Desain dioda MOSFET

Saya akan memulai ini hanya dengan mengatakan saya bukan Insinyur Listrik. Saya, bagaimanapun, seorang programmer tertanam yang telah memiliki beberapa pengalaman dengan desain dan pengaturan sirkuit (beri saya 1 dan 0 dan saya bisa membuat mereka menari ... tetapi Analog adalah ilmu hitam ...).

Beberapa latar belakang yang mungkin membantu memahami apa yang terjadi di sini. Saya bekerja di waktu luang saya untuk membantu teater lokal sebagai salah satu Direktur Teknis mereka. Dahulu, mereka membangun rig yang digunakan dalam beberapa produksi dan acara khusus. Rig khususnya adalah sasis aluminium pada rel, di atas panggung, yang dioperasikan dari jarak jauh. Rig memungkinkan anggota teknologi untuk menurunkan alat peraga di atas panggung saat pertunjukan sedang berjalan. Sebuah penyangga hanya dilekatkan pada tether dan diturunkan ke panggung oleh motor DC kecil. Motor berjalan hanya dalam satu arah - turun. Rig kemudian naik panggung dan disiapkan untuk penggunaan selanjutnya. Dengan itu, desain yang agak menarik, motor dilepas dan ditempatkan kembali beberapa kali (itu diganti untuk item yang berbeda, tidak cukup ruang pada rig untuk semuanya).

Sekarang, saya awalnya merancang sirkuit kontrol sejak lama dan mereka telah bekerja dengan baik sejak saat itu. Namun, saya akhirnya punya waktu dan uang untuk membantu mereka dengan memutakhirkannya. Dalam proses itu, saya mencoba menyelesaikan semua teka-teki listrik yang belum saya temukan jawabannya.

Desain aslinya adalah MATI sederhana ... n-channel MOSFET dilampirkan ke UC (lihat gambar lebih rendah, tetapi hapus A / B / C / D). Ini telah bekerja secara konstan. Namun, setiap kali motor terhubung, saat perangkat masih menyala, unit akan benar-benar reboot. Awalnya saya pikir ini mungkin karena lonjakan arus dari memasang kumparan motor DC, tapi saya tidak cukup berpengetahuan untuk mengetahui apakah itu itu, atau kurangnya dioda fly-back. Atau, lebih buruk, sesuatu terjadi pada UC. Setelah beberapa perjalanan melalui google dan situs ini, saya telah melihat beberapa saran dibuat, tetapi saya tidak dapat membedakan mana yang akurat atau solusi terbaik untuk ini. Lebih buruk dari itu, saya tidak tahu bagaimana cara mengukur komponen-komponen ini dengan benar (maaf, tolong!).

Untuk informasi tambahan, motor yang dipasang selalu 3v-3.3v dan 1A untuk beroperasi. Motor dapat diubah dengan cepat, jadi saya tidak bisa memberikan nilai yang tepat di sini pada properti masing-masing motor (rig harus buta akan hal ini), tetapi 2 persyaratan tersebut selalu dipenuhi. Motor juga dikendalikan oleh PWM melalui UC.

Inilah proposal yang pernah saya lihat:

Jadi mari kita masuk daftar.

'A' disarankan untuk mencegah latch-up dari UC ketika bidang runtuh pada motor. Saya ... tebak itu masuk akal, tidak yakin apakah itu akan membantu atau menyakiti saya.

'B' adalah dioda fly-back standar untuk saat bidang runtuh untuk mencegah EMF umpan balik. Apakah ini tempat yang tepat untuk mengatakannya? Bagaimana satu ukuran dioda jika ini benar?

'C' adalah fly-back dual-zener yang juga disarankan. Ini membutuhkan lebih banyak bagian, jadi saya tidak yakin apakah ada sesuatu yang bermanfaat di sini.

'D' adalah instalasi varistor untuk mencegah lonjakan. Apakah itu akan mencegah UC saya untuk reboot ketika motor terhubung? Bagaimana ukurannya?

Apakah ada dari desain ini yang benar? Apakah saya perlu menambahkan TVS untuk ESD? Dan yang lebih penting, jika salah satu dari ini adalah pilihan yang baik, bagaimana seseorang memilih bagian itu? Saya tahu untuk mencari item tertentu dalam lembar data, tetapi banyak bit informasi tambahan hanya kepala saya. Apa yang penting dan apa yang tidak?

Akhirnya (ini buku tebal, saya tahu ...) kami memiliki bit terakhir yang saya tambahkan di tahun ini.

