วิธีการขับ MOSFET ด้วย optocoupler

แผนผังวงจรที่เหมาะสมสำหรับการขับMOSFET นี้จากขาไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านอุปกรณ์นี้หรือoptocoupler นี้คืออะไร? MOSFET จะขับมอเตอร์ @ 24V, 6A

MOSFET ที่แนะนำไม่เหมาะกับแอปพลิเคชันนี้ มีความเสี่ยงอย่างรุนแรงที่ผลลัพธ์จะเป็นหายนะการสูบบุหรี่ :-( โดยหลักแล้ว FET นั้นเหมาะกับงานเพียงเล็กน้อยเท่านั้นมันสามารถใช้งานได้ถ้ามันเป็นสิ่งที่คุณมี แต่ก็มีอีกมากมาย FET ที่เหมาะสมอาจมีค่าใช้จ่ายน้อยหรือไม่มีเลย

ประเด็นหลักคือ FET นั้นมีความต้านทานที่ไม่ดีมาก (= สูง) ซึ่งนำไปสู่การกระจายพลังงานที่สูงและการลดระดับของการขับไปที่มอเตอร์ หลังไม่สำคัญเกินไป แต่ไม่จำเป็น

พิจารณา - แผ่นข้อมูลบอกว่าความต้านทาน (Rdson - ระบุที่มุมขวาบนในหน้า 1) =\ กระจายอำนาจ =เพื่อที่ 6A การสูญเสียพลังงานจะเป็น6.5W ที่จัดการได้อย่างง่ายดายในแพคเกจ TO220 ที่มีฮีทซิงค์ที่เพียงพอ (ค่อนข้างดีกว่าประเภทของธง) แต่การกระจายตัวที่มากนี้ไม่จำเป็นเลยเมื่อมี Fson ของ Rdson ที่ต่ำกว่ามาก แรงดันที่ลดลงจะเป็น1.1V นั่นคือของแรงดันไฟฟ้า ไม่มากนัก แต่ใช้แรงดันไฟฟ้าที่ไม่จำเป็นซึ่งอาจนำไปใช้กับมอเตอร์$0.18 \Omega$$I^2 \times R$$(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W$$V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V$$\frac{1}{24} =~ 4%$

MOSFET นั้นอยู่ในสต็อกที่ digikeyราคา $ 1.41 ใน 1

แต่

สำหรับ 94 เซนต์ใน 1 ยังมีอยู่ใน Digikeyคุณสามารถมี IPP096N03L MOSFET ที่งดงามเป็นพิเศษ นี้เป็นเพียง 30V จัดอันดับ แต่มี ,ของ (!!!) และแรงดันเกณฑ์สูงสุด (เปิดแรงดัน 2.2 โวลต์. นี้เป็นที่ยอดเยี่ยมอย่างเต็มที่ FET ทั้งเงินและในแง่แน่นอน$I_{max} = 35A$$R_{DS(on)}$$10 m \Omega$

ที่ 6A คุณจะได้รับกระจาย มันจะรู้สึกอบอุ่นเมื่อสัมผัสโดยไม่ต้องใช้ฮีทซิงค์$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW$

แผ่นข้อมูล IPP096N03L

หากคุณต้องการแรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเล็กน้อยคุณสามารถรับ97 เซนต์ในสต็อก 55V, 25A, IPB25N06S3-2 - แม้ว่าประตูthreshholdจะได้รับส่วนเล็กน้อยสำหรับการทำงาน 5V$25 m \Omega$

การใช้สเปคของ Digikey เลือกพารามิเตอร์ระบบปล่อยของ "ขุนเหมาะสำหรับการใช้งานนี้เหมือนกัน. 100V, 50A, ประตูตรรกะ (เปิดต่ำแรงดันไฟฟ้า <\$R_{ds(on)}$$50 m \Omega$

เล็กน้อย dearer ที่$ 1.55 ใน 1 ในสต็อกที่ Digikeyแต่ 100V, 46A,ทั่วไป 2V ... BUK95 ที่ยอดเยี่ยมอย่างเต็มที่ / 9629-100Bที่จะพวกเขาได้รับส่วนเหล่านี้ ตัวเลขจากไหน :-)$24 m \Omega$ $R_{ds(on)}$$V_{th}$

ถึงแม้จะมีเพียง 3V Gate Drive ที่ 6Aจะอยู่ที่ประมาณหรือประมาณ 1.25 วัตต์ ที่ 5V gate driveให้พลังงานประมาณ 900 mW แพคเกจ TO220 จะร้อนเกินไปที่จะสัมผัสกับอากาศฟรีด้วยการกระจาย 1 ถึง 1.25 วัตต์ - เพิ่มขึ้นประมาณ 60 ถึง 80 C เป็นที่ยอมรับ แต่ร้อนกว่าที่ต้องการ แผ่นระบายความร้อนชนิดใด ๆ จะทำให้มันลงไปเพียงแค่ "ดีและอบอุ่น"$R_{ds(on)}$$35 m \Omega$$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega$

วงจรนี้จากที่นี่เกือบจะเป็นสิ่งที่คุณต้องการและช่วยฉันวาดหนึ่ง :-)

แทนที่ BUZ71A ด้วย MOSFET ตามที่คุณต้องการ

การป้อนข้อมูล:

• E: X3 เป็นอินพุตจากไมโครคอนโทรลเลอร์ นี่เป็นแรงผลักดันที่สูงเป็นระยะ ๆ "PWM5V" มีการต่อสายดิน

• หรือ: X3 เชื่อมต่อกับ Vcc PWM5V ขับเคลื่อนโดยไมโครคอนโทรลเลอร์พิน - ต่ำ = เปิด, สูง = ปิด

