Pumpensteuerung per Darlington-Schaltung und 74HC595

[maggesssss]

Hallo zusammen,

ich habe vor, 8 12v Pumpen mit einem Arduino + Schieberegister 74HC595 zu betreiben.
Der Code des Arduinos funktioniert tadellos, das Signal des Schieberegisters landet zum korrekten Zeitpunkt am richtigen Ausgangspin.

Nun muss ich mit diesem Signal meine Pumpen steuern. Dazu habe ich mir einige Transistoren angeschafft, die bei der gewünschten Spannung von 12V locker die maximalen 3A der Pumpen aushalten können. (BU806, BUT56AF)
Das Problem ist nun, dass ich, um die Transistoren zu schalten, einen relativ hohen Strom an die Basis anbringen muss, den das Schieberegister nicht bringen kann. (max 6mA bei 5V)

Beim Versuch, dieses Problem zu lösen bin ich auf die Darlington-Schaltung gestoßen mit der sich mein Problem anscheinend lösen lässt.

Mit meinen Elektronikkenntnissen bin ich aber leider noch nicht in der Lage dazu, auszurechnen, ob diese Theorie aufgeht, welche Widerstände ich benötige, und ob die 12V wirklich am Motor ankommen. Außerdem weiß ich nicht, ob ich noch weitere Bauteile in die Schaltung integrieren muss.

im Anhang eine kleine Skizze meines Konzepts (Anhand nur 1 Pumpe). Das Signal des Schieberegisters kommt vom Kabel ganz links am Bildrand.

Hier sind nun die Fakten:

Als Stromquelle für die Pumpen habe ich ein 12V Netzteil, welches genügend Strom liefert.
Das Schieberegister wird durch einen Arduino Uno gesteuert.

Die Pumpen benötigen 12V und ziehen maximal 3A.
Es wird nur 1 Pumpe gleichzeitig betrieben.

Als Transistoren habe ich zur Auswahl:
BU806 - Datenblatt hier
BUT56AF - Datenblatt hier
und BC338 - Datenblatt hier

Ich hoffe ihr könnt mir helfen.

Danke im Voraus!

[Serenifly]

Am besten nimmst du FETs wie den IRLZ34 oder IRLZ44. Die werden mit Spannung gesteuert. So musst du nichts rechnen. Außerdem fällt am Transistor selbst wesentlich weniger Spannung ab, was bedeutet dass weniger Wärme produziert wird.

Deine Diode ist falsch eingebaut. Die muss in Sperr-Richtung parallel zum Motor. Einen Basiswiderstand braucht du auch bei einer Darlingtonschaltung.

Üblicher ist auch hier eine normale Emitterschaltung zu verwenden. Mit der Last zwischen Kollektor und Ub.

Der BU806 ist übrigens schon ein fertiger Darlington. Den kannst du wie einen normalen NPN verwenden, aber er hat eine wesentlich höhere Stromverstärkung.

[combie]

Deine Diode ist falsch eingebaut.

Nicht nur das!
Der Transistor schaltet Plus, also müsste der Pin über 12V liefern.
Das tut er nicht.

[mgcss]

Ich würde auch zu MOSFET ala IRLZ raten ... und dann natürlich Masse statte +12 schalten. Gibt's auch als fertige Module mit galvanischer Trennung und usw., die Du direkt hinter die Schieberegister hängen kannst. Alternativ würde auch eine Relais-Lösung gehen.

Bei den 3 Ampere wäre ich zudem vorsichtig. Motoren haben einen deutlich höheren Anlaufstrom. Den kannst Du messen, indem Du den Rotor des Motors testweise mal festhälst falls das geht oder anderweitig blockierst. In dem Fall fließt dann der sog. Halte- oder Kurzschluss-Strom. Der ist bei Standard-Motoren = dem Anlaufstrom. Falls Du das nicht messen kannst: als Faustformel geht man meist von Nenn-Strom x 10 aus. Das wären in Deinem Fall 30 Ampere, die der Transistor / Mosfet aushalten muss - wenn auch nur für kurze Zeit.

[agmue]

Ich spicke ja gerne bei fertigen Schaltungen, was Du beim Bausatz Mosfet-Treiber machen könntest. Du kannst ja einen anderen MOSFET verwenden und ggf. auf die galvanische Trennung verzichten, obwohl ich die garnicht so schlecht finde.

