Apakah praktik yang baik untuk menjalankan banyak arus melalui MOSFET?


14

Saya telah mencari cara yang baik untuk mengontrol aliran banyak arus dalam proyek saya. Ini mungkin pada beberapa titik menjadi 40-50 ampere pada 12-15 V. Sementara relay adalah pilihan yang baik, mereka adalah mekanis dan karenanya membutuhkan waktu untuk mengaktifkan dan aus dari waktu ke waktu.

Saya telah melihat MOSFET (seperti IRL7833 ini ) yang diiklankan untuk dapat menangani tugas-tugas yang menuntut seperti itu. Namun, mengingat ukuran FET, itu membuat saya tidak nyaman untuk menempatkan kekuatan sebanyak itu melalui itu. Apakah ini masalah yang valid?


4
Ukuran paket tidak banyak memberi tahu Anda. Lembar data tidak. Jika Anda meluangkan waktu untuk membacanya dengan benar, Anda mungkin berterima kasih pada diri sendiri untuk nanti.
Dampmaskin

13
Sedikit saran: Selalu coba dan dapatkan komponen Anda dari situs seperti Digikey / Farnell / RS dan situs sejenis lainnya. Anda tidak hanya (biasanya) mendapatkan harga yang lebih kompetitif, Anda juga mendapatkan BANYAK informasi lebih lanjut tentang komponen. Meskipun halaman Amazon ini memiliki daftar fitur, itu tidak termasuk lembar data. Ini adalah dokumen yang ingin Anda baca untuk melihat apakah itu praktis untuk digunakan untuk proyek Anda
MCG

2
Anda dapat dengan corse mencoba mencari nomor komponen di Google dan mencoba menemukan lembar data yang cocok tetapi Anda tidak dapat memastikan bahwa itu adalah pasangan yang tepat, atau bahwa produk yang Anda beli bukanlah klon yang murah dan jelek dari barang asli. Karena itu, beli dari situs terkemuka, jika Anda serius tentang apa yang Anda lakukan.
Dampmaskin

1
Seperti yang disentuh di bawah, itu berarti apa yang Anda maksud dengan "mengontrol aliran arus". Jika Anda berencana untuk menggunakan MOSFET sebagai resistor variabel, itu akan terbakar. Jika Anda berencana menggunakannya sebagai sakelar HIDUP / MATI, ini harus bekerja dengan pendinginan yang memadai.
Barleyman

@ Bartleyman saya kemungkinan akan mengganti arus dengan PWM. Ini mungkin ~ 330Hz, karena saya percaya itulah yang digunakan Arduinos secara default dengan analogWrite.
John Leuenhagen

Jawaban:


34

Mengapa kawat tembaga tebal dapat menangani arus besar?

Karena memiliki resistansi yang rendah . Selama Anda menjaga resistansi rendah (aktifkan MOSFET sepenuhnya, misalnya gunakan V gs = 10 V seperti dalam lembar data IRL7833) maka MOSFET tidak akan membuang banyak daya.

Disipasi daya adalah: P = I 2R jadi jika R dijaga cukup rendah, MOSFET dapat menangani ini.PP=saya2R

Namun, ada beberapa peringatan:

Mari kita lihat lembar data IRL7833 .

150 A itu pada suhu kasus 25 derajat C. Ini berarti Anda mungkin perlu heatsink yang baik. Setiap panas yang dihamburkan harus dapat "melarikan diri" karena Rs, pada NMOS akan meningkat dengan meningkatnya suhu. Mana yang akan meningkatkan disipasi daya ... Lihat ke mana perginya? Ini disebut pelarian termal .

Arus yang sangat tinggi itu sering merupakan arus yang berdenyut , bukan arus kontinu.

Halaman 12, poin 4: Batas waktu paket adalah 75 A

Jadi dalam praktiknya dengan satu IRL7833 Anda dibatasi hingga 75 A, jika Anda dapat menjaga MOSFET cukup dingin.

Anda ingin beroperasi pada 40 - 50 A, itu kurang dari itu 75 A. Semakin jauh Anda tinggal dari batas MOSFET semakin baik. Jadi, Anda mungkin mempertimbangkan untuk menggunakan MOSFET yang lebih kuat atau menggunakan dua (atau lebih) secara paralel.

