Bagaimana cara mengendarai MOSFET dengan optocoupler?

Jawaban:

37

MOSFET yang disarankan tidak cocok untuk aplikasi ini. Ada risiko besar bahwa hasilnya adalah kehancuran merokok :-(. Pada prinsipnya, FET hanya sangat sedikit sesuai dengan tugas itu. Bisa dibuat bekerja jika hanya itu yang Anda miliki tetapi ada jauh lebih banyak lagi. FET yang sesuai tersedia, mungkin dengan sedikit atau tanpa biaya tambahan.

Masalah utama adalah bahwa FET memiliki resistansi yang sangat buruk (= tinggi), yang mengarah pada disipasi daya tinggi dan penurunan level drive ke motor. Yang terakhir ini tidak terlalu signifikan tetapi tidak perlu.

Pertimbangkan - lembar data mengatakan bahwa pada resistensi (Rdson - ditentukan di kanan atas pada halaman 1) = . Disipasi daya = Aku 2 × R sehingga pada 6A daya yang hilang akan ( 6 A ) 2 × 0,18 Ω = 6,5 W . Itu mudah ditangani dalam paket TO220 dengan heatsink yang memadai (agak lebih baik daripada jenis bendera lebih disukai) tetapi banyak pembuangan ini sama sekali tidak perlu karena Rdson FET yang lebih rendah tersedia. Penurunan tegangan adalah V = I × R = 6 V × 0.18 Ω =0,18Ωsaya2×R(6SEBUAH)2×0,18Ω= 6.5W . Itu 1V=saya×R=6V×0,18Ω= 1.1Vdari tegangan suplai. Itu tidak luas tetapi tidak perlu mengambil tegangan yang dapat diterapkan ke motor.124= 4

MOSFET itu tersedia di digikey dengan harga $ 1,41 pada 1.s.

TAPI

Untuk 94 sen dalam 1 juga tersedia di Digikey Anda dapat memiliki MOSFET IPP096N03L yang sangat luar biasa. Ini hanya 30V dinilai, tetapi memiliki , R D S ( o n ) dari 10sayamSebuahx=35SEBUAHRDS(Hain) (!!!) dan tegangan ambang maksimum (turn pada tegangan 2,2 volt. Ini adalah benar-benar hebat FET baik untuk uang dan secara absolut.10mΩ

Pada 6A Anda mendapatkan disipasi. Akan terasa hangat saat disentuh saat dijalankan tanpa heatsink.Pdsayass=saya2×R=(6SEBUAH)2×0,010Ω=360mW

Lembar data IPP096N03L

Jika Anda ingin ruang kepala tegangan sedikit lebih, Anda bisa mendapatkan 97 sen dalam stok 55V, 25A, IPB25N06S3-2 - meskipun ambang pintu gerbang semakin marginal untuk operasi 5V.25mΩ

Menggunakan spesifikasi Digikey ini sistem seleksi parameter mari kita yang "FET ideal untuk ini dan yang sejenis aplikasi. 100V, 50A, gerbang logika (turn rendah pada tegangan, < 50 m Ω .Rds(Hain)50mΩ

Sedikit dambakan di $ 1,55 dalam 1 dalam stok di Digikey NAMUN 100V, 46A, R d s ( o n ) khas, 2V V t h ... yang benar-benar luar biasa BUK95 / 9629-100B mana yang mereka mendapatkan nomor bagian ini dari ? :-)24mΩ Rds(Hain)Vth

Bahkan dengan hanya 3V drive gerbang, di 6A akan menjadi sekitar 35 m Ω atau sekitar 1,25 Watt disipasi. Pada 5V gerbang drive R d s ( o n ) = 25 mRds(Hain)35mΩ memberikan sekitar 900 mW dssipation. Paket TO220 akan menjadi terlalu panas untuk menyentuh udara bebas dengan disipasi 1 hingga 1,25 Watt - katakanlah kenaikan 60 hingga 80 C. Dapat diterima tetapi lebih panas dari yang dibutuhkan. Semua jenis heat sink akan membawanya ke "nyaman dan hangat".Rds(Hain) =25mΩ

Sirkuit ini dari sini hampir persis seperti yang Anda inginkan dan menyelamatkan saya menggambar satu :-).

