Arduino programmerbar konstant nuvarande Power motstånd konstlast (2 / 16 steg)

Steg 2: Hur det fungerar

Låt inte den intro bilden skrämma dig! Jag förklara det alla i detta steg.

Om du är ny till elektronik och elektrisk teori i allmänhet, guidar detta steg dig genom teorin bakom det, hur det fungerar och varför. Om du har gjort elektronik ett tag kan det vara värt att skumma över denna artikel bara för att friska upp minnet och se vilka principer som används.

De flesta elektriska teori faller tillbaka till bra gamla Ohms lag,

V = jag x R

V = spänning jag = nuvarande R = motstånd

Och denna konstlast är inte annorlunda, i själva verket, det finns bara en annan formel som används i hela detta projekt, och det är,

P = V x jag

P = effekt V = spänning jag = nuvarande

Det är det! ganska enkelt egentligen.

Det sätt som denna konstlast fungerar är att den använder en MOSFET (mer om MOSFETS på en minut) som en stor "variabel resistor" att kontrollera hur mycket ström är låt genom systemet. Genom fjärranalys en spänning och utfodring som tillbaka till MOSFET via en op-förstärkare (mer på op-förstärkare senare också) det vet hur mycket ström dess uthyrning och justerar sin inre motstånd därefter för att behålla den nuvarande det ska vara för att låta flöde. Om det låter lite förvirrande, hålla fast vid det och det kommer mer meningsfullt som går vi på.

Flödet av El nära kan jämföras med flödet av vatten, Tänk på spänningen som trycket från vattnet, ju högre tryck desto mer kan du göra med det, till exempel en hög tryck vatten renare, kommer att rengöra mycket mer smuts och förbrukar mycket mindre vatten än en trädgårdsslang som gör samma jobb. Tänk på nuvarande som flödet av vatten, desto mer vatten du har flyter ju snabbare du kan fylla badet. Tänk på motståndet som en knut i slangen, när du sätter en kink i slangen du behöver en mycket högre tryck (spänning) trycka samma mängd vatten (nuvarande) genom Knick. Tänk på makt som badkar, oavsett din vattenflödet (nuvarande) kommer det fortfarande ta samma mängd vatten (power) för att fylla badkaret, desto snabbare flöde (högre ström) desto snabbare fyller och vice versa. I våra konstlast är nyckelkomponenten Knick i slangen, MOSFET. Vi måste kontrollera det motståndet (kink) för att upprätthålla nuvarande (flöde) på våra inställt värde, oavsett ingående spänning (tryck).

Du kanske undrar vad en MOSFET är eller vad det används för. En MOSFET är som ett variabelt tryck, kan vi skicka en spänning till det, känd som en utfärda utegångsförbud för spänning, och detta ändrar hur bred öppna kranen är. Det finns två huvudtyper av MOSFETs, en N-typ och en P. Denna artikel gör ett mycket bra jobb med att förklara skillnaden mellan typer och vad de gör. Denna belastning använder en N-typ MOSFET för att styra aktuellt. I allmänhet har en MOSFET tre stift, gate, avlopp och källa. Avlopp och källan kan vara ändå av som slangen och Tor är som kranen ventilen. För en N-typ MOSFET konventionella strömflöde är från i avloppet till källan, jag vet det verkar lite förvirrande men det är på grund av faktiska elektroner flödet, vi kommer inte få in i det här, eftersom det kan förvirra dig! Kan bara överväga konventionella strömflödet för nu. Vid våra N typ MOSFET får ju högre gate spänningen bredare kranen är öppen, närmare 0 V ju närmare att knacka stängning.

Som ni kan nog förstå vi behöver justera det motståndet (kink) mycket snabbt så att vår nuvarande är lika stabil kan det vara. På grund av detta, vi kan inte lita på att mikroprocessorn känna nuvarande, beräkna vad nuvarande bör, beräkna vad motståndet bör vara att få det aktuella, konvertera att till en spänning MOSFET måste ställas in på det motståndet sedan skicka det till MOSFET. Sätt för lång! Alldeles för instabil! För att komma över denna fråga vi förbifartsleden den micro controller tillsammans och använda en op-förstärkare för att göra allt det hårda arbetet!

Innan vi kommer in på op-förstärkare måste vi täcka en ytterligare aspekt av kretsen och det är dessa 10 motstånd bredvid varandra R1 - R10. De är 10 x 1 ohms motstånd i parallell, parallellt motstånd kan vara lite förvirrande att beräkna det totala motståndet i det avsnittet, men med tanke på de alla samma värde vi kan fuska lite, vi kan dela upp värdet av 1 motstånd av hur många finns det, i det här fallet är det 1 delat med 10 eller 0.1 ohm , Om du var för att sätta en multimeter hela de motstånd det lyder 0.1 ohm, detta kallas känsla motståndet. Därför 10? Varför inte bara 1 0.1 ohms motstånd? Väl av tre skäl.

