È buona norma far funzionare grandi quantità di corrente attraverso un MOSFET?

Ho cercato un buon modo per controllare il flusso di molta corrente nel mio progetto. Questo può in alcuni punti essere 40-50 ampere a 12-15 V. Mentre i relè sono una buona scelta, sono meccanici e quindi richiedono tempo per attivarsi e consumarsi nel tempo.

Ho visto MOSFET (come questo IRL7833 ) pubblicizzati per essere in grado di gestire compiti così impegnativi. Tuttavia, considerando le dimensioni del FET, mi mette a disagio il fatto di averlo investito così tanto. È una preoccupazione valida?

— John Leuenhagen
fonte

La dimensione del pacchetto non ti dice molto. Il foglio dati lo fa. Se ti prendi il tempo per leggerlo correttamente, potresti ringraziarti per dopo.

— Dampmaskin,

Un consiglio: cerca sempre di ottenere i tuoi componenti da siti come Digikey / Farnell / RS e altri siti simili. Non solo (di solito) ottieni prezzi più competitivi, ma ottieni anche MOLTE più informazioni sui componenti. Sebbene questa pagina di Amazon abbia un elenco di funzionalità, non include il foglio dati. Questo è il documento che vuoi leggere per vedere se è pratico da usare per il tuo progetto

— MCG

Potresti ovviamente provare a cercare su Google il numero di parte e provare a trovare un foglio dati corrispondente ma non puoi essere sicuro che sia una corrispondenza esatta o che il prodotto che hai acquistato non sia un clone economico e scadente della cosa reale. Pertanto, acquistalo da un sito attendibile, se sei in qualche modo serio su ciò che stai facendo.

— Dampmaskin,

Come toccato di seguito, significa cosa intendi per "controllare il flusso di corrente". Se si prevede di utilizzare il MOSFET come resistenza variabile, brucerà. Se si prevede di utilizzarlo come interruttore ON / OFF, dovrebbe funzionare con un raffreddamento adeguato.

— Barleyman il

@Barleyman Probabilmente cambierò corrente con PWM. È probabile che questo sia ~ 330Hz, poiché credo che sia ciò che Arduinos usa di default con analogWrite.

— John Leuenhagen,

Risposte:

Perché un filo di rame spesso può gestire una grande corrente?

Perché ha una bassa resistenza. Finché si mantiene bassa la resistenza (accendere completamente il MOSFET, ad esempio utilizzare V _gs = 10 V come nel foglio dati di IRL7833), il MOSFET non dissiperà molta potenza.

La potenza dissipata è: $P$ quindi se R viene mantenuto abbastanza basso il MOSFET può gestirlo. $P = I^2 * R$

Tuttavia, ci sono alcuni avvertimenti:

Diamo un'occhiata al foglio dati di IRL7833 .

Che 150 A hanno una temperatura di caso di 25 gradi C. Ciò significa che probabilmente avrai bisogno di un buon dissipatore di calore. Qualsiasi calore che viene dissipato dovrebbe essere in grado di "sfuggire" quando l'R _{ds, su} NMOS, aumenterà con l'aumentare della temperatura. Che aumenterà la dissipazione di potenza ... Vedi dove sta andando? Si chiama fuga termica .

Tali correnti molto elevate sono spesso pulsate correnti, non correnti continue.

Pagina 12, punto 4: la corrente di limitazione del pacchetto è di 75 A

Quindi in pratica con un IRL7833 hai un limite di 75 A, se riesci a mantenere il MOSFET abbastanza freddo.

Volete operare a 40 - 50 A, che è inferiore a 75 A. Quanto più vi allontanate dai limiti del MOSFET, tanto meglio. Quindi potresti prendere in considerazione l'uso di un MOSFET ancora più potente o usarne due (o più) in parallelo.

Inoltre non stai mettendo così tanta energia attraverso il MOSFET, e il MOSFET lo è non gestisce 50 A * 15 V = 750 watt.

quando spento, il MOSFET può gestire 15 V quasi senza corrente (solo dispersione), a causa della bassa corrente che non sarà sufficiente per riscaldare il MOSFET.

quando acceso, il MOSFET gestirà 50 A, ma avrà una resistenza inferiore a 4 mohm (quando è freddo), quindi significa 10 watt. Va bene, ma devi mantenere fresco il MOSFET.

Prestare particolare attenzione alla figura 8 della scheda tecnica, "Area operativa massima sicura", è necessario rimanere all'interno di tale area o rischiare di danneggiare il MOSFET.

Conclusione: anche tu? Sì, puoi, ma devi fare alcuni "compiti a casa" per determinare se sarai entro i limiti di sicurezza. Supponendo che un MOSFET sia in grado di gestire una determinata corrente perché pubblicizzato come tale è una ricetta per il disastro. Devi capire cosa succede e cosa stai facendo.

Ad esempio: dato che da 50 A a 4 mohm forniscono già una dissipazione di potenza di 10 W, cosa significa questo per tutte le connessioni e le tracce su un PCB? Devono avere una resistenza molto bassa!

— Bimpelrekkie
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Mi hai battuto sul tempo! Stavo scrivendo una risposta a metà, ma hai detto tutto quello che stavo per fare e un po 'di più! +1 da me!

— MCG

Grazie! Dopo tutto ciò che mi sento molto meglio nel fare questo. Immagino che ordinerò un bel dissipatore di calore!

