Thiết kế điốt MOSFET

Tôi sẽ bắt đầu điều này bằng cách đơn giản nói rằng tôi không phải là Kỹ sư điện. Tuy nhiên, tôi là một lập trình viên nhúng, người đã có một số kinh nghiệm về thiết kế và thiết lập mạch (cho tôi 1 và 0 và tôi có thể làm cho họ nhảy ... nhưng Analog là ma thuật đen ...).

Một số nền tảng có thể giúp hiểu những gì đang xảy ra ở đây. Tôi làm việc trong thời gian rảnh rỗi để giúp một nhà hát địa phương trở thành một trong những Giám đốc kỹ thuật của họ. Từ lâu, họ đã xây dựng một giàn khoan được sử dụng trong một số sản phẩm và sự kiện đặc biệt. Giàn khoan này đặc biệt là một khung nhôm trên đường ray, phía trên sân khấu, được vận hành từ xa. Giàn khoan cho phép các thành viên công nghệ hạ thấp đạo cụ trên sân khấu trong khi chương trình đang diễn ra. Một chỗ dựa đơn giản được gắn vào một dây buộc và hạ xuống sân khấu bằng một động cơ DC nhỏ. Động cơ chỉ chạy theo một hướng - xuống. Giàn khoan sau đó nhảy ra khỏi sân khấu và được chuẩn bị cho lần sử dụng tiếp theo. Bởi thiết kế khá thú vị, động cơ được tháo ra và đặt lại nhiều lần (nó được thay đổi cho các mặt hàng khác nhau, không đủ không gian trên giàn cho mọi thứ).

Bây giờ, ban đầu tôi đã thiết kế các mạch điều khiển từ lâu và chúng đã hoạt động rất đẹp kể từ đó. Tuy nhiên, cuối cùng tôi cũng có thời gian và tiền bạc để giúp đỡ họ bằng cách nâng cấp nó. Trong quá trình đó, tôi đang cố gắng giải tất cả các câu đố về điện mà tôi chưa tìm được câu trả lời đúng.

Thiết kế ban đầu là DEAD đơn giản ... MOSFET kênh n được gắn vào uC (xem hình ảnh thấp hơn, nhưng loại bỏ A / B / C / D). Điều này đã làm việc liên tục. Tuy nhiên, mỗi khi cắm động cơ, trong khi thiết bị vẫn được cấp nguồn, thiết bị sẽ hoàn toàn khởi động lại. Ban đầu tôi nghĩ điều này có thể là do sự xâm nhập của dòng điện từ việc gắn cuộn dây động cơ DC, nhưng tôi không đủ hiểu biết để biết đó có phải là do thiếu diode không. Hoặc, tệ hơn, một cái gì đó đang xảy ra với uC. Sau vài chuyến đi qua google và trang web này, tôi đã thấy một số đề xuất được đưa ra, nhưng tôi không thể nhận ra đâu là giải pháp chính xác hay tốt nhất cho việc này. Thậm chí tệ hơn thế, tôi không biết làm thế nào để kích thước đúng bất kỳ thành phần nào trong số này (tôi xin lỗi, giúp đỡ!).

Để biết thêm thông tin, động cơ được gắn luôn là 3v-3.3v và 1A để hoạt động. Động cơ có thể được thay đổi nhanh chóng, vì vậy tôi không thể đưa ra một giá trị chính xác ở đây về các thuộc tính của từng động cơ (giàn khoan phải mù với điều này), nhưng 2 yêu cầu đó luôn được đáp ứng. Các động cơ cũng được điều khiển bởi PWM thông qua uC.

Đây là những đề xuất tôi đã thấy:

Vì vậy, hãy đi xuống danh sách.

'A' được đề xuất để ngăn chặn việc khóa uC khi trường sụp đổ trên xe máy. Tôi ... đoán điều đó có ý nghĩa, không chắc điều đó sẽ giúp hay làm tổn thương tôi.

'B' là một diode bay ngược tiêu chuẩn khi trường sụp đổ để ngăn EMF được nạp lại. Đây có phải là nơi chính xác để đặt nó? Làm thế nào để một kích thước diode nếu điều này là chính xác?