Optocoupler mengemudi FET

Ganti BUZ71A dengan MOSFET pilihan Anda seperti di atas.

Memasukkan:

  • Baik: X3 adalah input dari mikrokontroler. Ini didorong tinggi untuk hidup dan rendah untuk mati. "PWM5V" di-ground.

  • Atau: X3 terhubung ke Vcc. PWM5V digerakkan oleh pin mikrokontroler - low = on, high = off.

Seperti yang ditunjukkan .R1=270Ω

  • Saat ini adalah saya=(Vcc-1.4)R1

  • R=(Vcc-1.4)saya

270ΩR=(5V-1.4V)10mSEBUAH=360Ω

Keluaran:

R3 menarik gerbang FET ke ground saat off. Dengan sendirinya 1K hingga 10k akan baik-baik saja - Nilai memengaruhi waktu mematikan tetapi tidak terlalu penting untuk drive statis. TAPI kami akan menggunakannya di sini untuk membuat pembagi tegangan untuk mengurangi tegangan gerbang FET saat dinyalakan. Jadi, buat R3 dengan nilai yang sama dengan R2 - lihat paragraf berikutnya.

R2 ditunjukkan ke +24 Vdc tetapi ini terlalu tinggi untuk nilai gerbang maksimum FET. Membawa ke +12 Vdc akan bagus dan + 5Vdc akan baik-baik saja jika gerbang logika FET yang disebutkan digunakan. TETAPI di sini saya akan menggunakan 24 Vdc dan menggunakan R2 + R3 untuk membagi tegangan pasokan dengan 2 untuk membatasi Vgate ke nilai aman untuk FET.

R2 mengatur arus kapasitor gerbang FET saat ini. Set R2 = 2k2 menghasilkan ~ 10 mA drive. Atur R3 = R2 seperti di atas.

Juga, tambahkan zener 15V di R3, katoda ke gerbang FET, Anode o ground, Ini menyediakan. gerbang perlindungan terhadap transien tegangan lebih.

Motor terhubung seperti yang ditunjukkan.

D1 HARUS disertakan - ini memberikan perlindungan terhadap lonjakan ggl belakang yang terjadi ketika motor dimatikan. Tanpa ini, sistem akan mati hampir secara instan. Dioda BY229 yang ditunjukkan adalah OK tetapi berlebihan. Setiap 2A atau lebih besar dioda pengenal arus akan dilakukan. Sebuah RL204 hanyalah salah satu dari berbagai macam dioda yang akan sesuai. Dioda kecepatan tinggi di sini mungkin sedikit membantu tetapi tidak penting.

Kecepatan switching : Seperti ditunjukkan, sirkuit ini cocok untuk kontrol hidup / mati atau PWM lambat. Apa pun hingga sekitar 10 kHz harus berfungsi OK./ Untuk PWM yang lebih cepat diperlukan driver yang dirancang dengan benar.

Russell McMahon
sumber
@Madmanguruman - pekerjaan cemara besar!
stevenvh
1
Saya kira saya sedikit OCD ketika datang ke posting tanpa markup matematika ...
Adam Lawrence
OCD katamu? Hmmm. Ini mungkin terlihat oke untuk kalian - semua yang saya lihat adalah berantakan dimana persamaan saya berada. Agaknya apa yang seharusnya bisa dibaca oleh semua pemirsa sebelumnya sekarang omong kosong bagi saya dan sejumlah pengguna lain yang tidak dikenal. Saya menggunakan Chrome - memeriksa dengan IE - ya terlihat OK di IE. Apa yang telah Anda lakukan adalah mengambil sesuatu yang cobby tapi universal dan menggantinya dengan sesuatu yang spesifik browser. Agaknya ini merupakan keuntungan lain dari pendekatan Wiki.
Russell McMahon
Apakah ada kemungkinan orang obsesif yang cocok akan menjadikan peramban ini tidak spesifik atau mengubahnya kembali?
Russell McMahon
1
Jika banyak masukan drive dan jika motor terutama on / off maka duplikat R1 dan LED di coupler dan tempatkan secara paralel dengan mereka. ATAU R + LED di motor dengan R. besar yang sesuai misalnya untuk 5 mA arus LED R ~ = 4k7, Rdissipation ~ = 1 / 8th Watt jadi gunakan 1/4 W atau 1/2 W R. Tempatkan dioda terbalik di LED "hanya dalam hal "untuk motor transistent.
Russell McMahon
8

Sejauh menyangkut MOSFET, optocoupler hanyalah sebuah transistor.