— John Leuenhagen,

Potresti anche menzionare che la transizione tra gli stati on e off (entrambe le direzioni) dovrebbe essere pianificata per. I circuiti che controllano il MOSFET devono essere in grado di pilotare il gate con abbastanza corrente (sia off-on che on-off) in modo che il MOSFET trascorra un tempo sufficiente a passare da uno stato all'altro in modo da non consumare grandi quantità di energia ( con conseguente calore) mentre è solo parzialmente acceso. Per i MOSFET di potenza, la capacità del gate può essere piuttosto significativa, richiedendo il pilotaggio del gate con una corrente significativamente maggiore di quella che può essere fornita dalle uscite logiche "normali".

— Makyen

Sottolinea l'importanza della temperatura del CASE di 25 ° C per tali valori nominali. Se il case è 25C e l'ambiente è 25C, il dispositivo NON sta dissipando QUALSIASI potenza! Ci sarà SEMPRE una resistenza termica tra il pacchetto e il dissipatore di calore / aria / PCB e qualsiasi potenza dissipata attraverso quella resistenza comporterà un aumento della temperatura - proprio come la corrente attraverso una resistenza provoca una tensione.

— Aj

Se sta usando il MOSFET come resistenza variabile, morirà in fiamme. per esempio, limitare la corrente a 25A significherebbe regolare la resistenza di accensione su 0,3R. Funziona con una dissipazione di 187,5 W. Boom.

— Barleyman il

A complemento della buona risposta di @Bimpelrekkie, vorrei richiamare la tua attenzione per la necessità di un percorso alternativo al flusso corrente quando si spegne il carico.

Anche se stai controllando la corrente per un carico resistivo (teoricamente) puro, può includere una certa induttanza vagante. Quindi, quando si spegne il 15A, questa induttanza causerà un superamento della tensione nei terminali del mosfet, che potrebbe portare a un guasto e alla conseguente distruzione. Anche l'autoinduttanza dei fili può causare qualche problema con questa quantità di corrente.

La soluzione tipica è posizionare un diodo in anti-parallelo con il carico, come nello schema seguente:

schematico

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Inoltre, poiché sei preoccupato per la dissipazione di potenza, è importante menzionare anche la potenza dissipata quando il mosfet si accende e si spegne. Parte dell'energia viene dissipata ogni volta che il canale viene formato o bloccato.

La potenza dissipata dovuta alla commutazione è approssimativamente:

$P_{switching} = \frac{1}{2}\cdot V\cdot I_{load}\cdot f_{switching}\cdot t_{switching}$

Come puoi vedere, se passi molto tempo nel processo di commutazione, il mosfet potrebbe dissipare a molta potenza e sarà un problema.

Per rendere veloci le transizioni, è necessario utilizzare un circuito gate driver tra arduino e mosfet. Inoltre, il circuito del gate driver è obbligatorio se si prevede di utilizzare il mosfet collegato al terminale positivo dell'alimentatore. In questa situazione, l'arduino non è in grado di generare una tensione positiva tra il gate e il terminale della sorgente, poiché la sorgente galleggerà a seconda della condizione della corrente di carico.

— Luis Possatti
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Grazie per le informazioni. Quindi vuoi dire che se ho una sorgente del mosfet collegata a un positivo del mio alimentatore, avrò bisogno di un circuito di pilotaggio? Ma se ho collegato la fonte dopo il carico e poi scarichi a terra posso controllarlo senza un circuito di pilotaggio?

— John Leuenhagen,

Ciao @JohnLeuenhagen. In realtà, nel caso in cui il MOSFET a canale N sia collegato al terminale positivo dell'alimentazione, dovrebbe essere collegato dal suo Drain, non dal suo pin Source. Se si collega la sorgente di un N-MOS al conduttore positivo dell'alimentazione e lo scarico al carico, condurrà sempre a causa del suo diodo corporeo intrinseco.

— Luis Possatti,

Informazioni sulla necessità di un driver: è possibile guidare un mosfet a canale N direttamente con un microcontrollore se si collega il pin sorgente allo stesso potenziometro del terreno del microcontrollore. In questo modo, puoi guidare il gate con una tensione più alta rispetto alla sorgente, semplicemente portando il GPIO del tuo uC a un livello logico. Tuttavia, in applicazioni come la tua, è sempre bene usare un gate driver, perché renderà più veloce la commutazione e caricherà il gate con una tensione più alta (10 V ~ 15 V), riducendo la resistenza del canale conduttivo e quindi la dissipazione di potenza .

— Luis Possatti,

Vedo. Quindi caricare il gate a una tensione più elevata rende l'interruttore più veloce? Perché se è così, potresti usare un secondo mosfet che ha il suo drain collegato a + 12v e si collega al gate del primo mosfet per controllarlo?

— John Leuenhagen,

Il circuito che hai citato avrebbe funzionato per caricare il gate del mosfet principale fino a un valore inferiore a 5V, perché quindi Vgs del mosfet secondario non sarebbe sufficiente per mantenerlo nello stato on. Dai un'occhiata a questo articolo, che spiega un principio base della commutazione dei mosfet: nutsvolts.com/questions-and-answers/mosfet-basics

— Luis Possatti,

Google "relè a stato solido" e troverai più di quello che volevi sapere. E lavorano con AC, se mai dovesse sorgere la necessità. Sono autonomi e richiedono circuiti di protezione integrati.

— richard1941
fonte

Ricordare che non tutti i relè a stato solido commutano CC, molti sono solo CA (in genere perché utilizzano triac o tiristori come elementi di commutazione). Inoltre, se acquisti ad es. Da eBay o Amazon, potrebbero essere o meno all'altezza delle specifiche o avere "circuiti protettivi". Certo, questo vale anche per i transistor discreti.

— jms

Grazie per quel commento. Inoltre, molti di questi dispositivi generano EMI orribili condotte e irradiate! È necessario verificarlo prima di optare per un'installazione permanente.

— richard1941,