PCA9685, ULN2803 .. troppi mA?

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Buongiorno a tutti, grazie ai preziosi consigli di moltissimi del forum (faccio solo il nome di @gpb01 solo perchè ha sempre rispoto, con tempi immediati e molto tecnico, ma grazie veramente a tutti) sono riuscito in diversi step a fare il mio progetto epr il presepio e farlo anche funzionare :smiley:
mano a mano ho aggiunto cose, dovrò aggiungere altro l'anno prossimo (tipo una striscia led socondo i consigli che mi avete dato ma quest'anno non ho fatto in tempo) ma ora sono a questo:
PROGETTO ATTUALE

Arduino Due
2 ULN2803A
2 alimentatori da 7,4 (non ricordo quanti A ma il classico per Arduino e comunque alimenta solo quello) e 12Volt (30 A)
3 file da 2 con microlampade 12V 2Watt
8 led di vari colori per case e fuoco
4 lampade per auto da 12V di diversi Watt (da 6 a 21) (ultime inserite per effetto notte/tramonto/giorno/alba)
il tutto funziona per come piace a me. Cosa importante da specificare è che ho creato, saldato, costruito uno shield con tutti i componenti e i minimorsetti saldati che inserisco sopra il mio Arduino mentre le resistenze dei singoli LED le ho saldate singolarmente direttamente sui LED. A questo punto però TUTTE le uscite di Arduino (dalla 2 alla 13) passano per gli integrati ULN2803A.
lo schema è questo
image

Ora passiamo ai problemi.

  1. possibile che abbia troppo caricato il sistema perchè in poco tempo sono saltate due lampade da 21W? Le altre stanno funzionando molto bene, non riesco a capire se sono lampade difettate, se le ho "toccate" troppo o il sistema non riesce con troppi mA

  2. ho provato, per aumentare le uscite, a inserire un PCA9685 e qui ho capito che posso pilotare solo LED perchè le lampadine superano i 25mA giusto? almeno da quello che ho studiato qua
    PCA9685 Controllo I2C a 16 canali PWM per LED e Servomotori - Makerslab Fablab
    se io volessi quindi pilotare delle lampade da auto devo fare per forza con l'ULN2803A o con mosfet? (ho letto ma non provato con i mosfet)
    sempre da questo esempio però, che ho provato a "copiare" nella sezione dedicata ai LED, ho il problema

  3. i led rimangono sempre e solo accesi. Non riesco non solo a fare effetti fade ma nemmeno a spegnerli e basta. Non riesco a capire da dove posso cominciare a "studiare". L'alimentazione dell'integrato la prendo da Arduino, nei morsetti supplementari ho collegato l'alimentatore di 12V. Ho un grosso dubbio e scusatemi. I due GND (5V e 12 V) devono essere collegati? Ho visto un video che dice che non ce n'è bisogno... che prove posso fare per capire dove sbaglio?

grazie in anticipo,
ciao
Emanuele

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Per non andare alla cieca dovresti imparare il minimo necessario per calcolare le correnti e le potenze da dissipare, e a leggere i limiti elettrici e termici dei componenti sui datasheet.

Una lampadina 21W a 12V assorbe 21/12=1,75A che è ben oltre i 500mA gestibili da una porta dell' ULN2003 (Datasheet tabella Absolute Maximum ratings).

Il datasheet dice che è possibile parallelare più porte per gestire più corrente, ma ci sono altri due limiti, la corrente totale di tutte le porte messe assieme (che non deve raggiungere i 2,5A) e la dissipazione termica (che non deve far raggiungere al silicio interno i 150 gradi centigradi).

La potenza dissipata da una porta dell'ULN è la tensione di saturazione (VCEsat circa 1,5V) per la corrente che la attraversa, quindi la lampada da 21W causerebbe una dissipazione di 1,75x1,5=2,62W che vuol dire portare le giunzioni interne a RθJAx2,62=67x2.62=175 gradi di sovratemperatura rispetto all'ambiente, cioè 200 gradi se siamo a 25 di ambiente.

Per usare correttamente un ULN2003 bisogna quindi stare sotto i 500mA per porta, sotto i 2,5A totali, e magari sotto il mezzo watt di dissipazione totale (che vuole già dire 60 gradi interni e 54 esterni) calcolato come somma della dissipazione di ciascuna porta (la VCEsat detta prima, per la corrente su quella porta).

Il PCA9685 ha uscite a bassa potenza quindi si, per comandare qualcosa oltre semplici LED va interposto uno stadio di potenza, un ULN200x, o altro di più "potente" se serve gestire ancora più corrente.

