Configuración MOSFET de canal P o canal N para corte de circuito de seguridad

Estoy trabajando en un proyecto de pasatiempo y compré algunos actuadores lineales baratos con motores. Debido a la terrible velocidad/par del motor, los cambié. Ahora tengo que implementar una función de seguridad para cortar la alimentación del motor cada vez que se activa un interruptor de límite en el dispositivo. (Rompe el dispositivo si va demasiado lejos).

A continuación se muestra la configuración del proyecto, pero esto es lo que creo que debo hacer. Necesito un MOSFET de potencia de canal N para controlar un MOSFET de canal P. El primero puede ser este y controlará una corriente de 12v de la fuente de alimentación para activar un segundo MOSFE T. Este segundo es el que cortará la energía del motor cada vez que se aplique un voltaje. Creo que necesito usar dos porque la diferencia de voltaje entre el arduino y la fuente de alimentación de 12vdc es demasiado para activar el MOSFET de canal P por sí solo lo suficientemente rápido.

¿Qué tan mal estoy? Soy un aficionado, pero estoy tratando de diseñarlo justo antes de construirlo.

Configuración del proyecto

  • placa arduino
  • Motor con escobillas de 12 V CC que normalmente tira de 15 a 20 amperios.
  • Relé H-Bridge de Arduino a motor, para control, pero no para cierre de seguridad. http://www.vexrobotics.com/217-0220.html
  • fuente de alimentación de 12vcc
  • Actuador lineal con engranajes y dos interruptores de límite en cada extremo del engranaje. (Si cualquiera de los dos es golpeado, entonces rompe el circuito. Configuración en serie). Ejemplo de actuador que parece similar pero no lo es.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Para que quede claro: este es un apagado de seguridad y solo se usará para proteger el motor de la destrucción del actuador si hay un error en el programa que activa el dispositivo. Puedo cambiar la energía manualmente si se corta la energía debido a este nuevo circuito. Simplemente no puedo reconstruir el engranaje.

¿Sería útil un amplificador operacional para aumentar/disminuir el voltaje en lugar de una configuración de transistor de dos etapas?
Por favor, publique un esquema de su circuito propuesto. De lo contrario, no sabemos lo suficiente como para proporcionar una retroalimentación real.
Puedo, pero tendré que conseguir un programa para hacerlo. (Estoy en una Mac). Uso lápiz y papel, pero no creo que quieras una foto. :)
Un boceto a lápiz o un dibujo en una pizarra blanca estaría bien (al menos para empezar).
@schumacherj Puede agregar un esquema a su publicación a través del editor de esquemas incorporado. Además, Kicad, Eagle y LTSpice se ejecutan en una Mac (y son gratuitos) y se pueden usar para la captura de esquemas. Por supuesto, puede haber una pequeña curva de aprendizaje, ¡pero es una buena habilidad para tener!
Hice lo mejor que pude, pero lamento mucho lo feo que se ve. Además, el PWM en el Arduino controla el relé. Además, no pude encontrar un motor de CC, así que usé una bombilla. :(
Tal como está dibujado, su esquema no tiene sentido. No hay fuente de energía para el Aruino. No hay terreno común entre el Arduino y el circuito controlado. M2 está cableado en configuración de fuente-seguidor y M1 tiene su compuerta conectada permanentemente a la fuente de mayor potencial en el circuito para que nunca se encienda.
@ThePhoton, ¡Gracias por los comentarios constructivos! Eliminé todas mis tonterías para mostrar solo las limitaciones. Soy un desarrollador de aplicaciones que intenta ser mentor de algunos niños de HS con robótica. (Fuera de mi campo con estas cosas)

Respuestas (3)

Lo está haciendo de la manera difícil (incluso ignorando un montón de locuras y tonterías en su esquema, como cortocircuitar los rieles de alimentación a través de dos interruptores), porque es realmente molesto controlar un FET en serie con una carga (el motor) donde el el voltaje está por todas partes debido al puente H.

La respuesta correcta es dejar el motor directamente conectado al puente H y controlar las entradas del puente H usando los interruptores de límite.

¿Qué puente H estás usando? Su esquema de control (ENABLE+DIR? FWD/REV?) cambiará la forma en que lo conecte. No desea desactivar completamente el motor cuando se golpea un tope final, solo desea evitar que continúe en la misma dirección.