'C' là một fly-back kép zener cũng được đề xuất. Điều này đòi hỏi nhiều phần hơn, vì vậy tôi không chắc có gì có lợi ở đây không.

'D' là cài đặt varistor để ngăn chặn sự xâm nhập. Điều đó có thể ngăn uC của tôi khởi động lại khi động cơ được cắm không? Làm thế nào để một kích thước nó?

Có bất kỳ thiết kế trong số này là chính xác? Tôi có cần thêm TVS cho ESD không? Và quan trọng hơn, nếu bất kỳ trong số này là những lựa chọn tốt, làm thế nào để chọn một phần? Tôi biết để tìm kiếm một số mục nhất định trong một bảng dữ liệu, nhưng vô số các bit thông tin bổ sung chỉ làm tôi suy nghĩ. Điều gì quan trọng và điều gì không?

Cuối cùng (đó là một cuốn sách, tôi biết ...) chúng ta có chút cuối cùng mà tôi sẽ thêm vào trong năm nay.

Đây là một yêu cầu của giám đốc. Anh ta muốn có thể 'thả' một số mặt hàng nhất định thay vì sử dụng dây buộc. Để làm điều này, anh ta hiện có một sân khấu kém kết nối một nam châm khá lớn với pin xe hơi. Nam châm được xác định ở mức 12 V ở mức 0,66 Amps (EM175L-12-222 từ apwelectromagnets.com) cho lực giữ 110 # (hoàn toàn quá mức, nhưng liên quan đến an toàn). Mạch trên, tôi tin, sẽ làm những gì cần thiết. UC sẽ gửi 1 dòng xuống (MAG1 / MAG2, Armed là an toàn, cũng sẽ là 1) và nam châm được cấp năng lượng. Khi tôi muốn 'thả', tôi viết 0 trên MAG1 / MAG2, gửi cầu H theo hướng ngược lại, buộc nam châm đẩy prop đi (nó có xu hướng 'dính' vào lúc này nếu nam châm được để quá lâu, từ hóa tấm chống đỡ). Thiết kế này sẽ làm việc? Tôi có cần thêm các biện pháp bảo vệ tương tự hoặc khác nhau từ phía trên không vì trường EM trên này sẽ lớn hơn nhiều khi cầu H chuyển đổi?

Tôi chân thành đánh giá cao bất kỳ sự giúp đỡ nào tôi có thể nhận được về điều này. Tôi ước tôi có thể tiết lộ thêm về nhà hát, chương trình và các thông tin khác. Tuy nhiên, tôi theo một hợp đồng ngăn cản tôi làm điều đó mà không có sự chấp thuận của giám đốc (làm việc với nó!) Mọi sự trợ giúp đều được đánh giá cao và tôi sẽ cố gắng để bạn thêm vào cuốn sách nhỏ nếu đạo diễn chấp thuận.

Một lần nữa, cảm ơn bạn đã đọc câu chuyện về MOSFET, hoặc tiêu đề phổ biến hơn, Harry Potter và tù nhân của Diodes.

Chỉnh sửa theo câu hỏi của Tony:

Nguồn điện từ dòng A / C được chuyển đổi thành 12V thông qua nguồn điện trên bo mạch (100W, DPS-100AP-11 A của Delta Electronics), sau đó được chuyển đổi xuống 5V và 3.3V thông qua bộ điều chỉnh tuyến tính có khả năng 5A mỗi ( AZ1084CD-3.3TRG1 qua Diodes Được kết hợp cho nguồn cung cấp 3.3v, LM1084ISX qua TI cho nguồn cung cấp 5v). Cáp bên ngoài không được bảo vệ và chủ yếu bao gồm dây loa 2 cực tiêu chuẩn (không may là giá rẻ). Chiều dài cáp thay đổi từ vài inch trở lên 10 'tùy thuộc vào thiết lập giàn khoan tại thời điểm đó.

Tôi nghĩ rằng đối với động cơ chuyển đổi nóng, tôi sẽ nhìn vào một cái gì đó như thế này.

