Параллельные МОП-транзисторы для обработки большего тока при управлении двигателем постоянного тока?

Я хотел бы управлять двигателем мощностью 180 Вт, 24 В постоянного тока с сигналом ШИМ, используя MOSFET, например:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Двигатель находится внутри контура управления с отрицательной обратной связью, которая регулирует скорость вращения, воздействуя на выход PWM. При наличии механической нагрузки скорость двигателя можно регулировать, изменяя приложенное напряжение. Изменение напряжения, подаваемого на двигатель, достигается за счет изменения рабочего цикла выхода ШИМ. До сих пор все мои усилия были сосредоточены на разработке системы управления с аналоговым ПИД-регулятором.

Предположим, что двигатель вращается со скоростью w, для которой требуется напряжение 10 В и ток около 2 А. В этом случае я вижу как минимум две проблемы с этим подходом:

  • МОП-транзистор рассеивает 14 * 2 = 28 Вт. Недопустимо, если не используется радиатор.
  • Диод рассеивает 1,8*2=3,6 Вт.

Что касается первой проблемы, моим решением будет использование большего количества мосфетов параллельно, чтобы разделить ток двигателя. Количество параллельных MOSFET будет рассчитано на наихудший сценарий. Однако я никогда не использовал мосфеты параллельно, и, поскольку я знаю, что нет двух одинаковых транзисторов, я боюсь, что ток не будет распределяться поровну (как в резисторном делителе тока), что приведет к возможной перегрузке одного или двух мосфетов. Какие критические моменты следует учитывать при параллельном подключении MOSFET для этого конкретного приложения? Кроме того, в случае, если «дилемма распределения тока» решена, должен ли я последовательно подключать резистор к каждому затвору при отправке сигнала ШИМ на каждый мосфет?

Что касается диода, я бы искал диод, который может выдерживать больший ток в наихудшем сценарии тока для двигателя, который должен составлять около 10 А. Есть ли лучший способ сделать это?

Если вы считаете, что есть лучший способ достичь той же цели, предоставьте свое решение. Это хобби-проект, и мне нужны конструктивные отзывы/критика.

PS: когда я говорю о токе наихудшего сценария, я имею в виду номинальный ток при (большой) нагрузке. На случай больших токов из-за заблокированного ротора или короткого замыкания я планирую добавить предохранитель для защиты.

DCDC 24V --> 12V возможно?
Да, но это будет зависеть от механической нагрузки и скорости вращения. Я хотел бы разработать систему, которая могла бы поднять двигатель до его номинального напряжения (24 В), если это необходимо.
Используйте полумостовую/полномостовую схему ШИМ.
Откуда у вас 28 Вт... IRF530 при 2 А будет намного меньше ватта. Он может выдерживать 56А в ШИМ.
И вам нужен НАМНОГО больший диод, чтобы справиться с таким током, иначе у вас не будет диода довольно быстро. Я бы также добавил еще один диод от заземляющей шины к двигателю.

Ответы (2)

Да, вы можете запараллелить МОП-транзисторы, они хорошо распределяют ток из-за положительного температурного коэффициента их сопротивления в открытом состоянии, но...

Вы допустили ошибку в оценке рассеиваемой мощности.

В режиме ШИМ полевой МОП-транзистор либо полностью открыт, либо полностью выключен. Двигатель действует как фильтр нижних частот и «видит» среднее приложенное напряжение, напряжение питания, умноженное на рабочий цикл ШИМ. Таким образом, при питании 24 В и рабочем цикле 40 % двигатель будет вести себя так, как если бы было приложено 9,6 В постоянного тока. Я должен упомянуть, что частота ШИМ должна быть достаточно высокой, чтобы удерживать текущие пульсации на разумном уровне.

