Grundlegende Transistorverdrahtung

Ich versuche, einen Schrittmotor mithilfe von Transistoren zu steuern, um die verschiedenen Phasen (verwende ich die richtige Terminologie?) Zu den richtigen Zeiten ein- und auszuschalten. Ich werde meinen Raspberry Pi verwenden, um dies zu tun (nur zu Test- / Lernzwecken).

Die Transistoren, die ich verwende, sind 2N5550 ( Datenblatt ). Der Schrittmotor ist ein M42SP-5P ( Datenblatt ). Soweit ich weiß, benötigt der Schrittmotor 259 mA für jede Phase? (Wenn ich falsch liege, können Sie bitte erklären, warum?)

Das Problem, mit dem ich zu kämpfen habe, ist zu verstehen, wie viel Strom ich zur Versorgung der Basis des Transistors benötige, damit die erforderlichen 259 mA vom Kollektor zum Emitter fließen. Ich weiß, dass ich einen Widerstand zwischen der Basis des Transistors und dem Pi brauche, aber ich weiß nicht, wie viel Strom ich zur Versorgung der Basis benötige, um den Widerstandswert berechnen zu können.

(Das obige Diagramm zeigt nur eine angeschlossene Phase, aber ich habe tatsächlich 4)

BJTs tendieren entweder zur Verstärkung (Ic nimmt mit Ib zu) oder zum Umschalten (Ic ist ein oder aus). Verstärkertransistoren haben eine gute Verstärkungslinearität, aber die Gleichstromverstärkung ist moderat, und die Schaltzeit und Vce (sat) sind möglicherweise nicht sehr niedrig (z. B. der 2n5550). Schalttransistoren haben eine sehr schnelle Schaltzeit, eine hohe Gleichstromverstärkung und eine niedrige Vce (sat), aber die Verstärkungslinearität spielt keine große Rolle (z . B. MMBT4401 . Dann gibt es Allzwecktransistoren, die für beide Betriebsarten mitten auf der Straße liegen (z. B. 2n3904) ).

Leider ist keiner dieser drei beispielhaften BJTs aus einer Vielzahl von Gründen für den Zweck der angegebenen Schaltung geeignet:

• Zum Antreiben der vom angegebenen Motor dargestellten Last wird eine Dauerstromstärke von 240 mA ( 12 V / 50 Ohm DC resistance) oder 259 mA (aus Datenblatt) benötigt. Der 2n5550 kann problemlos etwa 50 mA Dauerstrom verarbeiten, wobei Vce (sat) 0,25 Volt erreicht. Bei höheren Dauerströmen wird die Erwärmung zum Problem: Beachten Sie die Derating-Werte für die Verlustleistung des Geräts über 25 ° C.
• Selbst wenn wir 259 mA ansteuern würden, würde der Transistor eine Menge Basisantriebsstrom benötigen, abhängig von der DC-Verstärkungscharakteristik des Transistors der Wahl im ungünstigsten Fall. Mehr als 20 mA typischerweise für die oben genannten Beispiele, um 250 mA Ic anzutreiben. Die anämischen Ausgänge des Raspberry Pi sind einfach nicht für diese Art von Missbrauch ausgelegt. Man würde zögern, mehr als einen einstelligen Strom aus seinem GPIO zu ziehen , wenn das so wäre.
• Ein Hochstrom-Schalttransistor mit hoher Verstärkung wie NTE2503 mit seiner minimalen Gleichstromverstärkung von 800 und einer Dauerstromstärke von 700 mA könnte diesen Zweck erfüllen .
• Ein Darlington-Paar mag nach einer anderen guten Alternative klingen, aber Darlington-Paare haben einen größeren Spannungsabfall zwischen Kollektor und Emitter, da sie zwei Sätze von NPN- (oder PNP-) Potentialen im Strompfad haben. Dies bedeutet, dass mehr Wärme erzeugt wird, wenn Strom geleitet wird, weshalb größere Gehäuse und / oder Kühlkörper und Kühlung erforderlich sind.

Damit bleibt ein MOSFET als hervorragende Alternative. Zum Beispiel wird der kostengünstige N-Typ-MOSFET vom IRLML2502- Anreicherungsmodus sehr bequem über 2 Ampere mit einer Gate-Spannung von 2,8 Volt ansteuern und sich bei 259 mA I _d nicht warm anfühlen . Ein vernachlässigbarer Gate-Ansteuerstrom wird benötigt, außer beim Schalten, und dieser Gate-Strom kann unter Verwendung eines Gate-Widerstands auf einige mA begrenzt werden, wenn kein sehr schnelles Schalten erforderlich ist.

Wenn der Motor mit PWM angesteuert werden soll, kann ein Gate-Treiber als Zwischenstufe zum Ansteuern des MOSFET-Gates verwendet werden, entweder eine diskrete Lösung mit einem dieser 2n5550-BJTs, die Sie bereits haben und nicht benötigen, oder mit ein Gate-Treiber-IC, wenn wirklich erstaunliche PWM-Frequenzen beabsichtigt sind.