Dices "H Bridge Relay", así que lo dibujaré como un par de relés:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Con este esquema, el motor estará inactivo de manera predeterminada, funcionará en una dirección cuando se levante FWD y funcionará en la otra dirección cuando se levante REV (conecte estos cables a las salidas del microcontrolador). Si tira de ambos hacia arriba, se detendrá.

SW3 y SW4 son sus interruptores de límite. Cada uno, cuando está abierto, evita que el motor funcione en una dirección. Sin embargo, el motor aún puede funcionar en la otra dirección para permitir que se aleje de las paradas.

Si su puente es algo más (¿algunos FET controlados por algún silicio elegante?), el esquema de control será diferente, pero el deseo es el mismo: cada interruptor de límite evita que el motor funcione en una dirección particular.

Editar: Veo que ha publicado el número de modelo del puente H ahora. Es mecánico, por lo tanto, demasiado lento para PWM, pero también está cableado como lo dibujé anteriormente, con optoaisladores en lugar de los transistores que he mostrado.

Si sus interruptores de límite están conectados entre sí y solo tienen dos terminales presentes, entonces no puede saber qué interruptor se ha tocado, por lo que no puede crear fácilmente un sistema seguro en el hardware. Deberá realizar un seguimiento en el software de en qué dirección está funcionando el motor y monitorear el interruptor de límite en el software. El software sería responsable de deducir de la dirección del motor qué interruptor de límite se golpeó, y si sale mal (o el software falla), su motor se estrellará contra sus paradas bruscas.

Si sus interruptores de límite tienen una conexión común (3 pines), entonces es factible así:

esquemático

simular este circuito

El conjugado con transistores NPN también funcionaría, pero es menos obvio qué interruptor de límite afecta a qué extremo. De cualquier manera, deberá realizar algunas pruebas y experimentos para asegurarse de que las cosas vayan en la dirección que espera y se detengan en las direcciones correctas.

Gracias por la rápida respuesta. Estoy actualizando mi esquema para mostrar solo las restricciones. Es decir, hay un solo relé que tiene PWM para control. Además, los interruptores están naturalmente cerrados y en serie. Están integrados en el dispositivo y no puedo cambiarlos.
Si es un relé mecánico, no podrá usarlo para PWM. ¿Los interruptores tienen una conexión común disponible o solo hay dos terminales?
así que acabo de ver que actualizó el esquema con el número de modelo del relé; la hoja de datos indica que está cableado casi exactamente como lo dibujé arriba, donde FWD = blanco y REV = rojo; la única diferencia es que contiene optoaisladores.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Figura 1. Circuito de prueba con interruptor bipolar de 2 vías.

Usted menciona en un comentario que los interruptores de límite normalmente están cerrados y en serie. Esto es muy inusual porque una vez que se abre un interruptor, no sabrá cuál y no podrá hacer funcionar el motor para apagar el interruptor.

El circuito de la Figura 1 muestra una configuración más normal.

  • Con el interruptor en la posición que se muestra, la parte superior del motor está conectada a la batería + y el motor funcionará hacia la izquierda hasta que se presione LIMIT-L.
  • Cuando se activa el interruptor, la batería + se conecta a la parte inferior del motor y la corriente volverá a la batería desde la parte superior del motor a pesar de que LIMIT-L esté abierto en este momento . El motor ahora puede funcionar correctamente.

Le recomiendo que revise los interruptores de límite nuevamente y vea si puede configurar y comprender un circuito simple como este antes de pasar al control electrónico.

Sería muy útil una foto y un enlace a la hoja de datos del actuador. Además, tenga en cuenta que los interruptores deben retroceder un poco desde el final físico del recorrido para dejar espacio para que el motor desacelere hasta detenerse.

Pensé que era inusual también. No tengo la hoja de datos porque los actuadores son engañosos y no tienen una marca de identificación en ellos. Agregué un enlace a uno similar. Los interruptores están retrasados ​​desde los extremos dentro de la parte móvil. Alrededor de una pulgada total de espacio. No quiero controlar el motor, pero tengo un apagado de seguridad para evitar que el motor dañe la pieza si va más allá de una zona de operación segura.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Una caja es un puente H, RLY1 es un relé de encendido, Sw1,2 son interruptores de límite y un botón de anulación de seguridad se usa para encender manualmente y mover el motor hacia atrás en caso de que golpee el interruptor de límite. EDITAR: Se agregó el botón de inicio y parada para eliminar la falla, cuando los interruptores de límite están sobrecargados en el borde.