Когда полевой МОП-транзистор включен, напряжение на нем определяется его сопротивлением во включенном состоянии, которое составляет 0,16 Ом при 25 °C согласно техпаспорту. Это называется потерями проводимости и зависит от тока и рабочего цикла. Например, при рабочем цикле 2А 40% мощность будет 2А в квадрате умножить на 0,16 Ом умножить на 40%, около 250 мВт. (Это может увеличиться более чем в два раза при более высоких температурах; в любом случае мощность будет намного меньше 28 Вт.) В это время ток диода равен нулю. Если потери проводимости слишком велики, вы можете выбрать полевой МОП-транзистор с более низким сопротивлением во включенном состоянии.

Когда МОП-транзистор выключен, ток протекает через диод, и МОП-транзистор не рассеивает мощность (а диод рассеивает).

Также будут некоторые потери при переключении как в МОП-транзисторе, так и в диоде. Потери при переключении зависят от скорости переключения, которая, в свою очередь, зависит от драйвера затвора. Усиленное управление затвором уменьшает коммутационные потери в МОП-транзисторах, но может вызвать звон из-за паразитных элементов. Для наилучшей работы необходимо свести к минимуму паразитные помехи, поэтому узкая компоновка имеет решающее значение.

Вам обязательно понадобится диод с более высоким номинальным током, чем у 1N4148. При 24 В я бы предложил тип Шоттки для меньшего прямого падения напряжения.

@user287001 user287001, я не понимаю, что вы пытаетесь донести. Я предполагал, что ОП хотел управлять двигателем постоянного тока, представленным L1 и R1 на представленной принципиальной схеме. (Генератор обратной ЭДС не показан.) В этом случае, когда МОП-транзистор выключается, из-за индуктивности обмотки в двигателе все еще протекает ток (через диод), и двигатель создает крутящий момент, а не тормозит, до тех пор, пока ток падает до нуля. Даже когда ток достигает нуля, торможение невозможно: диод блокирует противо-ЭДС, поэтому напряжение на клеммах двигателя не равно нулю; мотор гудит.

Ваш двигатель потребляет 7,5 ампер. Следовательно, подходящий полевой транзистор (скажем, RdsON 10 мОм) будет рассеивать RI^2=0,5 Вт при работе двигателя на полную мощность и меньше при дросселировании.

Конечно, двигатель будет потреблять гораздо больший ток при запуске, поэтому вам понадобится полевой МОП-транзистор, способный рассеивать больше. Подойдет любой полевой МОП-транзистор TO220, если у него достаточно низкий RdsON.

Очевидно, что показанный здесь IRF530 с его RdsON 0,16 Ом не подходит. Выберите FET с RdsON ниже 10 мОм, в наши дни у вас будет масса вариантов.

Это приложение не нуждается в параллельных полевых транзисторах или распределении тока.

Что касается выбора диода, то он должен рассеивать несколько ватт, поэтому диод TO220 подойдет.

Если вы хотите защитить двигатель от заклинивания... поскольку вы, похоже, не используете микроконтроллер (??????), то вы можете измерить ток с помощью шунтирующего резистора и операционного усилителя или датчика на эффекте Холла, затем отфильтруйте его и используйте компаратор, чтобы остановить ШИМ, если ток слишком велик слишком долго.

Измерение тока почти наверняка является требованием в любом случае. Как вы говорите, пусковой ток и ток остановки быстро разрушат МОП-транзистор, если его не контролировать.
Что ж, даже при 10-кратном токе полевой транзистор будет рассеивать 50 Вт, что выдержит TO220, если датчик температуры на радиаторе не позволит ему достичь некомфортных температур ... Такой датчик всегда полезно иметь на случай, если ваш радиатор засорится. в пыли, но это НЕ заменяет надлежащее ограничение тока. Особенно, если полевой транзистор должен пережить короткое замыкание, что является сложной частью.
Однако пусковые токи двигателя могут исчисляться сотнями или амперами. Это может сжечь гораздо больше, чем просто мосфет.
Ага. В прошлый раз я использовал шунт для измерения тока с быстрым усилителем. Микросхема имела встроенный компаратор с возможностью отключения ШИМ по перегрузке по току (короткое замыкание). АЦП и программное обеспечение использовались для определения того, находится ли средний ток в допустимых пределах или нет.
Параллельные МОП-транзисторы для обработки большего тока при управлении двигателем постоянного тока?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v