Arduino controlando un semáforo separado

75W @ 12V es 6.25A por lámpara. Tendremos que usar algún tipo de interruptor en serie con la lámpara para controlar el encendido/apagado.

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Parece haber cierta confusión sobre los voltajes involucrados. No es porque el voltaje de salida del Arduino sea de 5V que este también será el voltaje de la lámpara. Mis tres soluciones permiten que un voltaje más bajo cambie a uno más alto. Por lo tanto, su Arduino es perfectamente capaz de controlar 12 V o incluso 230 V CA, pero luego necesita un relé .

relé
Esto tendría una ventaja que las siguientes soluciones no tienen: puede conmutar tanto CA como CC. No dices en tu pregunta cuál es el 12V. Los relés tienen otra ventaja: tienen una resistencia de encendido baja y, por lo tanto, disipan poca energía.
También tienen desventajas. Especialmente cambiar las bombillas incandescentes es complicado: la alta corriente de entrada debido al filamento frío podría soldar los contactos. Y debido a que son dispositivos mecánicos, tienen una vida útil limitada, para los relés de potencia, a menudo entre 10 000 y 50 000 ciclos.
Si su 12V es CC, puede usar ese voltaje para alimentar el relé, si es CA, probablemente tendrá que usar un relé de 5V, según lo que tenga disponible. Más sobre el control del relé más adelante.
este relétiene una potencia de 16 A y una corriente de entrada de 80 A.

BJT (Transistor de unión bipolar)
Un transistor amplifica una pequeña corriente de entrada a una gran corriente de salida. La relación entre los dos se conoce como el transistor.$H_{FE}$. Para transistores de potencia$H_{FE}$no es muy alto, generalmente alrededor de 30, por lo que para obtener 6 A para su lámpara, debe ingresar 200 mA. Su microcontrolador no puede suministrar eso. La solución es usar otro transistor para amplificar los pocos mA del microcontrolador a los 200 mA. La cascada de transistores se llama Darlington, y debido a que su amplificación es el producto de ambos transistores$H_{FE}$El combinado$H_{FE}$puede ser alto, a veces superior a 1000. Una corriente de lámpara de 6 A se puede cambiar con solo 10 mA de corriente base, que la mayoría de los microcontroladores pueden suministrar fácilmente.

Un Darlington tiene una gran desventaja: tiene una caída de voltaje bastante grande, conocida como$V_{CE(SAT)}$cuando está encendido. Menos de 1.5V es raro. Eso significa que a 6A disipará 10W, y eso no es lo que queremos en absoluto.

Mientras estamos en el transistor, también necesitaremos uno para controlar el relé. No solo porque el microcontrolador probablemente no pueda suministrarle la corriente requerida, sino también porque su salida no puede soportar el suministro de 12V que vería cuando está apagado. El esquema muestra un transistor que controla un relé, reemplace el relé por una lámpara para su semáforo.
El relé no requiere tanta corriente como las lámparas y no necesitaremos un Darlington aquí. El relé al que me referí necesita solo 35 mA en la versión de 12 V, si usa un BC817 necesitará menos de 1 mA para encender el relé. Usa un 2k2$\Omega$para$R_B$,$R$no es necesario
Lo que se necesita es el diodo sobre el relé. Un relé es inductivo, y cuando apaga las cargas inductivas, pueden causar un voltaje muy alto sobre el transistor, lo que puede dañarlo (léase: destruirlo). El diodo desvía el alto voltaje a la fuente de alimentación para que no pueda causar ningún daño. El tipo no es muy crítico, pero a menudo se elige un diodo Schottky porque es rápido y la baja caída de voltaje limita la disipación. Un BAT54 funcionará bien.

MOSFET
El esquema del MOSFET se parece mucho al del transistor:

Un BJT está controlado por corriente, pero un MOSFET está controlado por voltaje. Para un BJT, es la corriente de entrada la que define la corriente de salida, recuerde el factor de amplificación$H_{FE}$. Un MOSFET se puede controlar aplicando un voltaje a la puerta, habrá casi cero corriente. Un MOSFET de nivel lógico puede ser conmutado directamente por un microcontrolador. Tendremos que encontrar uno que pueda manejar la gran corriente. Este se ve bien. Manejará decenas de amperios a un voltaje de compuerta de 5V y tendrá un$R_{DS(ON)}$de solo 10m$\Omega$. El$R_{DS(ON)}$es para el MOSFET lo que$V_{CE(SAT)}$es para el transistor: determina la disipación de potencia del dispositivo. (6.25A)$^2$ $\times$10m$\Omega$es solo 400mW. Compare con los 10 W del transistor y sabrá por qué se prefieren los MOSFET para cambiar corrientes altas.

El esquema muestra dos resistencias,$R_{IN}$y$R_{GS}$. la función de$R_{IN}$es limitar la corriente para cargar/descargar la capacitancia de la puerta al cambiar. Es un pico de corriente muy corto, ni siquiera alto, pero a muchos circuitos integrados lógicos no les gusta. Puedes usar 1k$\Omega$a 10k$\Omega$por esto, el valor no es muy crítico en su aplicación.$R_{GS}$tira de la puerta a tierra si no hay$V_{IN}$conexión. Las puertas MOSFET no deben permanecer flotando. Un 1M$\Omega$la resistencia está bien aquí.

Para cada bombilla, puedes usar un circuito como este:

D1 = MBRF1035CT . Puedes comprarlo aquí . Solo lo necesita si tiene cables largos entre la bombilla y el MOSFET. El diodo siempre debe estar lo más cerca posible del MOSFET y del suministro de +12 V. Lo mejor es colocar todo (Arduino y MOSFET) cerca de la caja del semáforo.

T1 = IRLU8726PBF . Puedes comprarlo aquí . Con este dispositivo y su 6.25 A, no necesita ningún disipador de calor.

Ambas opciones tienen una buena relación especificaciones/precio.

"GPIO OUT" = Cualquier entrada/salida de propósito general (digital) configurada como salida de tótem (sin drenaje abierto). No necesita ninguna resistencia en la puerta del MOSFET.

Y, por supuesto, programe su Arduino para que pueda controlar cada una de esas tres salidas digitales como desee.