Có phải là thực hành tốt để chạy một lượng lớn dòng điện thông qua MOSFET?

Tôi đã tìm kiếm một cách tốt để kiểm soát dòng chảy của rất nhiều dòng điện trong dự án của tôi. Điều này có thể tại một số điểm là 40-50 amper ở 12-15 V. Trong khi rơle là một lựa chọn tốt, chúng là cơ học và do đó cần có thời gian để kích hoạt và hao mòn theo thời gian.

Tôi đã thấy các MOSFET (như IRL7833 này ) được quảng cáo là có thể xử lý các tác vụ đòi hỏi khắt khe như vậy. Tuy nhiên, xem xét kích thước của FET, nó khiến tôi không thoải mái khi đặt nhiều sức mạnh đó qua nó. Đây có phải là một mối quan tâm hợp lệ?

— John Leuenhagen
nguồn

Kích thước của gói không cho bạn biết nhiều. Bảng dữ liệu nào. Nếu bạn dành thời gian để đọc nó đúng cách, bạn có thể cảm ơn chính mình vì điều đó sau.

— Dampmaskin

Một lời khuyên: Luôn luôn thử và lấy các thành phần của bạn từ các trang web như Digikey / Farnell / RS và các trang web khác. Không chỉ làm bạn (thường) có giá cạnh tranh hơn, bạn cũng có được một LOT biết thêm thông tin về các thành phần. Mặc dù trang Amazon này có một danh sách các tính năng, nhưng nó không bao gồm biểu dữ liệu. Đây là tài liệu bạn muốn đọc qua để xem nó có thực tế để sử dụng cho dự án của bạn không

— MCG

Bạn có thể cố gắng tìm kiếm số phần của google và cố gắng tìm một biểu dữ liệu phù hợp nhưng bạn không thể chắc chắn rằng đó là một kết hợp chính xác, hoặc sản phẩm bạn mua không phải là một bản sao rẻ tiền và nhảm nhí của hàng thật. Do đó, hãy mua nó từ một trang web có uy tín, nếu bạn nghiêm túc về những gì bạn đang làm.

— Dampmaskin

Như được chạm vào bên dưới, nó có nghĩa là những gì bạn có nghĩa là "kiểm soát dòng chảy". Nếu bạn có kế hoạch sử dụng MOSFET làm điện trở thay đổi, nó sẽ bị cháy. Nếu bạn có kế hoạch sử dụng nó như một công tắc BẬT / TẮT, nó sẽ hoạt động với việc làm mát đầy đủ.

— Barleyman

@Barleyman Tôi có thể sẽ chuyển đổi dòng điện với PWM. Đây có thể là ~ 330Hz, vì tôi tin rằng đó là những gì Arduinos sử dụng theo mặc định với analogWrite.

— John Leuenhagen

Câu trả lời:

Tại sao một dây đồng dày có thể xử lý một dòng điện lớn?

Bởi vì nó có sức đề kháng thấp . Miễn là bạn giữ điện trở ở mức thấp (bật hoàn toàn MOSFET, ví dụ sử dụng V _gs = 10 V như trong biểu dữ liệu của IRL7833) thì MOSFET sẽ không tiêu hao nhiều năng lượng.

Tiêu tan năng lượng là: vì vậy nếu R được giữ đủ thấp MOSFET có thể xử lý này. $P$ $P = I^2 * R$

Tuy nhiên, có một số cảnh báo:

Hãy xem bảng dữ liệu của IRL7833 .

Đó là 150 A ở nhiệt độ trường hợp 25 độ C. Điều này có nghĩa là bạn có thể sẽ cần một tản nhiệt tốt. Bất kỳ nhiệt nào bị tiêu tan sẽ có thể "thoát" như R _{DS, trên} NMOS sẽ tăng lên khi nhiệt độ tăng. Điều này sẽ làm tăng sự tiêu hao năng lượng ... Xem nơi đó đang đi? Nó được gọi là chạy trốn nhiệt .

Những dòng điện rất cao thường là dòng xung , không phải dòng liên tục.

Trang 12, điểm 4: Dòng giới hạn gói là 75 A

Vì vậy, trong thực tế với một IRL7833, bạn bị giới hạn ở 75 A, nếu bạn có thể giữ cho MOSFET đủ mát.

Bạn muốn hoạt động ở 40 - 50 A, ít hơn 75 A. Bạn càng ở xa giới hạn của MOSFET thì càng tốt. Vì vậy, bạn có thể cân nhắc sử dụng MOSFET mạnh hơn nữa hoặc sử dụng song song hai (hoặc nhiều hơn).