Anda juga tidak menggunakan daya sebesar itu melalui MOSFET, dan MOSFET tidak menangani 50 A * 15 V = 750 watt.

Ketika mematikan MOSFET akan menangani 15 V pada hampir tidak ada arus (hanya kebocoran), karena arus yang rendah itu tidak akan cukup daya untuk memanaskan MOSFET.

Ketika di MOSFET akan menangani 50 A, tetapi ia akan memiliki resistensi kurang dari 4 mohm (ketika itu dingin) sehingga itu berarti 10 watt. Tidak apa-apa, tetapi Anda harus menjaga MOSFET tetap dingin.

Berikan perhatian khusus pada angka 8 lembar data, "Area Operasi Aman Maksimum" Anda harus tetap berada di area itu atau berisiko merusak MOSFET.

Kesimpulan: begitu juga Anda? Ya, Anda bisa, tetapi Anda harus melakukan beberapa "pekerjaan rumah" untuk menentukan apakah Anda akan berada dalam batas aman. Hanya dengan asumsi bahwa MOSFET dapat menangani arus tertentu karena diiklankan seperti itu adalah resep untuk bencana. Anda harus memahami apa yang terjadi dan apa yang Anda lakukan.

Sebagai contoh: karena 50 A hingga 4 mohms telah memberikan disipasi daya 10 W, apa artinya ini untuk semua koneksi dan jejak pada PCB? Mereka harus memiliki resistansi yang sangat rendah!


Anda mengalahkan saya untuk itu! Saya sedang setengah menulis jawaban, tetapi Anda mengatakan semua yang saya akan, dan sedikit lagi! +1 dari saya!
MCG

Terima kasih! Setelah semua itu saya merasa jauh lebih baik tentang melakukan ini. Saya kira saya akan memesan wastafel panas yang bagus!
John Leuenhagen

5
Anda mungkin ingin juga menyebutkan bahwa transisi antara keadaan hidup dan mati (kedua arah) harus direncanakan. Sirkuit yang mengendalikan MOSFET harus dapat menggerakkan gerbang dengan arus yang cukup (baik off-on dan on-off) sehingga MOSFET menghabiskan waktu yang cukup singkat untuk beralih antar negara sehingga tidak mengkonsumsi daya dalam jumlah besar ( menghasilkan panas) sementara itu hanya sebagian. Untuk MOSFET daya, kapasitansi gerbang mungkin cukup signifikan, yang mengharuskan mengemudi gerbang dengan arus yang jauh lebih banyak daripada yang dapat disediakan oleh keluaran logika "normal".
Makyen

1
Ini menekankan pentingnya suhu CASE menjadi 25C untuk peringkat tersebut. Jika kasingnya 25C dan lingkungannya 25C, perangkat TIDAK menghilangkan daya APA PUN! Akan SELALU ada resistensi termal antara paket dan heatsink / udara / PCB, dan daya apa pun yang dihamburkan melintasi resistansi itu akan menimbulkan kenaikan suhu - seperti halnya arus melalui resistansi menghasilkan tegangan.
ajb

Jika dia menggunakan MOSFET sebagai resistor variabel, itu akan mati terbakar. misalnya, membatasi arus ke 25A berarti menyesuaikan resistansi on ke 0.3R. Itu berhasil disipasi 187.5W. Ledakan.
Barleyman

3

Melengkapi jawaban yang baik dari @Bimpelrekkie, saya ingin meminta perhatian Anda untuk kebutuhan jalur alternatif ke aliran saat ini ketika Anda mematikan beban Anda.

Bahkan jika Anda mengendalikan arus untuk beban resistif murni (secara teoritis), itu mungkin termasuk beberapa induktansi menyimpang. Jadi, ketika Anda mematikan 15A, induktansi ini akan menyebabkan tegangan berlebih di terminal MOSFET, yang dapat menyebabkannya rusak dan mengakibatkan kerusakan. Bahkan kabel induktansi sendiri dapat menyebabkan beberapa masalah dengan jumlah arus ini.

Solusi khas adalah menempatkan dioda dalam anti-paralel dengan beban, seperti pada diagram di bawah ini:

skema

mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab

Selain itu, karena Anda khawatir tentang disipasi daya, penting untuk menyebutkan juga daya yang dihamburkan ketika MOSFET dinyalakan dan dimatikan. Sebagian energi dihamburkan setiap kali saluran terbentuk atau tersumbat.