^{mô phỏng mạch này - Sơ đồ được tạo bằng CircuitLab}

D1 cung cấp cho đường ray một biện pháp cách ly với bất kỳ lái xe phía sau nào có thể xảy ra khi bạn kết nối động cơ. Bạn có thể cần phải sử dụng một đường ray cao hơn để bù cho sự sụt giảm diode đó. Bạn có thể muốn xem xét việc thay thế diode đó bằng một phần tử tích cực hơn chỉ được bật trước bóng bán dẫn chính và có ít sự sụt giảm hơn.

C1 thêm một số lưu trữ phí cục bộ để bù đắp tải khởi động ban đầu.

D3 tất nhiên là dành cho sự kiện flyback.

Điốt TVS D2 và D4 có mặt để đối phó với bất kỳ sự phóng tĩnh nào có thể xảy ra khi bạn cắm vào động cơ. Lưu ý rằng chúng được nối đất tập trung sao cho nếu cả hai dây động cơ đều có điện áp cao so với mặt đất của bạn thì cả hai đều có đường dẫn trở lại mặt đất.

R1 giới hạn dòng điện bật từ micro và cũng giúp bảo vệ micro khỏi mọi khớp nối điện dung của các sự kiện ESD.

Bạn có thể thêm một bộ giới hạn hiện tại hoặc cung cấp để thêm một bộ nối tiếp với D1 nếu bạn cho rằng đó là một vấn đề. Tuy nhiên, vì bạn đang sử dụng động cơ điện áp thấp, bạn không có nhiều khoảng trống.

Nối đất cũng cần được xem xét. Hệ thống của bạn cần được kết nối với mặt bằng sân khấu và kết nối đó cần càng gần nơi kết nối động cơ càng tốt. Việc nối đất cho vi mô v.v ... cần phải tự mình thúc đẩy điểm tiếp đất đó.

Bạn cũng có thể cần phải xem xét cách ly các trình điều khiển từ vi mô. Vì có rất nhiều chuyển đổi nóng đang diễn ra, có lẽ bởi những người không hiểu quá nhiều về sự tinh tế của hành động, cô lập nhiều hơn là tốt hơn. Hạn chế hiện tại cũng sẽ là một sự bao gồm tốt, vì một đoạn ngắn trên kết nối động cơ cũng là một sự kiện có thể xảy ra.

Đối với thiết kế nam châm.

Nếu bạn thực sự PHẢI đi theo cách đó, một trình điều khiển cầu đầy đủ phù hợp sẽ đủ. Có nhiều thiết bị có sẵn cho điều này và các mạch ví dụ có rất nhiều trong diễn đàn này và các nơi khác vì vậy tôi sẽ không mở rộng thêm về nó ở đây.

TUY NHIÊN: Sự khôn ngoan của việc sử dụng nam châm điện cho mục đích này là bị lỗi. Nên nói nam châm tắt không đúng lúc có một mối nguy hiểm thực sự là thứ gì đó sẽ bị rơi không đúng lúc gây thiệt hại tài sản hoặc thương tích nặng hơn hoặc thậm chí tử vong.

Như vậy, nếu là tôi, tôi sẽ từ chối thực hiện nó trên cơ sở đạo đức . Bạn cần phải đào chữa lành vết thương của bạn ở đây.

Cơ chế thả cần phải không an toàn trong tự nhiên. Đó là, mất điện nên không bao giờ cho phép vật phẩm rơi. Ngoài ra, trong khi được thao tác và cài đặt, mọi thứ nên được khóa tại chỗ vì sự an toàn của phi hành đoàn và người biểu diễn. Sử dụng một số hình thức quá trung tâm, điện từ được kích hoạt, cơ chế giải phóng cơ học, có thể với một chốt khóa bổ sung, là điều bắt buộc.

Câu trả lời này chỉ giải quyết vấn đề nam châm điện.