Ini adalah permintaan direktur. Dia ingin bisa 'menjatuhkan' item tertentu daripada menggunakan tether. Untuk melakukan ini, ia saat ini memiliki tangan panggung yang buruk menghubungkan magnet yang agak besar ke aki mobil. Magnet dispesifikasikan pada 12V pada 0,66 Amps (EM175L-12-222 dari apwelectromagnets.com) untuk kekuatan penahan 110 # (overkill lengkap, tetapi terkait keamanan). Sirkuit di atas, saya percaya, akan melakukan apa yang dibutuhkan. UC akan mengirim 1 di telepon (MAG1 / MAG2, Armed adalah pengaman, juga akan 1) dan magnet diberi energi. Ketika saya ingin 'menjatuhkan', saya menulis 0 pada MAG1 / MAG2, mengirim jembatan-H dalam arah yang berlawanan, memaksa magnet untuk mendorong prop menjauh (memiliki kecenderungan untuk 'menempel' pada saat ini jika magnet dibiarkan terlalu lama, menarik pelat penyangga). Apakah desain ini berfungsi? Apakah saya perlu menambahkan perlindungan yang sama atau berbeda dari atas karena bidang EM pada ini akan menjadi jauh lebih besar ketika H-bridge beralih?

Saya dengan tulus menghargai bantuan apa pun yang dapat saya peroleh dalam hal ini. Saya berharap dapat mengungkapkan lebih banyak tentang teater, pertunjukan, dan informasi lainnya. Namun saya di bawah kontrak yang mencegah saya melakukan hal itu tanpa persetujuan direktur (mengerjakannya!) Setiap bantuan sangat dihargai, dan saya akan berusaha untuk membuat Anda ditambahkan ke pamflet acara jika sutradara menyetujui.

Sekali lagi, terima kasih telah membaca kisah MOSFET, atau judul yang lebih populer, Harry Potter dan tahanan Diodes.

Edit per Pertanyaan Tony:

Daya berasal dari jalur A / C yang dikonversi ke 12V melalui catu daya on-board (100W, DPS-100AP-11 A oleh Delta Electronics), yang kemudian dikonversi menjadi 5V dan 3,3V melalui regulator linier yang mampu masing-masing 5A ( AZ1084CD-3.3TRG1 via Diodes Incorporated untuk persediaan 3.3v, LM1084ISX via TI untuk persediaan 5v). Kabel eksternal tidak dilindungi, dan sebagian besar terdiri dari kabel speaker 2-terminal standar (sayangnya murah). Panjang kabel bervariasi dari beberapa inci ke atas 10 'tergantung pada pengaturan rig pada waktu itu.

Saya pikir untuk motor switching panas saya akan melihat sesuatu seperti ini.

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

D1 menyediakan rel ukuran isolasi dari setiap mengemudi kembali yang mungkin terjadi ketika Anda menghubungkan motor. Anda mungkin perlu menggunakan rel yang lebih tinggi untuk mengkompensasi penurunan dioda itu. Anda mungkin ingin mempertimbangkan mengganti dioda itu dengan elemen yang lebih aktif yang hanya dihidupkan sebelum transistor utama dan memiliki lebih sedikit drop.

C1 menambahkan beberapa penyimpanan biaya lokal untuk mengimbangi beban inrush awal.

D3 tentu saja untuk acara flyback.

Dioda TVS D2 dan D4 ada untuk mengatasi segala pelepasan statis yang mungkin terjadi ketika Anda mencolokkan motor. Perhatikan bahwa keduanya memiliki ground terpusat sehingga jika kedua kabel motor bertegangan tinggi vs arde Anda, keduanya memiliki jalur konduktif kembali ke arde.

R1 membatasi nyala arus dari mikro dan juga membantu melindungi mikro dari segala kapasitif dari peristiwa ESD.

Anda bisa menambahkan pembatas arus masuk saat ini, atau ketentuan untuk menambahkan satu, secara seri dengan D1 jika Anda menganggap itu sebagai masalah. Namun, karena Anda menggunakan motor bertegangan rendah, Anda tidak memiliki banyak ruang kepala.

Membumi juga perlu dilihat. Sistem Anda harus terhubung ke ground stage dan koneksi itu harus sedekat mungkin dengan koneksi motor. Dasar untuk mikro dll perlu memacu titik dasar itu sendiri.

Anda mungkin juga perlu mempertimbangkan mengisolasi driver secara optik dari mikro. Karena ada banyak perpindahan panas yang terjadi, mungkin oleh orang-orang yang tidak terlalu memahami kelezatan tindakan, lebih banyak isolasi lebih baik. Pembatasan arus juga akan menjadi inklusi yang baik, karena hubungan arus pendek di motor juga merupakan peristiwa yang mungkin terjadi.

Adapun desain magnet.

Jika Anda benar-benar HARUS pergi ke sana, pengemudi jembatan penuh yang cocok sudah cukup. Ada banyak perangkat yang tersedia untuk ini dan sirkuit contoh berlimpah di forum ini dan di tempat lain jadi saya tidak akan memperluas lebih lanjut di sini.