Daya yang hilang karena beralih kira-kira:

Pswsayatchsayang=12VsayalHaiSebuahdfswsayatchsayangtswsayatchsayang

Seperti yang Anda lihat, jika Anda menghabiskan waktu yang lama dalam proses switching, MOSFET bisa menghilang ke banyak daya dan itu akan menjadi masalah.

Untuk mempercepat transisi, Anda harus menggunakan sirkuit driver gerbang antara Arduino dan MOSFET. Selain itu, rangkaian driver gerbang wajib jika Anda berencana untuk menggunakan MOSFET yang terhubung ke terminal positif dari catu daya. Dalam situasi ini, Arduino tidak dapat menghasilkan tegangan positif antara gerbang dan terminal sumber, karena sumber akan mengambang tergantung pada kondisi arus beban.


Terimakasih atas infonya. Jadi apakah Anda bermaksud mengatakan bahwa jika saya memiliki sumber MOSFET terhubung ke positif dari catu daya saya, saya akan memerlukan rangkaian driver? Tetapi jika saya memiliki sumber yang terhubung setelah beban dan kemudian mengalir ke tanah saya dapat mengendalikannya tanpa rangkaian driver?
John Leuenhagen

1
Hai @JohnLeuenhagen. Sebenarnya, dalam hal N channel MOSFET terhubung ke terminal positif suplai, ia harus dihubungkan dengan Drainnya, bukan pin Sumbernya. Jika Anda menghubungkan sumber N-MOS ke ujung positif pasokan dan saluran ke beban, ia akan selalu melakukan karena dioda tubuh intrinsiknya.
Luis Possatti

Tentang perlunya seorang pengemudi: Anda hanya bisa menggerakkan MOSFET saluran N langsung dengan mikrokontroler jika Anda mengikat pin sumber ke potensi yang sama dari tanah mikrokontroler. Dengan cara ini, Anda dapat menggerakkan gerbang dengan tegangan lebih tinggi dari sumbernya, dengan hanya menarik GPIO dari UC Anda ke logika tinggi. Namun, dalam aplikasi seperti milik Anda, selalu baik untuk menggunakan driver gerbang, karena itu akan membuat pergantian lebih cepat dan mengisi gerbang dengan tegangan yang lebih tinggi (10V ~ 15V), menurunkan resistansi saluran konduktif dan dengan demikian daya disipasi .
Luis Possatti

Saya melihat. Jadi apakah pengisian gerbang ke tegangan yang lebih tinggi membuat pergantian lebih cepat? Karena jika demikian, dapatkah Anda menggunakan MOSFET kedua yang saluran pembuangannya terhubung ke + 12v dan sumber ke gerbang MOSFET pertama untuk mengendalikannya?
John Leuenhagen

Sirkuit yang telah Anda sebutkan akan bekerja untuk mengisi gerbang MOSFET utama sampai beberapa nilai di bawah 5V, karena kemudian Vgs dari MOSFET sekunder tidak akan cukup untuk tetap dalam keadaan aktif. Lihatlah artikel ini, yang menjelaskan prinsip dasar pengalihan mosfet: nutsvolts.com/questions-and-answers/mosfet-basics
Luis Possatti

0

Google "solid state relay", dan Anda akan menemukan lebih dari yang ingin Anda ketahui. Dan mereka bekerja dengan AC, jika perlu. Mereka mandiri dan membutuhkan sirkuit pelindung built in.


1
Ingatlah bahwa tidak semua relai keadaan padat akan beralih DC, banyak AC hanya (biasanya karena mereka menggunakan triac atau thyristor sebagai elemen switching). Juga, jika Anda membeli dari misalnya eBay atau Amazon, mereka mungkin atau mungkin tidak memenuhi spesifikasi atau memiliki "sirkuit pelindung". Memang, ini berlaku untuk transistor diskrit juga.
jms

Terima kasih atas komentarnya. Juga, banyak perangkat semacam itu menghasilkan EMI yang dilakukan dan dipancarkan secara mengerikan! Perlu memeriksa ini sebelum menyelesaikan instalasi permanen.
richard1941
Dengan menggunakan situs kami, Anda mengakui telah membaca dan memahami Kebijakan Cookie dan Kebijakan Privasi kami.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.