Apakah praktik yang baik untuk menjalankan banyak arus melalui MOSFET?

Saya telah mencari cara yang baik untuk mengontrol aliran banyak arus dalam proyek saya. Ini mungkin pada beberapa titik menjadi 40-50 ampere pada 12-15 V. Sementara relay adalah pilihan yang baik, mereka adalah mekanis dan karenanya membutuhkan waktu untuk mengaktifkan dan aus dari waktu ke waktu.

Saya telah melihat MOSFET (seperti IRL7833 ini ) yang diiklankan untuk dapat menangani tugas-tugas yang menuntut seperti itu. Namun, mengingat ukuran FET, itu membuat saya tidak nyaman untuk menempatkan kekuatan sebanyak itu melalui itu. Apakah ini masalah yang valid?

Mengapa kawat tembaga tebal dapat menangani arus besar?

Karena memiliki resistansi yang rendah . Selama Anda menjaga resistansi rendah (aktifkan MOSFET sepenuhnya, misalnya gunakan V _gs = 10 V seperti dalam lembar data IRL7833) maka MOSFET tidak akan membuang banyak daya.

Disipasi daya adalah: P = I 2 ∗ R jadi jika R dijaga cukup rendah, MOSFET dapat menangani ini.$P$$P = I^2 * R$

Namun, ada beberapa peringatan:

Mari kita lihat lembar data IRL7833 .

150 A itu pada suhu kasus 25 derajat C. Ini berarti Anda mungkin perlu heatsink yang baik. Setiap panas yang dihamburkan harus dapat "melarikan diri" karena _{Rs, pada} NMOS akan meningkat dengan meningkatnya suhu. Mana yang akan meningkatkan disipasi daya ... Lihat ke mana perginya? Ini disebut pelarian termal .

Arus yang sangat tinggi itu sering merupakan arus yang berdenyut , bukan arus kontinu.

Halaman 12, poin 4: Batas waktu paket adalah 75 A

Jadi dalam praktiknya dengan satu IRL7833 Anda dibatasi hingga 75 A, jika Anda dapat menjaga MOSFET cukup dingin.

Anda ingin beroperasi pada 40 - 50 A, itu kurang dari itu 75 A. Semakin jauh Anda tinggal dari batas MOSFET semakin baik. Jadi, Anda mungkin mempertimbangkan untuk menggunakan MOSFET yang lebih kuat atau menggunakan dua (atau lebih) secara paralel.

Anda juga tidak menggunakan daya sebesar itu melalui MOSFET, dan MOSFET tidak menangani 50 A * 15 V = 750 watt.

Ketika mematikan MOSFET akan menangani 15 V pada hampir tidak ada arus (hanya kebocoran), karena arus yang rendah itu tidak akan cukup daya untuk memanaskan MOSFET.

Ketika di MOSFET akan menangani 50 A, tetapi ia akan memiliki resistensi kurang dari 4 mohm (ketika itu dingin) sehingga itu berarti 10 watt. Tidak apa-apa, tetapi Anda harus menjaga MOSFET tetap dingin.

Berikan perhatian khusus pada angka 8 lembar data, "Area Operasi Aman Maksimum" Anda harus tetap berada di area itu atau berisiko merusak MOSFET.

Kesimpulan: begitu juga Anda? Ya, Anda bisa, tetapi Anda harus melakukan beberapa "pekerjaan rumah" untuk menentukan apakah Anda akan berada dalam batas aman. Hanya dengan asumsi bahwa MOSFET dapat menangani arus tertentu karena diiklankan seperti itu adalah resep untuk bencana. Anda harus memahami apa yang terjadi dan apa yang Anda lakukan.

Sebagai contoh: karena 50 A hingga 4 mohms telah memberikan disipasi daya 10 W, apa artinya ini untuk semua koneksi dan jejak pada PCB? Mereka harus memiliki resistansi yang sangat rendah!

Melengkapi jawaban yang baik dari @Bimpelrekkie, saya ingin meminta perhatian Anda untuk kebutuhan jalur alternatif ke aliran saat ini ketika Anda mematikan beban Anda.

Bahkan jika Anda mengendalikan arus untuk beban resistif murni (secara teoritis), itu mungkin termasuk beberapa induktansi menyimpang. Jadi, ketika Anda mematikan 15A, induktansi ini akan menyebabkan tegangan berlebih di terminal MOSFET, yang dapat menyebabkannya rusak dan mengakibatkan kerusakan. Bahkan kabel induktansi sendiri dapat menyebabkan beberapa masalah dengan jumlah arus ini.

Solusi khas adalah menempatkan dioda dalam anti-paralel dengan beban, seperti pada diagram di bawah ini:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Selain itu, karena Anda khawatir tentang disipasi daya, penting untuk menyebutkan juga daya yang dihamburkan ketika MOSFET dinyalakan dan dimatikan. Sebagian energi dihamburkan setiap kali saluran terbentuk atau tersumbat.

Daya yang hilang karena beralih kira-kira:

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

Seperti yang Anda lihat, jika Anda menghabiskan waktu yang lama dalam proses switching, MOSFET bisa menghilang ke banyak daya dan itu akan menjadi masalah.

Untuk mempercepat transisi, Anda harus menggunakan sirkuit driver gerbang antara Arduino dan MOSFET. Selain itu, rangkaian driver gerbang wajib jika Anda berencana untuk menggunakan MOSFET yang terhubung ke terminal positif dari catu daya. Dalam situasi ini, Arduino tidak dapat menghasilkan tegangan positif antara gerbang dan terminal sumber, karena sumber akan mengambang tergantung pada kondisi arus beban.

Google "solid state relay", dan Anda akan menemukan lebih dari yang ingin Anda ketahui. Dan mereka bekerja dengan AC, jika perlu. Mereka mandiri dan membutuhkan sirkuit pelindung built in.