EDIT: Bitte die nachfolgenden Beiträge beachten! Die Dokumentation ist penibelst zu beachten, da die tatsächlichen Leistungsdaten von den vordergründig angegebenen deutlich abweichen

[mgcss]

witzig ... hab mir gerade mal diesen Bausatz angesehen. Überschrift "RB-8/8x100W" da denk ich mir: sportlich! macht bei 10 V logischerweise 10 A pro Kanal. Auf der Platine steht dann nur noch "8x75W" und in der Arikelbeschreibung dann sogar nur noch "max. Laststrom für ohmsche Verbraucher, bei nur einem angeschalteten Kanal: 4 A." Das wären dann also nur noch 1x40 Watt. Also mal schnell einen Blick in die PDF Beschreibung geworfen: da steht dann plötzlich auch nichts mehr von 4 A sondern laut "Belastungsmatrix" nur noch von 3,3 A für ohmsche Verbraucher bei einem gleichzeitig aktiven Kanal. Wenn mehr als einer gleichzeitig aktiv ist, sinkt der max. Strom dann schon auf bis 2 A für ohmsche Verbraucher und auf 1,2 A für DC-Motoren. Das dürften auch die realistischen Werte sein, die mit dem Ding erreichbar sind. 100 Watt sieht für mich anders aus.

PS: also wenn schon spicken, dann von einem, der es besser macht

[Serenifly]

Bei SOT-23 kannst du nicht viel Leistung erwarten. Wenn es viel sein soll dann TO-220 + Kühlkörper

[mgcss]

das liegt in dem Fall nicht nur an den MOSFETs sondern ein Stück weit auch am generellen Design. Es gibt zum Beispiel nur eine Klemme für Masse. Diese Klemme kann mit max. 16 Ampere belastet werden (haben sie auch brav extra so ins PDF geschrieben). Das heißt bei 8 gleichzeitig durchgeschaltenen MOSFETs darf dieser Strom nicht überschritten werden. Sinnvoller wären hier halt getrennte Masse-Anschlüsse für jeden Kanal.

Grundsätzlich gebe ich Dir aber Recht: ich verbaue auch nur TO220 MOSFETs.

[agmue]

Ich stimme Dir vollkommen zu und finde es ungeschicktes Marketing, falsche oder unvollständige Angaben zu machen. Die Enttäuschung der Kunden dürfte schlimm sein!

mgcss:
PS: also wenn schon spicken, dann von einem, der es besser macht

Gerne, gib mir ein Beispiel und ich editiere meinen Beitrag und vergesse diesen Bausatz!

[combie]

Naja... Beispiel....

Wie wäre es hier mit: FET – Mikrocontroller.net

[mgcss]

ich persönlich mag die hier: http://shop.cboden.de/Erweiterungen-Zubehoer/4fach-MOSFET-Platine-10-A-pro-Kanal.html Schaltplan und Beschreibung gibts dort ebenfalls zum Runterladen. Dort werden IRFZ34 in TO220 Gehäuse verwendet, was eine effektive Kühlung erlaubt. Die Leiterbahnen von den MOSFETs zu den Klemmen sind sowohl auf der Ober- als auch auf der Unterseite verlegt, was die Erwärmung reduziert. Man kann wahlweise 1xMasse für alle Kanäle anschließen oder halt für jeden Kanal extra (auch wenn sie intern miteinander verbunden sind). Dadurch kann man dann auch tatsächlich 4 x 10 Ampere Dauerstrom ziehen (wie Serenify schon sagte ist dann ggf. Kühlkörper notwendig). Einzige Schwachstelle in meinen Augen: eine effektive Freilauf-Diode wäre sinnvoll.

Hat halt "nur" 4 Kanäle und ist auch 3 Euro teurer und eigentlich auch nur für 12 Volt gedacht - dafür dann aber mit echten 10 A pro Kanal umgehen kann.

Edit @combie: Der Artikel vermittelt gute Grundlagen. Allerdings ist es von da aus noch ein weiter Weg, bis zu einer Platine, die auch wirklich mit 120 Watt umgehen kann.