Per il fading dubito che sia un problema hardware, ma basta testare il funzionamento dell'ULN dando a mano i 5V sui vari ingressi per vedere se le uscite si comportano in modo corretto (ovviamente con Arduino scollegato, altrimenti si va a dare alimentazione ai pin di Arduino con il rischio di bruciarli).

Per il collegamento GND è semplice capire da soli se serve oppure no: la corrente vuole sempre un circuito chiuso andata e ritorno. Il lato comando dell'ULN è un circuito che da Arduino arriva all'ingresso dell'ULN e dal pin GND dell'ULN deve tornare verso Arduino. Il lato uscita dell'ULN sono dei circuiti che partono dall'alimentatore 12V, attraversano le lampade/LED, escono dal pin GND e tornano all'alimentatore. Quindi per forza di cose il GND Arduino e quello dell'alimentatore esterno devono essere collegati. Il video avrà parlato di un caso specifico in cui questi circuiti non hanno terminali in comune (ad esempio se i lati comando e uscite di potenza sono optoisolati).

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Scusa la domanda........ Ma fino ad ora come le comandavi queste lampade ?

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Per prima cosa grazie e scusami per il ritardo nella risposta ma ieri sono stato decisamente preso da altro.
Hai pienamente ragione sul fatto che prima devo documentarmi, ti giuro che lo faccio per quello che è possibile, sono un informatico che ha studiato elettronica e cerco di rispolverare quello che studiavo un tempo. Il fatto è che con i vostri consigli e quello che studio scopro sempre cose nuove o dimenticate come questa. Poi sono anche un cretino. Mi sono posto il problema sul PCA9685 di max uscita in mA e non l'ho fatto per l'ULN2803. I calcoli degli A singoli e totali li avevo fatti, ho messo infatti un alimentatore sovradimensionato, ma la singola uscita max e l'uscita tot per l'integrato proprio non lo avevo pensato. Errore da pivello di altri tempi.
Quindi TUTTO CHIARO quello che scrivi e grazie per i consigli, ora sto ampliando i miei "studi".
Capito anche il giretto del GND, e il grassetto che hai messo è un classico esempio che faceva il mio professore di elettronica e che mi ha chiarito molte cose.
Ora però, se posso, due domande, o meglio chiarimento:
Forse mi sono spiegato male, il fading sull'ULN funziona benissimo e come dicevo fa l'effetto che vorrei. Il problema ce l'ho sul PCA9685, non riesco a comandare il led tramite quello, nemmeno a spegnerlo e riaccenderlo, magari fare il fade :smiley:
L'altra domanda però a questo punto è: ma se io volessi quindi comandare delle luci (o anche dei dispositivi) che assorbono molti più mA (per esempio le famose lampadine a 21W=12Volt * 1,75A ) c'è modo o non è fattibile?

grazie ancora,
ciao
Emanuele

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Semplicemente ho fatto tutte le prove con i led e con lampadine da 2W, ma il mio presepio è abbastanza grande e mi serviva più potenza di illuminazione. L'anno prossimo sto progettando di mettere una striscia led ed anche là ho già visto che tra alimentazione e lunghezza avrò modo di studiare e calcolare non poco, ma quest'anno volevo "solo" sostituire le lampadine... ma volevo farla troppo semplice...
ciao
Emanuele

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@edi1973 : Quando si quota un post, NON è necessario riportarlo (inutilmente) tutto; bastano poche righe per far capire di cosa si parla ed a cosa ci si riferisce, inoltre, se si risponde al post immediatamente precedente, normalmente NON è necessario alcun "quote" dato che è sottinteso.

Gli utenti da device "mobile" (piccoli schermi) ringrazieranno per la cortesia :wink:

Guglielmo

P.S.: Ho troncato io il "quote" dal tuo post poco sopra :wink:

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@gpb01 In verità non ho pensato ai Mobile ma essendo vecchia scuola e riferendomi a praticamente tutto il messaggio l'ho riportato tutto proprio per quello. Avrei addirittura voluto rispondere sotto ogni parte a cui mi riferivo ma non ho capito come si fa da questo forum e non avevo il tempo di farlo manualmente riportando i tag di apertura e chiusura.
Per quanto riguarda invece la risposta all'ultimo messaggio, non so se anche agli altri, ma il mio browser mi sta facendo vedere le mie risposte "doppie", una sotto al messaggio a cui rispondo ed una sotto a tutto, quindi temevo non si capisse.
Mi dispiace e mi scuso, anche a me non piace vedere cose aggiuntive. Grazie per aver tagliato il messaggio e seguire tutto come sempre.. non so dove trovi il tempo ma sei di una precisione ineccepibile,
ciao
Emanuele

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