Bạn cũng sẽ không cung cấp nhiều năng lượng cho MOSFET và MOSFET không xử lý 50 A * 15 V = 750 watt.

Khi tắt MOSFET sẽ xử lý 15 V gần như không có dòng điện (chỉ là rò rỉ), do dòng điện thấp sẽ không đủ năng lượng để làm nóng MOSFET.

Khi trên MOSFET sẽ xử lý 50 A, nhưng nó sẽ có điện trở thấp hơn 4 mohm (khi trời mát) vì vậy có nghĩa là 10 watt. Điều đó không sao, nhưng bạn phải giữ cho MOSFET mát mẻ.

Đặc biệt chú ý đến hình 8 của biểu dữ liệu, "Vùng vận hành an toàn tối đa" bạn phải ở trong khu vực đó hoặc có nguy cơ làm hỏng MOSFET.

Kết luận: vậy bạn có thể không? Có, bạn có thể, nhưng bạn phải làm một số "bài tập về nhà" để xác định xem bạn có ở trong giới hạn an toàn không. Chỉ cần giả sử rằng MOSFET có thể xử lý một dòng điện nhất định bởi vì nó được quảng cáo như vậy là một công thức cho thảm họa. Bạn phải hiểu những gì đang diễn ra và những gì bạn đang làm.

Ví dụ: từ 50 A đến 4 mohms đã cho công suất tiêu thụ 10 W, điều này có ý nghĩa gì đối với tất cả các kết nối và dấu vết trên PCB? Họ phải có một sức đề kháng rất thấp!

— Bimpelrekkie
nguồn

Bạn đánh bại tôi vào nó! Tôi đã viết được một nửa câu trả lời, nhưng bạn nói tất cả những gì tôi sẽ làm, và một chút nữa! +1 từ tôi!

— MCG

Cảm ơn bạn! Sau tất cả những điều đó tôi cảm thấy tốt hơn rất nhiều khi làm điều này. Tôi đoán tôi sẽ đặt hàng một tản nhiệt đẹp!

— John Leuenhagen

Bạn cũng có thể muốn đề cập rằng việc chuyển đổi giữa trạng thái bật và tắt (cả hai hướng) nên được lên kế hoạch. Mạch điều khiển MOSFET cần có khả năng điều khiển cổng với đủ dòng điện (cả tắt và tắt) để MOSFET dành thời gian chuyển tiếp đủ ngắn giữa các trạng thái để nó không tiêu thụ một lượng điện năng lớn ( dẫn đến nhiệt) trong khi nó chỉ là một phần trên. Đối với MOSFE công suất, điện dung của cổng có thể khá đáng kể, đòi hỏi phải điều khiển cổng với dòng điện lớn hơn đáng kể so với đầu ra logic "thông thường".

— Makyen

Nó nhấn mạnh tầm quan trọng của nhiệt độ CASE là 25C đối với các xếp hạng đó. Nếu trường hợp là 25C và môi trường là 25C, thiết bị KHÔNG làm tiêu tan bất kỳ nguồn điện nào! Sẽ luôn luôn có điện trở nhiệt giữa gói và tản nhiệt / không khí / PCB, và bất kỳ năng lượng nào tiêu tán qua điện trở đó sẽ phát sinh sự tăng nhiệt độ - giống như dòng điện qua điện trở dẫn đến điện áp.

— ajb

Nếu anh ta sử dụng MOSFET làm điện trở thay đổi, nó sẽ chết trên lửa. ví dụ, giới hạn dòng điện ở 25A có nghĩa là điều chỉnh điện trở trên 0,3R. Điều đó làm việc ra đến 187,5W tản. Bùng nổ.

— Barleyman

Bổ sung cho câu trả lời hay của @Bimpelrekkie, tôi muốn gọi sự chú ý của bạn cho sự cần thiết của một đường dẫn khác đến luồng hiện tại khi bạn tắt tải.

Ngay cả khi bạn đang điều khiển dòng điện cho tải điện trở thuần (về mặt lý thuyết), nó có thể bao gồm một số điện cảm đi lạc. Vì vậy, khi bạn tắt 15A, cuộn cảm này sẽ gây ra sự quá tải điện áp trong các thiết bị đầu cuối mosfet, điều này có thể dẫn đến sự cố và phá hủy. Ngay cả các dây tự cảm có thể gây ra một số vấn đề với dòng điện này.

Giải pháp điển hình là đặt một diode chống song song với tải, như trong sơ đồ dưới đây:

schematic

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

Ngoài ra, như bạn lo ngại về sự tiêu hao năng lượng, điều quan trọng là phải đề cập đến cả năng lượng tiêu tan khi mosfet đang bật và tắt. Một số năng lượng bị tiêu tan mỗi khi kênh được hình thành hoặc bị chặn.

