Чи є хорошою практикою запускати велику кількість струму через MOSFET?

Я шукав хороший спосіб контролювати потік великої кількості струму в своєму проекті. Деякі моменти можуть становити 40-50 ампер на 12-15 В. Хоча реле - хороший вибір, вони механічні, і тому потрібен час для активації та зношування.

Я бачив MOSFET (наприклад, цей IRL7833 ), які рекламуються, щоб мати можливість впоратися з такими складними завданнями. Однак, враховуючи розмір FET, мені стає незручно вкладати стільки сил через це. Це поважне питання?

— Джон Лейнгаген
джерело

Розмір упаковки вам мало що говорить. Таблиця даних є. Якщо ви знайдете час, щоб правильно його прочитати, ви можете пізніше подякувати за це.

— Дампмаскін

Кілька порад: Завжди намагайтеся діставати свої компоненти з сайтів, таких як Digikey / Farnell / RS та інших подібних сайтів. Мало того, що ви (зазвичай) отримати більш конкурентоспроможні ціни, ви також отримаєте LOT більше інформації про компонентах. Хоча ця сторінка Amazon має перелік функцій, вона не включає таблицю даних. Це документ, який ви хочете прочитати, щоб побачити, чи він практичний для використання у вашому проекті

— MCG

Ви можете з користю спробувати перенести номер деталі в Google і спробувати знайти відповідний аркуш, але ви не можете бути впевнені, що це точно збіг, або що товар, який ви купили, не є дешевим і хитрим клоном справжньої речі. Тому купуйте його з авторитетного сайту, якщо ви яким-небудь чином серйозно ставитеся до того, що ви робите.

— Дампмаскін

Як торкнулося нижче, це означає, що ви маєте на увазі під "контролем потоку струму". Якщо ви плануєте використовувати MOSFET як змінний резистор, він згорить. Якщо ви плануєте використовувати його як перемикач ON / OFF, він повинен працювати при належному охолодженні.

— Barleyman

@Barleyman Я, швидше за все, перемикаю струм із ШІМ. Це, ймовірно, буде ~ 330 ГГц, оскільки я вважаю, що саме це Arduinos використовує за замовчуванням з analogWrite.

— Джон Левенгаген

Відповіді:

Чому товстий мідний дріт може обробити великий струм?

Тому що він має низький опір. Доки ви будете тримати низький опір (повністю увімкніть MOSFET, наприклад, використовуйте V _gs = 10 V, як у таблиці IRL7833), MOSFET не розсіюватиме велику потужність.

Розсіяна потужність дорівнює: тому, якщо R утримується досить низько, MOSFET може це впоратися. $P$ $P = I^2 * R$

Однак є деякі застереження:

Давайте подивимось на аркуш IRL7833 .

Це 150 А при температурі корпусу 25 градусів С. Це означає, що вам, мабуть, знадобиться хороший радіатор. Будь-яке тепло, яке розсіюється, повинно бути здатне «виходити», як _{Rs, на} NMOS буде зростати зі збільшенням температури. Що збільшить розсіювання потужності ... Бачите, куди це йде? Його називають тепловим утіканням .

Ці дуже високі струми часто є імпульсними струмами, а не безперервними струмами.

Сторінка 12, точка 4: Обмежувальний струм упаковки становить 75 А

Тож на практиці з одним IRL7833 ви обмежуєтесь 75 А, якщо зможете зберегти MOSFET достатньо прохолодним.

Ви хочете працювати при 40 - 50 А, це менше, ніж 75 А. Чим далі ви тримаєтесь від меж MOSFET, тим краще. Тож ви можете розглянути можливість використання ще більш потужного MOSFET або використовувати два (або більше) паралельно.

Ви також не подаєте стільки енергії через MOSFET, і MOSFET не обробляє 50 А * 15 В = 750 Вт.

У вимкненому режимі MOSFET або обробляє 15 В майже без струму (лише витік), через низький струм, який не буде достатньою потужністю для нагріву MOSFET.

Коли на MOSFET буде працювати 50 А, але він матиме менший опір, ніж 4 мом (коли він прохолодний), так що це означає 10 Вт. Це нормально, але ви повинні зберігати MOSFET прохолодно.

Зверніть особливу увагу на рисунку 8 "Максимально безпечна зона експлуатації", ви повинні залишатися в межах цієї зони або ризикувати пошкодити MOSFET.

Висновок: так ви можете? Так, ви можете, але вам доведеться зробити кілька «домашніх завдань», щоб визначити, чи будете ви в безпечних межах. Просто припущення, що MOSFET може справлятися з певним струмом, оскільки його рекламують як таке, є рецептом катастрофи. Ви повинні зрозуміти, що відбувається і що ви робите.

Наприклад: оскільки від 50 А до 4 мом вже дається 10 Вт розсіювання потужності, що це означає для всіх з'єднань та слідів на друкованій платі? Вони повинні мати дуже низький опір!

— Бімпелрекіе
джерело

Ти побив мене до цього! Я був на півдорозі, коли я написав відповідь, але ви сказали все, що я збирався, і ще трохи! +1 від мене!

— MCG

Дякую! Зрештою, я відчуваю себе набагато краще, роблячи це. Напевно, я замовляю приємний тепловідвід!

