de cableado ya que esto juega su papel. aun asi no me queda claro la conexion fisica que me indicas, creo que mi duda es cuando mencionas que de la tierra del arduino debe ir a la tierra del motor driver, pero a la vez usted menciona que un cable pesado irá desde la tierra de la fuente de alimentación hasta la tierra del controlador del motor (siento que el cableado está duplicado). Salud,
Comenzando desde la fuente de alimentación: cable pesado a tierra del controlador del motor, luego cable más ligero a Arduino, regulador y condensadores. El punto de conexión a tierra 'común' está en el controlador del motor. Para indicar este diseño en el esquema, coloque la batería en el lado derecho y haga que las líneas de los cables de la batería sean más gruesas.
Hola Bruce, actualicé la publicación y agregué un Diagram4. Traté de representar la conexión física. Desde la fuente de alimentación de 12 V, un cable pesado a la tierra del controlador del motor, luego un cable normal a la tierra de arduino, desde la tierra de arduino un cable normal a C2, desde C2 un cable normal a tierra del regulador, y desde la tierra del regulador un cable normal a C1 . ¿Parece correcto? Gracias ! Buen día.
¡Si eso es!
Gracias :) ¿Debería usar también un cable grueso que comience desde el positivo de la fuente de alimentación (+12 V) hasta el positivo del controlador del motor (VB+)?
Se recomienda, para reducir la pérdida de voltaje y evitar que el cableado se caliente demasiado. Yo usaría el mismo diámetro de alambre tanto en los cables positivos como en los negativos.
Hola Bruce, estaba revisando la hoja de datos de Motor's Driver Shield para Arduino y me encontré con lo siguiente: "SHIELD-MDD10 tiene un regulador reductor de 5 V incorporado para alimentar el Arduino de forma predeterminada. Si desea alimentar el Arduino desde el otro fuente, corte la pista para desconectar el regulador del pin Arduino 5V ". Ante esto, interpreto que puedo alimentar el arduino directamente desde el controlador, y ya no necesito el circuito externo que había estado diseñando para alimentar el arduino Vin. ¿Qué opinas?, Saludos cordiales.
Sí, puedes alimentar el Arduino desde ese escudo. ¡Si lo hubiéramos sabido!

Cada vez que esté tratando con convertidores de punto de carga, siempre comience desde la carga que estará alimentando. Una vez que comprenda su carga y sus requisitos, puede comenzar a trabajar de regreso. Los requisitos de carga pueden incluir la ondulación de voltaje máximo, la banda de tolerancia máxima, etc. Aquí se deben considerar más, pero para el uso de pasatiempos, esto es suficiente para comenzar con un buen diseño de POL.

Veamos nuestros requisitos

  • Uno max current = 20mA @ Maximum Clock Frequency (¡siempre incorpore algún amortiguador si puede! ATMEGA_Datasheet
  • Voltaje de suministro de 5 V (basado en la hoja de datos)
  • Suministro de VCC filtrado de paso bajo para AVCC (esto implica que se solicita un voltaje de ondulación más bajo para esto)

Muy bien, ahora que entendemos nuestros requisitos, podemos trabajar hacia atrás.

PRIMERO recuerda:

Regulador de revestimiento (LDO)

Ventajas:

Ondulación simple, confiable y baja

Contras:

Ineficiente, puede calentarse (Vin-Vout) * Corriente de carga = Potencia (este número aumenta rápidamente

Conmutador

Ventajas:

Respuesta transitoria de carga mucho mejor y eficiente

Contras:

Puede complicarse, mayor cantidad de piezas

Muy bien, ahora que se entiende, veamos su sistema.

El 12V -> Conmutador (5V) ->Uno

  1. Desea suavizar la salida de ese convertidor, por lo que deberá agregar algo de capacitancia tanto en la entrada como en la salida. ¿Cuánto cuesta? Mira Aquí Yo personalmente recomiendo Cerámica. ¡No te desanimes por las matemáticas! Simplemente trabaje a su manera a través de él. Puedes hacerlo. La nota de TI APP hace un gran trabajo al guiarlo a través de todo.
  2. Ahora, si está alimentando una tarjeta Uno Dev, recomendaría regularla hasta 9V. Esto está haciendo eco del punto de todos los demás para usar lo que ya se le proporcionó. ¡No hay necesidad de hacer más trabajo del necesario! SI está alimentando un chip ATMEGA directamente, los 5V deberían estar bien. Solo asegúrate de ver tu ondulación de voltaje.
  3. Con respecto al regulador lineal Este enfoque sería, de hecho, "el más limpio/fácil", ¡PERO no olvidemos cómo funcionan los lineales! (12V-5V) 0.02A = 140mW. (Gracias Chris)* A continuación, hagamos que suba la temperatura. 140mW * 65 C/W = Aumento de temperatura de 9,1 grados, en este caso no es horrible, pero como puede ver, si su corriente aumenta, puede calentarse mucho muy rápido. Tenga en cuenta que 65C/W es la unión al ambiente de ese LDO

Por último, los motores son EXTREMADAMENTE ruidosos. Personalmente, sería reacio a conectar los motores a la misma tierra que su Arduino. Colocaría una perla de Ferite o al menos una resistencia entre Arduino Ground y las tierras del motor. Especialmente si el chip de accionamiento del motor y el Uno comparten la misma PCB. La respuesta de Bruce también menciona esto.

"Personalmente, sería reacio a conectar los motores a la misma tierra que su Arduino". Estoy viendo esa parte, entonces mi último diagrama (diagrama 3) no está bien conectado. ¿Qué necesito modificar?
Bueno, lo siento, @punkcode, no pude financiar el esquema completo del MDD10, sin embargo, menciono esto como una preocupación debido a las pautas generales de diseño. Cada vez que diseño una PCB con una fuente de alimentación que va a un IC y un motor, siempre trato de aislar la "tierra ruidosa del motor" de la tierra analógica. Recomendaría para esta configuración que al menos coloque una resistencia de 1 ohm o una perla de ferrita entre la tierra del IC y la tierra del bus si está en una PCB. Si no es así, le recomiendo que siga los consejos de Bruce Abbots.
Alimentación de microcontroladores y actuadores lineales (motores) con la misma fuente de alimentación
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