Công suất tiêu tán do chuyển mạch xấp xỉ:

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

Như bạn có thể thấy, nếu bạn dành một thời gian dài trong quá trình chuyển đổi, mosfet có thể tiêu tan nhiều năng lượng và nó sẽ là một vấn đề.

Để thực hiện quá trình chuyển đổi nhanh, bạn cần sử dụng mạch điều khiển cổng giữa arduino và mosfet. Ngoài ra, mạch điều khiển cổng là bắt buộc nếu bạn đang dự định sử dụng mosfet được kết nối với cực dương của nguồn điện. Trong tình huống này, arduino không thể tạo ra điện áp dương giữa cổng và cực nguồn, vì nguồn sẽ nổi tùy thuộc vào điều kiện dòng tải.

— Luis Possatti
nguồn

Cảm ơn bạn về thông tin. Vì vậy, bạn có nghĩa là để nói rằng nếu tôi có nguồn mosfet kết nối tích cực với nguồn cung cấp năng lượng của tôi, tôi sẽ cần một mạch điều khiển? Nhưng nếu tôi có nguồn kết nối sau khi tải và sau đó thoát xuống đất tôi có thể điều khiển nó mà không cần mạch điều khiển?

— John Leuenhagen

Xin chào @JohnLeuenhagen. Trên thực tế, trong trường hợp MOSFET kênh N được kết nối với cực dương của nguồn cung cấp, nó phải được kết nối bằng Drain của nó, chứ không phải chân Nguồn của nó. Nếu bạn kết nối nguồn của N-MOS với dây dẫn dương của nguồn cung cấp và cống với tải, nó sẽ luôn luôn dẫn do diode cơ thể bên trong của nó.

— Luis Possatti

Về sự cần thiết của trình điều khiển: Bạn chỉ có thể lái mosfet kênh N trực tiếp bằng vi điều khiển nếu bạn buộc pin nguồn vào cùng một vị trí trên mặt đất của vi điều khiển. Bằng cách này, bạn có thể lái cổng với điện áp cao hơn nguồn, chỉ bằng cách kéo GPIO của uC của bạn lên mức logic cao. Tuy nhiên, trong ứng dụng như của bạn, sử dụng trình điều khiển cổng luôn tốt, bởi vì nó sẽ giúp chuyển đổi nhanh hơn và sạc cổng với điện áp cao hơn (10V ~ 15V), làm giảm điện trở của kênh dẫn và do đó tiêu hao điện năng .

— Luis Possatti

Tôi hiểu rồi. Vì vậy, việc sạc cổng đến điện áp cao hơn làm cho việc chuyển đổi nhanh hơn? Bởi vì nếu vậy, bạn có thể sử dụng một mosfet thứ hai có cống của nó được kết nối với + 12 v và nguồn đến cổng của mosfet đầu tiên để kiểm soát nó không?

— John Leuenhagen

Mạch bạn đã đề cập sẽ hoạt động để sạc cổng của mosfet chính cho đến khi một số giá trị dưới 5V, bởi vì sau đó VSS của mosfet thứ cấp sẽ không đủ để giữ nó ở trạng thái bật. Hãy xem bài viết này, giải thích một nguyên tắc cơ bản của chuyển đổi mosfet: nutvolts.com/questions-and-answers/mosfet-basics

— Luis Possatti

Google "chuyển tiếp trạng thái rắn" và bạn sẽ tìm thấy nhiều hơn những gì bạn muốn biết. Và họ làm việc với AC, nếu cần bao giờ phát sinh. Chúng được khép kín và có mạch bảo vệ được yêu cầu tích hợp.

— giàu1941
nguồn

Xin lưu ý rằng không phải tất cả các rơle trạng thái rắn sẽ chuyển đổi DC, nhiều người chỉ là AC (thường là vì họ sử dụng triacs hoặc thyristor làm thành phần chuyển mạch). Ngoài ra, nếu bạn mua từ eBay hoặc Amazon, họ có thể hoặc không thể theo thông số kỹ thuật hoặc có "mạch bảo vệ". Cấp, điều này cũng đúng cho các bóng bán dẫn rời rạc.

— jms

Cảm ơn vì nhận xét đó. Ngoài ra, nhiều thiết bị như vậy tạo ra EMI khủng khiếp được tiến hành và tỏa ra! Cần kiểm tra điều này trước khi giải quyết cài đặt vĩnh viễn.

— richard1941