— Джон Левенгаген

Ви можете також зазначити, що слід планувати перехід між станом увімкнення та вимкнення (обидва напрямки). Схема, що управляє MOSFET, повинна мати можливість керувати воротами з достатньою кількістю струму (як вимкнено, так і вимкнено), щоб MOSFET витрачав досить короткий час на перехід між станами, таким чином, щоб він не споживав велику кількість енергії ( в результаті нагрівання), поки воно лише частково увімкнено. Для потужних MOSFET ємність затвора може бути досить значною, що вимагає керування затвором зі значно більшим струмом, ніж це може бути забезпечено "нормальними" логічними виходами.

— Макіен

Це підкреслює важливість температури CASE 25C для цих оцінок. Якщо справа 25C, а навколишнє середовище - 25C, пристрій НЕ розсіює жодної енергії! ВИНАГО буде тепловий опір між пакетом і радіатором / повітрям / друкованою платою, і будь-яка потужність, що розсіюється через цей опір, призведе до підвищення температури - так само, як струм через опір призводить до напруги.

— ajb

Якщо він використовує MOSFET як змінний резистор, він загине у вогні. наприклад, обмеження струму до 25А означало б регулювання опору на 0,3R. Це спрацьовує з розсіюванням 187,5 Вт. Бум.

— Barleyman

Доповнюючи хорошу відповідь @Bimpelrekkie, я хотів би звернути вашу увагу на необхідність альтернативного шляху до поточного потоку, коли ви вимикаєте навантаження.

Навіть якщо ви керуєте струмом для (теоретично) чистого резистивного навантаження, це може включати деяку інтенсивність індуктивності. Отже, коли ви вимикаєте 15А, ця індуктивність призведе до перенапруги напруги в терміналах MOSFET, що може призвести до її поломки та наслідків руйнування. Навіть самоіндуктивність проводів може викликати певну проблему з цією кількістю струму.

Типовим рішенням є розміщення діода проти паралельно навантаженню, як на схемі нижче:

схематичний

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Крім того, оскільки вас турбує розсіювання електроенергії, важливо згадати також потужність, що розсіюється при включенні та вимкненні мусфета. Деяка енергія розсіюється щоразу, коли канал формується або блокується.

Розсіяна потужність внаслідок комутації приблизно:

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

Як бачите, якщо ви витратите тривалий час на процес перемикання, MOSFET може розсіятися на багато потужності, і це буде проблемою.

Щоб зробити переходи швидкими, потрібно використовувати схему драйвера воріт між ардуїно і мосфетом. Крім того, схема драйвера затвора є обов'язковою, якщо ви плануєте використовувати мусфет, підключений до позитивного клеми блоку живлення. У цій ситуації ардуїно не в змозі генерувати позитивну напругу між затвором та джерелом джерела, оскільки джерело буде плавати залежно від стану поточного навантаження.

— Луїс Поссатті
джерело

Дякую за інформацію. Отже, ви хочете сказати, що якщо у мене є джерело MOSFET, підключений до позитивного джерела живлення, мені знадобиться драйвер? Але якщо у мене підключено джерело після завантаження, а потім стік на землю, я можу ним керувати без драйвера?

— Джон Левенгаген

Привіт @JohnLeuenhagen Насправді, у випадку, якщо N-канал MOSFET підключений до позитивного терміналу живлення, він повинен бути підключений його зливом, а не його вихідним штифтом. Якщо ви підключите джерело N-MOS до позитивного виводу подачі та зливу до навантаження, воно завжди буде проводитись завдяки внутрішньому диоду корпусу.

— Луїс Поссатті

Про необхідність драйвера: Ви можете керувати N-канальним мосфетом безпосередньо за допомогою мікроконтролера, лише якщо прив'язати вихідний штифт до того самого потенціалу, що і заземлення мікроконтролера. Таким чином, ви можете загнати ворота з більш високою напругою, ніж джерело, просто підтягнувши GPIO вашого комп'ютера до логічного рівня. Однак у такому застосуванні, як і у вашому, завжди добре використовувати драйвер затвора, тому що він робить швидше перемикання і заряджає ворота більш високою напругою (10 В ~ 15 В), знижуючи опір струмопровідного каналу і так розсіюється потужність .

— Луїс Поссатті

Я бачу. Тож чи зарядка затвора на більш високу напругу робить вимикач швидшим? Тому що якщо так, чи можете ви використовувати другий мусфет, у якого його стік підключений до + 12В та джерело до воріт першого мосфета для управління ним?

— Джон Левенгаген

Схема, про яку ви згадали, працювала б для зарядки воріт основного мосфета до деякого значення нижче 5В, тому що тоді Vgs вторинного MOSFET не буде достатньо, щоб утримати його в стані включення. Погляньте на цю статтю, яка пояснює основний принцип перемикання MOSFET: nutsvolts.com/questions-and-answers/mosfet-basics

— Луїс Поссатті

Google "твердотільне реле", і ви знайдете більше, ніж хотіли знати. І вони працюють з АС, якщо в цьому виникне потреба. Вони є автономними і мають вбудовану захисну схему.

— richard1941
джерело

Майте на увазі, що не всі твердотільні реле будуть перемикати постійний струм, багато з них є лише змінного струму (як правило, тому що вони використовують триаки або тиристори як елементи перемикання). Крім того, якщо ви купуєте, наприклад, з eBay або Amazon, вони можуть або не відповідають технічним характеристикам або матимуть "захисну схему". Зрозуміло, це справедливо і для дискретних транзисторів.

— джм

Дякую за коментар Крім того, багато таких пристроїв генерують жахливі проведені та випромінювані EMI! Потрібно перевірити це перед тим, як влаштуватися на постійну установку.

— richard1941