Corso base di Arduino: pilotare grossi carichi con l'IRL540

Il Mosfet di potenza della terza generazione IRL540 sembra stato creato apposta per il pilotaggio di grossi carichi da parte dei microcontrollori. La lettera L nella sua sigla sta, infatti, per Logic-Level Gate Drive. È molto veloce, costa poco e ha una limitata Rds_on che si traduce in una dissipazione quasi nulla e temperature basse di funzionamento. Inoltre il suo pilotaggio avviene senza problemi anche con una tensione di "gate" pari a 3.3 V. In figura 1 si può osservare il transistor (in contenitore TO220AB), assieme alla sua piedinatura. Le sue caratteristiche elettriche sono estremamente interessanti: la V_DS massima è di 100 V, e la corrente massima di drain è pari a 28 A, per una totale dissipazione di ben 150 W. Un piccolo cavallo insomma.

figura 1 irl540 — Figura 1: Il Mosfet IRL540

Lampeggiatore ad alta potenza

Lo schema della figura 2 mostra Arduino collegato a una lampada di grossa potenza, caratterizzata da una tensione di alimentazione di 12 V, una resistenza di 1 ohm, una corrente di assorbimento di ben 12 A e, quindi, una dissipazione di circa 144 W. Per illuminarla occorre una batteria molto grossa.

figura 2 schema lampada — Figura 2: Schema elettrico con una lampada e un MOSFET

La lampada è collegata ad Arduino sulla porta 7. In caso di livello logico alto, il gate del Mosfet si trova ovviamente alla tensione di 5 V (ma non c'è praticamente passaggio di corrente, data la sua altissima impedenza d'ingresso) e il drain è attraversato dalla massima corrente (circa 12 A). In tale condizione l'IRL540 dissipa una potenza di circa 7 W, non male per pilotare un carico di quella portata. Se il transistor dovesse scaldare si dovrebbe prevedere un'adeguata aletta di raffreddamento.

Lo sketch del lampeggiatore

La figura 3 riporta il semplicissimo listato del lampeggiatore. Il pin 7 è configurato come uscita digitale, all'interno della funzione setup(). La funzione loop(), invece, attiva e disattiva, ciclicamente, tale porta, alla frequenza di un Hertz.

figura 3 sketch lampeggiatore — Figura 3: Lo sketch del lampeggiatore ad alta potenza

In figura 4 è riportato il grafico della corrente che attraversa la lampada, nel dominio del tempo, durante il funzionamento del prototipo.

figura 4 grafico corrente lampada — Figura 4: Il grafico della corrente che transita sulla lampada

Motore in continua

Con tale componente è possibile anche pilotare un motore in corrente continua. Tramite la tecnica del PWM si può variare la sua velocità senza influire, peraltro, sulla coppia. La figura 5 mostra lo schema elettrico. Un diodo di ricircolo è montato in "antiparallelo" al carico, per eliminare i pericolosi picchi di tensione, dovuti agli avvolgimenti del motore.

figura 5 schema elettrico motore — Figura 5: Schema elettrico per il pilotaggio del motore in C/C

Lo sketch

Il listato proposto in figura 6 ha lo scopo di pilotare il motore, secondo le seguenti diverse temporizzazioni e potenze:

5 secondi allo 0%;
10 secondi al 25%;
10 secondi al 50%;
10 secondi al 75%;
10 secondi al 100%.

Il motore aumenterà la propria velocità di rotazione a ogni variazione del duty cycle del segnale PWM, come evidenziato dagli oscillogrammi di cui in figura 6.

figura 6 duty cycles — Figura 6: I vari duty cycles per le diverse velocità del motore

In figura 7 è riportato il semplice listato. Si ricorda che per adottare la tecnica del PWM occorre utilizzare solamente i pin di Arduino predisposti a tale tipologia di lavoro.