Как управлять MOSFET с помощью оптрона?

Предлагаемый МОП-транзистор не совсем подходит для этого приложения. Существует серьезный риск того, что результатом будут дымящиеся руины :-(. В принципе, этот полевой транзистор очень и очень мало подходит для этой задачи. Его можно было бы заставить работать, если бы это было все, что у вас есть, но есть гораздо больше подходящие полевые транзисторы доступны, вероятно, за небольшую дополнительную плату или без нее.

Основная проблема заключается в том, что полевой транзистор имеет очень плохое (= высокое) сопротивление, что приводит к высокой рассеиваемой мощности и снижению уровня возбуждения двигателя. Последнее не слишком важно, но и не нужно.

Учтите - в техпаспорте написано, что на сопротивлении (Rdson - указан вверху справа на стр. 1) =$0.18 \Omega$. Рассеиваемая мощность =$I^2 \times R$так что при 6А потери мощности будут$(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W$. С этим легко справиться в корпусе TO220 с соответствующим радиатором (предпочтительно лучше, чем у флажкового типа), но такое большое рассеяние совершенно не нужно, поскольку доступны полевые транзисторы Rdson гораздо меньшего размера. Падение напряжения будет$V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V$. Это$\frac{1}{24} =~ 4%$напряжения питания. Это не так много, но излишне требует напряжения, которое может быть приложено к двигателю.

Этот полевой МОП-транзистор есть в наличии на сайте digikey по цене 1,41 доллара за 1 сек.

НО

За 94 цента за 1, который также есть в наличии на Digikey , вы можете приобрести великолепный полевой МОП-транзистор IPP096N03L. Это всего лишь 30 В, но имеет$I_{max} = 35A$,$R_{DS(on)}$из$10 m \Omega$(!!!) и максимальное пороговое напряжение (напряжение включения 2,2 вольта. Это совершенно превосходный полевой транзистор как по деньгам, так и по абсолютным показателям.

На 6А вы получаете$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW$рассеивание. При работе без радиатора он будет теплым на ощупь.

Технический паспорт IPP096N03L

Если вы хотите немного больше запаса напряжения, вы можете получить 97 центов на складе 55 В, 25 А,$25 m \Omega$ IPB25N06S3-2 - хотя порог затвора становится предельным для работы 5В.

Используя систему выбора параметров Digikey, давайте определим «идеальный полевой транзистор для этого и подобных приложений. 100 В, 50 А, логический вентиль (низкое напряжение включения,$R_{ds(on)}$<$50 m \Omega$.

Чуть дороже по 1,55 доллара за штуку в наличии на Digikey , НО 100 В, 46 А,$24 m \Omega$ $R_{ds(on)}$типичный, 2В$V_{th}$... совершенно великолепные БУК95/9629-100Б , откуда они берут эти номера деталей? :-)

Даже с приводом затвора всего на 3 В при 6 А$R_{ds(on)}$будет около$35 m \Omega$или около 1,25 Вт рассеяния. На затворе 5В$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega$давая около 900 мВт рассеяния. Корпус TO220 был бы слишком горячим на открытом воздухе с рассеиваемой мощностью от 1 до 1,25 Вт - скажем, повышение температуры примерно на 60-80 ° C. Приемлемо, но горячее, чем нужно. Любой плоский радиатор сделает его просто «приятным и теплым».

Эта схема здесь почти точно то, что вы хотите, и спасает меня от рисования :-).

Замените BUZ71A на MOSFET по вашему выбору, как указано выше.

Вход:

• Либо: X3 — это вход микроконтроллера. Это управляется высоким для включения и низким для выключения. "PWM5V" заземлен.

• Или: X3 подключен к Vcc. PWM5V управляется выводом микроконтроллера - низкий уровень = включен, высокий уровень = выключен.

Как показано$R1 = 270 \Omega$.

• Текущий$I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}$

• или резистор$R = \frac{(Vcc-1.4)}{I}$

Для Vcc = 5В и$270 \Omega$I здесь =~13 мА. Если вы хотите сказать 10 мА, то$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega$- говорят 330р

Вывод:

R3 притягивает затвор FET к земле, когда он выключен. Само по себе от 1K до 10k было бы нормально — значение влияет на время выключения, но не слишком важно для статического привода. НО мы будем использовать его здесь, чтобы сделать делитель напряжения для уменьшения напряжения затвора полевого транзистора во включенном состоянии. Итак, сделайте R3 таким же значением, как R2 — см. следующий абзац.

Показано, что R2 переходит в +24 В постоянного тока, но это слишком высоко для максимального номинала затвора полевого транзистора. Поднять его до +12 В постоянного тока было бы хорошо, а +5 В постоянного тока было бы хорошо, если бы использовались упомянутые полевые транзисторы с логическим затвором. НО здесь я буду использовать 24 В постоянного тока и использовать R2 + R3, чтобы разделить напряжение питания на 2, чтобы ограничить Vgate до безопасного значения для полевого транзистора.

R2 устанавливает ток заряда конденсатора затвора полевого транзистора. Установите R2 = 2k2, чтобы получить привод ~10 мА. Установите R3 = R2, как указано выше.

Кроме того, добавьте стабилитрон 15 В через R3, катод к затвору полевого транзистора, анод или землю, это обеспечивает. защита затвора от переходных перенапряжений.

Двигатель подключается, как показано.

D1 ДОЛЖЕН быть включен - это обеспечивает защиту от выброса противо-ЭДС, возникающего при выключении двигателя. Без этого система умрет почти мгновенно. Показанный диод BY229 исправен, но является излишним. Подойдет любой диод с номинальным током 2А или выше. RL204 — это всего лишь один из огромного количества подходящих диодов. Здесь может немного помочь быстродействующий диод, но это не обязательно.

Скорость переключения : Как показано, схема подходит для управления включением/выключением или медленной ШИМ. Все до 10 кГц должно работать нормально. Для более быстрой ШИМ требуется правильно спроектированный драйвер.

Что касается МОП-транзистора, оптопара — это просто транзистор.

Что касается микроконтроллера, оптопара — это просто светодиод.

Итак, все, что вам нужно, это обычная схема MOSFET, управляемая транзистором, и обычная схема светодиода, управляемая микроконтроллером.

Вот пример управления MOSFET транзистором:

Таким образом, Q2 является выходной стороной оптопары. R2 будет заменен входной светодиодной стороной оптопары и его токоограничивающим резистором.

Изоляция оптопары дает вам то преимущество, что вы можете разместить ее выходной транзистор где угодно, независимо от напряжения питания микроконтроллера.
Управление оптопарой означает управление ее светодиодом. Если микроконтроллер не может управлять им напрямую, вам понадобится небольшой транзистор.
Затем вы подключаете выходной транзистор оптопары к МОП-транзистору: коллектор на V+, эмиттер на затворе. Поместите резистор между затвором и землей. Таким образом, вы переключите затвор MOSFET между V+ и землей. МОП-транзистору не нужно 24 В для переключения 6 А, однако 5 В достаточно. Вы можете ограничить напряжение затвора, включив резистор последовательно с транзистором оптопары. Если транзистор на землю 4k7, вы можете выбрать 10k для этого.

Если светодиод оптопары горит, транзистор будет проводить и установит высокий уровень затвора, включив полевой МОП-транзистор. Если светодиод не горит, транзистор будет закрыт, а на затворе будет низкий уровень резистора.