NAMUN: Kebijaksanaan menggunakan elektromagnet untuk tujuan ini salah. Haruskah magnet dimatikan pada waktu yang salah ada bahaya nyata bahwa sesuatu akan jatuh pada waktu yang salah menyebabkan kerusakan properti atau cedera parah atau bahkan kematian.

Karena itu, jika itu saya, saya akan menolak untuk menerapkannya dengan alasan etis . Anda perlu menggali penyembuhan Anda di sini.

Mekanisme menjatuhkan perlu sifatnya aman-gagal. Artinya, kehilangan kekuatan seharusnya tidak pernah membiarkan barang jatuh. Selain itu, ketika sedang dimanipulasi dan dipasang, benda itu harus dikunci untuk keselamatan kru dan pemain. Penggunaan beberapa bentuk mekanisme pelepasan mekanis over-center, digerakkan solenoid, mungkin dengan pin pengunci tambahan, adalah suatu keharusan.

Jawaban ini hanya membahas masalah elektro-magnet.

Sistem keamanan harus dirancang agar gagal aman . Itu berarti bahwa kegagalan komponen dalam rantai kontrol harus menghasilkan kondisi yang aman (atau lebih aman). Tindakan pencegahan khusus harus diambil dalam sistem keamanan yang dikendalikan perangkat lunak seperti prosesor yang berlebihan, kopling AC, dll. Karena kesalahan perangkat lunak, kerusakan, dan kegagalan transistor dapat mengakibatkan situasi berbahaya. mis. Anda tidak dapat menjamin apakah transistor akan gagal membuka atau korsleting.

Gambar 1. Kunci mag pintu.

Mag-lock pintu tersedia dalam energize-to-lock (paling umum) dan energ-to-release (penjara, misalnya). Sepertinya saya bahwa tipe energize-to-release akan bekerja di aplikasi Anda.

Saya tidak tahu ini, tetapi saya menduga bahwa tiga kutub diatur sebagai selatan-utara-selatan (atau sebaliknya) dan bahwa kumparan luka, didorong ke dalam slot hitam dan pot dalam posisi. Setelah magnet mengenai penjaga, sirkuit magnetik ditutup. Seperti orang yang telah bermain dengan magnet tapal kuda akan tahu, membuka loop tertutup sangat sulit.

Gambar 2. Jalur koil dan fluks.

Di sini kita dapat melihat bahwa dengan kunci terbuka wajah yang terbuka adalah kutub magnet. Perhatikan juga bahwa jalur magnetik dua kali lebih lebar di kutub tengah seperti pada kutub atas dan bawah sehingga kepadatan fluks cukup konstan. Setelah kunci menutup fluks membentuk lingkaran melalui inti besi.

Ketika koil diberi energi dengan tegangan dan polaritas yang tepat, fluks magnet permanen dibatalkan dan dinamo dilepaskan.

Sekarang masalah Anda berkurang untuk memastikan bahwa koil hanya dapat diberi energi pada waktu yang tepat. Memasukkan satu atau dua tombol secara seri dengan koil mungkin sudah cukup. Dalam pengaturan ini seseorang akan memonitor bahwa tidak apa-apa untuk melakukan drop, tekan dua tombol dan micro-controller masih bisa melakukan ketepatan waktu, jika diperlukan.

Ada dua jenis pengaturan ulang EMI yang diinduksi. Dilakukan dan dipancarkan.

Yang dilakukan cukup mudah untuk ruang lingkup dan memperbaikinya dengan berbagai penutup dekat suplai driver V +, 0V dengan sumber daya yang memadai.

Radiasi lebih sulit untuk didefinisikan, lingkup kesalahan dan tergantung pada kualitas kabel, dan metode untuk melindungi dengan pilihan tanah. Seperti twisted pair terlindung. Ini dapat meningkatkan radiasi yang tidak diinginkan yang menyebabkan crosstalk antar kabel. Pasokan DC yang mengambang umumnya membuat lebih sulit untuk menyerap kebisingan yang terpancar tetapi kemudian juga bisa menjadi jalan untuk gangguan gangguan kebisingan lainnya.

C tidak diperlukan ketika B digunakan untuk sakelar satu sisi. D adalah ICL yang digunakan secara seri dengan beban dapat membatasi lonjakan arus start tetapi juga membatasi torsi start tetapi berlebihan jika Anda telah menggenjot PWM untuk mengatur kenaikan tegangan untuk melakukan hal yang sama.

Sayangnya detail memerlukan lebih spesifik tentang tata letak, pentanahan pasokan dan perisai, jenis kabel dan panjangnya kurang dalam pertanyaan Anda.

Perhatikan bahwa pasangan terpilin berpelindung mungkin merupakan solusi terbaik dengan CM choke di sekitar kabel atau lebih baik, CM SMD choke yang diperingkat untuk lonjakan saat ini.