Virta päälle, virta pois

Servon virtakytkin -testikytkentä.

Vielä viikko sitten minulla ei ollut ajatustakaan, millaiseen jäniksenkoloon tuli taasen hypättyä näiden elektroniikkavekottimien kanssa. Sähkövaihtajaprojekti etenee, jos toisinaan oppimiskäyrä onkin melko jyrkkä. Aikani pohdittuani sain servon virtakytkimen toimimaan (heti toisella yrittämällä) ja samalla tuli ehkä opittua jotakin uutta. On se jotenkin hirmu jännää, kun koodilla voi manipuloida reaalimaailmaa. Laittaa vaan väliin kaikenlaisia fettejä, vastuksia ja yhden schottky-diodin.

Testing, testing...

Mikäli "fetti" (fetti eli FET eli MOSFET eli Metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) on vieras tai salakielinen ilmaisu, niin tervetuloa kerhoon. Onneksi lukemalla oppii ja kokeilemalla pystyy selvittämään melko monenlaisia asioita.

Videolla näkyvä toimiva testikytkentä on toteutettu käyttäen P-tyypin fettiä (BS250, datalehti), kun ensimmäinen ja epäonnistunut versio aiheesta oli toteutettu N-tyypin fetillä (BS170, datalehti). Tässä kytkennässä mahdollinen heikko lenkki liittyy edelleen fettiin, koska BS250:n jatkuvan tehon kesto on vain 0.25 ampeeria (hetkittäin 0.5A) ja moottorin datalehden mukaan mukaan virtaa kuluu servon pysähtyessä 0.59A (@ 4.5V). Aika näyttää, käykö käry.

Vaihtajaprojektissa tarkoituksenani on sammuttaa servo (virransäästösyistä) aina kun sitä ei tarvita ja periaatteessa molemmat toteuttamani kytkennät tekevät tämän. Molemmat kytkennät myös toimivat, sillä testasin asian pienellä moottorilla. Kytkentöjen toimintalogiikkakin on samanlainen: arduino lähettää signaalin, jonka perusteella fet katkaisee tai kytkee servon virran.

N-tyypin ja P-tyypin MOSFET:ien kytkentäesimerkki.
Kuva: electronics.stackexchange.com, käyttäjä Kevin Vermeer

Kahden fettityypin kytkentöjen merkittävin ero on, että ensimmäisen kytkennän N-fet katkoo maapiuhaa ja jälkimmäisen kytkennän P-fet katkoo virtapiuhaa. Jostakin syystä ensimmäinen kytkentä ei toiminut, sillä käyttämäni servo (Futaba s3003) suuttui maapiuhan irrottamisesta. Kun maapiuha kytkeytyi takaisin, servo pyöritti itsensä myötäpäivään ääriasentoon ja jäi siihen "jurnuttamaan". Päänvaivaa aiheutti myös se seikka, että pienemmällä servolla (Tower Pro SG90) kytkentä toimi juuri kuten piti.

Itseäni viisaampien (mm. Triopakin myyjä) kanssa keskusteltuani olen tullut siihen johtopäätökseen, että vaikka käyttämäni N-fetin sisäinen vastus (on-asennossa) on pieni, se on silti liian suuri ja lopputuloksena servon ohjauspiirille muodostuu jonkinlainen jännite-ero paikkaan, jossa sellaista ei saisi olla.

Linkkejä ja lisätietoa

Internet-foorumeiden viisaat kertoilivat myös seuraavaa:

• Arduinon ja servon maakaapelit tulee yhdistää (http://www.microchip.com/forums/m414239.aspx)
• Servolle ei kannata ottaa virtaa suoraan Arduinolta, max. kuormitus saa olla noin 40mA per pinni. 
• Mikäli servon maapiuhaa katkotaan, ohjauslinjan kanssa kannattaa kytkeä sarjaan noin 5-10kOhm vastus servon ohjauselektroniikan suojelemiseksi.
• Servon ohjauslinja kannattaa varmuudeksi asettaa input-tilaan ennen servon virran sammuttamista.(http://forum.arduino.cc/index.php?topic=231608.0:)
• Servon maakaapelin kanssa sarjaan kytketty vastus täytyy olla pieni, jopa 1 Ohm voi olla liian suuri (http://forum.arduino.cc/index.php?topic=14449#msg106265). 
• Datalehden mukaan käyttämäni BS170-fetin sisäinen vastus [R(ds)ON] on noin 1.2-5ohm, (kun Gate-source -jännite on 10v ja Id = 200mA)
• Futaba s3003 servon moottorin tyyppi on Mabuchi RF-020th (lähteet: http://www.seattlerobotics.org/encoder/200009/S3003C.html kuva, jossa näkyy moottori ja Google-fu)

Tästä on hyvä jatkaa.