Apagar sensores externos con Arduino: MOSFET vs pin de E / S

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Para un proyecto, hice un sistema de sensor ambiental, que consiste en un Arduino Pro Mini 5V (con microcontrolador ATmega328P), un módulo de registro de datos y tres sensores.

Para ahorrar energía entre los registros de datos, utilicé varias técnicas que leí en línea, como apagar los sensores con un MOSFET (usé el IRLB8721PbF).

Recientemente, comencé a leer un poco más acerca de los MOSFET y a apagar los dispositivos externos con Arduino, y me di cuenta de que, como mis sensores solo usan 4 mA, podría haber usado un pin de E / S (configurado para salida) en el Arduino en su lugar.

Como tenía curiosidad por ver si había alguna diferencia en el consumo de corriente entre los dos métodos, probé el consumo de corriente cuando utilizaba el MOSFET en comparación con el pin de E / S para encender los sensores. Cuando se usa el MOSFET, el consumo de corriente aumentó con 4 mA cuando los sensores están encendidos, lo que corresponde al dibujo del sensor. Sin embargo (!) Cuando se usa el pin de E / S, el consumo de corriente primero aumentó brevemente con 6 mA, después de lo cual se estableció en un aumento de 4 mA. Estas diferencias sugerirían que es más eficiente en el uso de la energía usar un MOSFET, incluso con aplicaciones de baja corriente.

Ahora mi pregunta es (1) ¿por qué veo este aumento corto de 6 mA en el consumo de corriente cuando uso el pin de E / S para encender los sensores? (2) ¿Y es más preferible utilizar un MOSFET incluso con aplicaciones de bajo consumo de corriente y por qué?

Otra cosa relacionada con esto: Hace poco leí que es necesario un resistor en serie con la compuerta cuando se usa un MOSFET. Sin embargo, he estado usando el MOSFET para mi aplicación sin un resistor y no he tenido ningún problema durante más de 6 meses y contando. (3) ¿Podría alguien explicar por qué ha funcionado bien para mi solicitud? ¿Tiene algo que ver con el hecho de que uso el MOSFET para cambiar una carga de consumo de corriente baja? O tiene algo que ver con el tipo de MOSFET que estoy usando (el IRLB8721PbF).

Muchas preguntas, soy algo nuevo en electrónica ...

¡Gracias de antemano por tomarse el tiempo para responder!

    
pregunta Difster

1 respuesta

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La forma en que alimentó sus sensores es exactamente correcta, utilizando un FET externo para cambiar la fuente.
Casi apuesto a que la diferencia que se ve en la corriente se debe a la capacidad de los sensores.

En ambas situaciones, asumo que en realidad usas un pin de E / S en el Arduino:

  1. Usando el FET externo, estás conduciendo la puerta FET desde el pin Arduino. La compuerta tiene cierta capacidad, pero sería difícil presionar para mostrar el aumento de voltaje en el pin sin un osciloscopio, e incluso más desafiarlo a medir con precisión la corriente del pin de E / S al cargar la compuerta. Esta capacitancia de la compuerta es la razón por la cual usted ve la resistencia en serie agregada desde el pin de E / S a la compuerta ... para limitar la corriente máxima extraída (sacrifica el tiempo de encendido). Cuando el FET se enciende, es capaz de suministrar mucha más corriente desde la fuente de VCC que el pin de E / S, por lo que carga los capacitores del sensor mucho más rápidamente. La corriente alta (en realidad puede ser de 10-100 mA) durante la cual los aumentos de voltaje de la alimentación de los sensores serán muy cortos. Sin un osciloscopio nunca verás este efecto.

  2. Al alimentar sensores directamente desde el pin de E / S, tiene que cargar directamente cualquier capacitor en los sensores (podría ser desde 0.1-100uf dependiendo del sensor) a través del pin de E / S. Para cargar esta capacitancia, debe extraer mucha corriente del pin de E / S. El pin de E / S excede su clasificación de corriente y las caídas de voltaje, lo que simplemente aumenta el tiempo necesario para cargar los condensadores de los sensores. Esto le permite ver el flujo de corriente durante mucho más tiempo, y es más fácil de ver en un multímetro (supongo que esto es lo que hizo).

La alimentación de los sensores directamente desde los pines de E / S puede, en extremo, abrir el fusible para ese bloque de E / S en la MCU. Le aconsejo que no lo haga, a menos que realmente entienda su circuito de sensores.

Para funciones de corriente muy baja, como un reloj en tiempo real, las verá controladas directamente desde un pin de E / S. Una vez más, siempre que sepa exactamente en qué circuito de función / sensor está asumiendo un riesgo.

Actualizar:

No describe sus sensores en detalle, pero la capacidad a la que me refiero es la que se usaría en la línea de suministro:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
respondido por el Jack Creasey

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