Sejauh menyangkut mikrokontroler, optocoupler hanyalah sebuah LED.

Jadi, yang Anda butuhkan hanyalah sirkuit MOSFET yang digerakkan oleh transistor normal, dan sirkuit LED yang digerakkan oleh mikrokontroler normal.

Berikut adalah contoh mengendarai MOSFET dengan transistor:

Drive MOSFET dengan transistor

Jadi Q2 adalah sisi output dari opto-couper. R2 akan diganti oleh sisi LED input dari opto-coupler dan resistor pembatas arus.

Majenko
sumber
Perhatian utama saya adalah cara mengemudi MOSFET, seperti yang saya pernah bekerja dengan satu .. Jika saya perlu resistor ekstra, jika MOSFET adalah 0 atau 1 diaktifkan ..
m.Alin
Lihat hasil edit saya. Saya telah menambahkan contoh skematis yang ditemukan di web.
Majenko
2
@ m.Alin - Ini agak membingungkan, karena Anda tidak akan mengemudi basis transistor (seperti yang Anda katakan), tetapi juga karena pembalik: jika pin I / O Anda tinggi, MOSFET akan mati! Saya menjelaskan cara lain (non-pembalik) untuk menghubungkannya dalam jawaban saya.
stevenvh
Ini benar, tapi itu satu-satunya contoh yang bisa saya temukan di internet. Saya bisa menggambar sendiri, tapi saya bust breadboarding saat ini.
Majenko
@Majenko Saya ingin bertanya dua hal: 1) Skema ini terbalik; apakah itu non-pembalik jika kita memilih PNP untuk Q2 dan menghubungkannya ke sisi yang tinggi dan menghubungkan R1 ke sisi yang rendah? 2) Ini adalah aplikasi mengemudi motor, dan saya berasumsi bahwa kecepatan on / off Q1 tidak perlu terlalu tinggi. Jadi, mengapa kita tidak mengarahkan Q1 langsung dari PORT-C2 melalui resistor R2? Q2 hanya untuk mempercepat, bukan? apakah ada alasan lain untuk menambahkan Q2 ke skema?
hkBattousai
6

Isolasi optocoupler memberi Anda keuntungan bahwa Anda dapat menempatkan transistor outputnya di mana pun Anda suka, terlepas dari tegangan suplai mikrokontroler.
Mengemudi opto-coupler berarti mengemudikan LED-nya. Jika mikrokontroler tidak dapat mengendarainya secara langsung, Anda memerlukan transistor kecil untuk itu.
Selanjutnya Anda menempatkan transistor keluaran optocoupler ke MOSFET: kolektor pada V +, emitor di gerbang. Tempatkan resistor antara gerbang dan tanah. Dengan cara ini Anda akan mengganti gerbang MOSFET antara V + dan ground. MOSFET tidak perlu 24V untuk beralih 6A, namun, 5V sudah cukup. Anda dapat membatasi tegangan gerbang dengan memiliki resistor secara seri dengan transistor optocoupler. Jika transistor ke ground adalah 4k7, Anda dapat memilih 10k untuk ini.

Jika LED optocoupler pada transistor akan melakukan dan membuat gerbang tinggi, menyalakan MOSFET. Jika LED mati, transistor akan mati, dan gerbang akan ditarik rendah oleh resistor.

stevenvh
sumber
4
baik, jawaban sederhana, tetapi membutuhkan skema
Gabriel Staples
Sepenuhnya berlaku, khusus untuk tidak membalikkan hubungan antara status opto dan MOSFET '. Namun, mungkin sebaiknya mengandung skema.
Pana