Hệ thống an toàn phải được thiết kế để không an toàn . Điều đó có nghĩa là sự thất bại của bất kỳ thành phần nào trong chuỗi điều khiển phải dẫn đến tình trạng an toàn (hoặc an toàn hơn). Các biện pháp phòng ngừa đặc biệt phải được thực hiện trong các hệ thống an toàn được kiểm soát bằng phần mềm như bộ xử lý dự phòng, khớp nối AC, v.v., vì lỗi phần mềm, sự cố và lỗi bóng bán dẫn có thể dẫn đến tình huống nguy hiểm. ví dụ: Bạn không thể đảm bảo liệu một bóng bán dẫn sẽ không mở hoặc ngắn mạch.

Hình 1. Một khóa cửa mag.

Khóa mag cửa có sẵn trong năng lượng-to-lock (phổ biến nhất) và cung cấp năng lượng để giải phóng (ví dụ như nhà tù). Dường như với tôi rằng loại phát hành năng lượng sẽ hoạt động trong ứng dụng của bạn.

Tôi không biết điều này, nhưng tôi nghi ngờ rằng ba cực được sắp xếp là nam-bắc-nam (hoặc ngược lại) và cuộn dây bị thương, bị đẩy vào các khe đen và được đặt trong vị trí. Khi nam châm chạm vào người giữ, mạch từ được đóng lại. Như bất cứ ai đã chơi với một nam châm móng ngựa sẽ biết, mở vòng kín là rất khó.

Hình 2. Đường dẫn cuộn dây và từ thông.

Ở đây chúng ta có thể thấy rằng với khóa mở, các mặt tiếp xúc là các cực của nam châm. Cũng lưu ý rằng đường dẫn từ rộng gấp đôi ở cực trung tâm so với các cực trên và dưới do đó mật độ từ thông khá ổn định. Khi khóa đóng từ thông tạo thành một vòng lặp qua lõi sắt.

Khi cuộn dây được cấp năng lượng với điện áp và cực tính đúng, từ thông nam châm vĩnh cửu sẽ bị hủy bỏ và phần ứng được giải phóng.

Bây giờ vấn đề của bạn đã giảm để đảm bảo rằng cuộn dây chỉ có thể được cấp năng lượng vào thời điểm thích hợp. Đặt một hoặc hai nút ấn nối tiếp với cuộn dây có thể đủ. Trong thiết lập này, ai đó sẽ theo dõi rằng có thể giảm được không, nhấn hai nút và bộ điều khiển vi mô vẫn có thể thực hiện thời gian chính xác, nếu cần.

Có hai loại đặt lại cảm ứng EMI. Tiến hành và bức xạ.

Tiến hành khá dễ dàng để phạm vi và sửa chữa với một loạt các nắp gần trình điều khiển cung cấp V +, 0V với nguồn được cung cấp đầy đủ.

Bức xạ khó xác định hơn, phạm vi trục trặc và phụ thuộc vào chất lượng của cáp và phương pháp che chắn với sự lựa chọn mặt đất. Chẳng hạn như cặp xoắn được che chắn. Chúng có thể cải thiện bức xạ ngoài ý muốn gây nhiễu xuyên âm giữa các dây cáp. Các nguồn cung cấp DC nổi thường làm cho việc hấp thụ nhiễu bức xạ trở nên khó khăn hơn nhưng sau đó cũng có thể là đường dẫn cho các trục trặc nhiễu kết hợp mặt đất khác.

C không bắt buộc khi B được sử dụng cho một công tắc một phía. D là một ICL được sử dụng nối tiếp với tải có thể hạn chế dòng khởi động đột ngột nhưng cũng hạn chế mô-men xoắn khởi động nhưng lại dư thừa nếu bạn có bộ điều khiển tăng tốc để điều chỉnh tăng điện áp để làm điều tương tự.

Thật không may, chi tiết đòi hỏi nhiều chi tiết cụ thể hơn về bố trí, nối đất của nguồn cung cấp và tấm chắn, loại cáp và độ dài thiếu trong câu hỏi của bạn.

Lưu ý rằng các cặp xoắn được che chắn có thể là giải pháp tốt nhất với cuộn cảm CM xung quanh cáp hoặc tốt hơn, cuộn cảm CM SMD được xếp hạng cho mức tăng đột biến hiện nay.