1. Noggrannhet
2. Effektförlusten
3. Kostnaden

Vi har förbättring i noggrannhet beror att 10 motstånd parallellt tenderar att även varandra ute i deras fel och att få ett mer exakt värde än om du använt 1 x 0,1 ohms motstånd. En sak vi inte har riktigt tittat på är makt. Som nuvarande passerar genom en resistor droppar det spänning (sjunker trycket när det passerar genom en kink) denna nedgång i spänning kallas effektförlusten, strömmen kan vara många saker, i detta fall dess värme. Många saker är beroende av värmen från motstånd, vattenkokaren, badrum värmare, hårtork, varmvatten service och listan går på. I detta fall, dess en olycklig biprodukt. Kan dock bara göra några snabba beräkningar om hur man beräknar bara hur mycket makt är där. Denna belastning kan bära 8 ampere, låter första arbete ut hur mycket spänning som vi kommer att släppa över vår känsla resistor på 0.1 ohm,

V = jag x R
= 8 x 0,1
= 0,8 Volt

Nu vet vi hur mycket våra spänningen släppte vi kan träna våra effektförlusten

P = V x jag
= 0,8 x 8
= 6,4 watt

Låt mig berätta, det är en hel del makt skingras från ett motstånd! Vilket leder mig till det andra elementet, kostnad, en 0.1 ohms motstånd med en 1% noggrannhet som kan skingra 6.4 watt är i storleksordningen $7 - $10 bara för en resistor där som 10 x 1 ohm motstånd som kan skingra 1 watt är $0,30 varje.

Syftet med dessa känsla motstånd är det tillåter oss att noggrant mäta strömmen i kretsen mot en känd motstånd, ingen mater vad, ohms lag gäller alltid, som vi har visat, om det finns 8 ampere går igenom ett motstånd på 0.1 ohm, kommer det alltid finnas ett spänningsfall på 0.8v. Liknande vis, om vi sätter 1 ampere genom 0.1 ohms motstånd får vi en 0.1v droppe, alltid. Prova det, sätta något värde av strömmen i formeln ovan och du kommer att få en proportionella spänningsfallet över de motstånd. Kom ihåg detta, vi kommer att se varför detta är viktigt i en liten stund.

OK, Op-Amp tid! OP-förstärkare kan vara mycket komplicerade djur och vi kommer säkert inte att täcka alla aspekter av op-förstärkaren i detta instructable. Om du ville läsa lite mer i op-amp då detta är en mycket bra tutorial förklara dem i detalj. För detta projekt har jag använt visas en LM324 som är ett chip som har 4 op-förstärkare inuti, op-förstärkaren överväger vi för närvarande i bilden ovan som U2a - LM324a.

På de flesta op förstärkare det är 5 stift, en icke inverterade indata (pin 3), inverterade indata (pin 2), en utgång (pin 1) och en power supply (stift 4 och 11). En viktig egenskap av op-amp som vi måste beakta är att det kommer att göra allt den kan möjligen på produktionen att försöka hålla ingångarna på samma spänning. Op-amp hatar att ha en skillnad på spänning på indata. Detta är faktiskt mycket viktigt att förstå de vända och icke-vända förstärkare kretsarna.

Konstlast använder sig av denna mycket användbar funktion i op förstärkaren för att kontrollera MOSFET grinden (Knick i slangen) så att det kan hålla strömmen till den nivå vi satt. Hur vet den vad nuvarande är? Genom att läsa känsla motståndet. Låt oss ta en titt på det en minut, i bilden ovan, är känsla motstånden R1 till R10 samtidigt som vi har beskrivit känslan motstånd kommer att släppa en spänning som är proportionell mot mängden ström flyter genom det, som redan nästa anslutningen i kretsen är marken (eller 0 volt) ohms lag säger att om vi har 1 amp flyter genom motstånden känsla att de kommer att släppa 0.1 volt. Det innebär, om vi har 0.1 volt överst i avkänningen motstånden och 0 volt längst då vi måste ha 1 amp flöda!

Får vi äntligen till roligt delen! Nu, om du har en titt på kretsen ovan, upp i dessa motstånd mata tillbaka till inverterade indata av op-amp (det gör gå igenom några andra resistorer och kondensatorer men Vänligen ignorera dem för nu, vi kommer att tala om dem i ytterligare ett steg, lita på mig när jag säger, att 0,1 v kommer att matas tillbaka till inverterade indata). Du kommer också att märka att utfärda utegångsförbud för av MOSFET (M1 - BUK954R8-60E) är ansluten till produktionen av op-förstärkaren. Gå tillbaka till det vi sade tidigare, att op-amp kommer att göra allt det kan på sin produktion att hålla sin input samma, så med detta i åtanke, om vi en spänning på 0.1 volt på den icke-invertering ingången på op-amp, det kommer att göra allt det kan på sin produktion att få 0.1 volt på inverterade indata. Så, det kommer att sätta så mycket spänning som det har att på utfärda utegångsförbud för av MOSFET (öppna kranen) att öppna det nog så att 1A flödar. Jämväl om vi 0,8 Volt på den icke-invertering input, kommer att det göra allt den kan på utdata till få 0,8 Volt på inverterade indata. Det är hur det fungerar, vad någonsin spänning du ställer in, det kommer att driva MOSFET nog att få samma spänning på den andra ingången. Det är så enkelt är det!