ดังแสดง\$R1 = 270 \Omega$

• ปัจจุบันคือ$I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}$

• หรือตัวต้านทานคือ$R = \frac{(Vcc-1.4)}{I}$

สำหรับ Vcc = 5V และ I ที่นี่ = ~ 13 mA ถ้าคุณต้องการพูด 10 mA ดังนั้น - พูด 330R$270 \Omega$$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega$

เอาท์พุท:

R3 จะดึงประตู FET ไปที่กราวด์เมื่อปิด ด้วยตัวเอง 1K ถึง 10k จะเป็น OK - ค่ามีผลต่อเวลาปิด แต่ไม่สำคัญเกินไปสำหรับไดรฟ์คง แต่เราจะใช้ที่นี่เพื่อสร้างตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าเพื่อลดแรงดันเกตของ FET เมื่อเปิด ดังนั้นให้ R3 เป็นค่าเดียวกับ R2 - ดูย่อหน้าถัดไป

R2 แสดง gointo +24 Vdc แต่สูงเกินไปสำหรับการจัดอันดับประตูสูงสุด FET นำไปที่ +12 Vdc จะดีและ + 5Vdc จะใช้ได้หากใช้เกตลอจเกต FET ที่กล่าวถึง แต่ที่นี่ฉันจะใช้ 24 Vdc และใช้ R2 + R3 เพื่อแบ่งแรงดันไฟฟ้าที่ 2 เพื่อ จำกัด Vgate ให้เป็นค่าที่ปลอดภัยสำหรับ FET

R2 ตั้งค่าประจุตัวเก็บประจุ Gate FET ในปัจจุบัน Set R2 = 2k2 ให้ไดรฟ์ ~ 10 mA ตั้ง R3 = R2 ดังกล่าวข้างต้น

นอกจากนี้ให้เพิ่มซีเนอร์ 15V ทั่ว R3, แคโทดไปที่เกท FET, ขั้วบวกขั้วบวก, สิ่งนี้ให้ ป้องกันประตูจากแรงดันเกิน

มอเตอร์เชื่อมต่อตามที่แสดง

ต้องรวม D1 - สิ่งนี้จะช่วยป้องกันเข็มที่ด้านหลังซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมอเตอร์ถูกปิด หากไม่มีสิ่งนี้ระบบจะตายเกือบทันที BY229 diode ที่แสดงนั้นเป็น OK แต่ overkill 2A หรือไดโอดอันดับสูงสุดใด ๆ ในปัจจุบันจะทำ RL204เป็นเพียงหนึ่งในหลากหลายของไดโอดที่จะเหมาะกับ ไดโอดความเร็วสูงที่นี่อาจช่วยเล็กน้อย แต่ไม่จำเป็น

ความเร็วสวิตชิ่ง : ตามที่แสดงวงจรนี้เหมาะสำหรับการเปิด / ปิดการควบคุมหรือ PWM ที่ช้า อะไรก็ได้ที่ประมาณ 10 kHz ควรใช้งานได้ / สำหรับ PWM ที่เร็วขึ้นจำเป็นต้องมีไดรเวอร์ที่ออกแบบมาอย่างเหมาะสม

เท่าที่เกี่ยวข้องกับ MOSFET, optocoupler เป็นเพียงทรานซิสเตอร์

เท่าที่ไมโครคอนโทรลเลอร์มีความเกี่ยวข้องออปโตคัปเปลอร์เป็นเพียง LED

ดังนั้นสิ่งที่คุณต้องมีก็คือวงจร MOSFET ที่ขับเคลื่อนด้วยทรานซิสเตอร์และวงจรไฟ LED ที่ใช้ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบปกติ

นี่คือตัวอย่างของการขับ MOSFET ด้วยทรานซิสเตอร์:

ดังนั้น Q2 คือด้านเอาต์พุตของออปโตคัปเปอร์ R2 จะถูกแทนที่ด้วยอินพุต LED ด้านของ opto-coupler และเป็นตัวต้านทาน จำกัด ปัจจุบัน

การแยกของ optocoupler ให้ประโยชน์ที่คุณสามารถวางเอาท์พุททรานซิสเตอร์ได้ทุกที่ที่คุณต้องการโดยไม่ขึ้นกับแรงดันไฟฟ้าของไมโครคอนโทรลเลอร์
การขับ opto-coupler หมายถึงการขับ LED หากไมโครคอนโทรลเลอร์ไม่สามารถขับได้โดยตรงคุณจะต้องมีทรานซิสเตอร์ตัวเล็ก ๆ
ถัดไปคุณวางเอาท์พุททรานซิสเตอร์ของ optocouplers ไปที่ MOSFET: ตัวรวบรวมบน V +, ตัวส่งสัญญาณที่ประตู วางตัวต้านทานระหว่างเกตและกราวด์ วิธีนี้คุณจะสลับเกทของ MOSFET ระหว่าง V + และกราวด์ MOSFET ไม่ต้องการ 24V เพื่อสลับ 6A อย่างไรก็ตาม 5V นั้นเพียงพอ คุณสามารถ จำกัด แรงดันเกตได้โดยให้ตัวต้านทานเป็นอนุกรมด้วยทรานซิสเตอร์ของออปโตคัปเปลอร์ หากทรานซิสเตอร์ลงกราวด์คือ 4k7 คุณสามารถเลือก 10k สำหรับสิ่งนี้

ถ้า LED ของออปโตคัปเปลอร์ติดที่ทรานซิสเตอร์จะทำงานและทำให้เกทสูงขึ้นให้เปิด MOSFET หาก LED ปิดทรานซิสเตอร์จะปิดและตัวต้านทานจะถูกดึงออกมาต่ำ