Модуль Силовой ключ для Arduino

Модуль Силовой ключ для Arduino позволяет коммутировать большую по силе тока нагрузку малым управляющим током от платы программируемого микроконтроллера. По сути он является полупроводниковым аналогом механического реле, которое небольшим током обмотки электромагнита способно замыкать контакты силовой схемы с высокомощной нагрузкой.

Модуль позволяет из программ на Arduino управлять включением и выключением ламп, светодиодов, моторов, излучателей и т.п.

Основа модуля — силовой полевой МОП-транзистор (MOSFET) N-типа IRLR8113, который подключен в ключевом режиме. Транзистор выступает в роли «замка», не пропускающего через себя ток большой силы, пока его не откроет «ключ» — подача управляющего тока небольшой силы. «Замок» блокирует прохождения тока между контактами сток-исток (Drain-to-Source). «Ключ» — это напряжение на затворе (Gate) роль которого выполняет +5В цифрового сигнала высокого уровня (Hight) с D-выхода Arduino.

Используемый в модуле транзистор позволяет работать с током напряжением до 30В и силой до 12А при открывающем напряжении на затворе +5В.

Цифровые выходы Arduino способны выдавать сигнал двух типов: логический ноль — отсутствие напряжения 0В и логическую единицу — напряжение питания +5В. Если эти значения начать изменять очень быстро, то в результате можно получить промежуточное значение напряжения между 0 и 5 В. Этот метод называется широтно-импульсной модуляцией (ШИМ, PWM).

У Arduino Uno поддержка ШИМ есть на пинах 3, 5, 6, 9, 10 и 11. При использовании в программе команды analogWrite(x,y) с указанием в качестве x одного из этих пинов можно указывать потребный уровень напряжения в у. Значения у задаются в диапазоне от 0 до 255 и выражают в условной величине отношение времени подачи импульса к времени полного периода, которое называется скважностью (duty cycle). При параметре 0 импульс не подается и напряжение 0. При 255 весь полный период есть напряжение 5В и получается обычная логическая единица. При параметре 128 50% времени импульс не подается и выходной ток составит 2.5В. Аналогично при 10% времени подачи импульса, задаваемых параметром 25, выходной ток будет 0.5 В.

Используя ШИМ можно произвольно изменять управляющий ток. При этом полевой транзистор сможет пропорционально иму изменять напряжение через сток-исток. Именно это свойство в корне отличает силовой ключ на транзисторе от механического реле позволяя не просто включать-выключать ток большой мощности, но и управлять им. Благодаря этому становится возможна регулировка из программы в Arduino уровня свечения светодиодной ленты или скорости вращения мотора.

Модуль подключается в разрыв силовой цепи, прохождением тока по которой надо управлять. Подключение производится через винтовую зажимную колодку («евроблок», терминальный блок). Контакт "-" подключается к отрицательному контакту питания, а контакт "+» к нагрузке.

Интерфейс модуля трехконтактный: S — управляющий контакт для подключения к цифровому выходу Arduino, V — питающий контакт для подачи +5В и G — земля для соединения с землей платы микроконтроллера.