Является ли хорошей практикой пропускать большие токи через полевой МОП-транзистор?

Я искал хороший способ контролировать поток большого тока в моем проекте. В некоторых точках это может быть 40-50 ампер при 12-15 В. Хотя реле являются хорошим выбором, они механические, и поэтому требуется время для активации и износа со временем.

Я видел МОП-транзисторы (такие как IRL7833 ), которые рекламируются как способные справляться с такими сложными задачами. Однако, учитывая размер полевого транзистора, мне неудобно пропускать через него такую ​​большую мощность. Это обоснованное беспокойство?

Размер упаковки ни о чем не говорит. Даташит делает. Если вы потратите время на то, чтобы прочитать его должным образом, вы можете поблагодарить себя за это позже.
Небольшой совет: всегда старайтесь получать компоненты с таких сайтов, как Digikey/Farnell/RS и других подобных сайтов. Мало того, что вы (обычно) получаете более конкурентоспособные цены, вы также получаете НАМНОГО больше информации о компонентах. Хотя на этой странице Amazon есть список функций, она не включает техническое описание. Это документ, который вы хотите прочитать, чтобы увидеть, практично ли его использовать для вашего проекта.
Вы, конечно, можете попробовать поискать в Google номер детали и попытаться найти соответствующий техпаспорт , но вы не можете быть уверены, что это точное совпадение, или что купленный вами продукт не является дешевым и паршивым клоном настоящей вещи. Поэтому покупайте его на авторитетном сайте, если вы серьезно относитесь к тому, что делаете.
Как сказано ниже, это означает то, что вы подразумеваете под «управлением потоком тока». Если вы планируете использовать МОП-транзистор в качестве переменного резистора, он сгорит. Если вы планируете использовать его в качестве переключателя ВКЛ/ВЫКЛ, он должен работать при достаточном охлаждении.
@Barleyman Я, скорее всего, переключу ток с помощью ШИМ. Это, вероятно, будет ~ 330 Гц, поскольку я считаю, что это то, что Arduino использует по умолчанию с AnalogWrite.

Ответы (3)

Почему толстый медный провод может выдержать большой ток?

Потому что у него низкое сопротивление. Пока вы поддерживаете низкое сопротивление (полностью включите полевой МОП-транзистор, например, используйте V gs = 10 В, как указано в техническом описании IRL7833), то МОП-транзистор не будет рассеивать большую мощность.

Рассеиваемая мощность п является: п знак равно я 2 * р поэтому, если R поддерживается достаточно низким, полевой МОП-транзистор может справиться с этим.

Однако есть некоторые предостережения:

Давайте посмотрим на таблицу данных IRL7833 .

Это 150 А при температуре корпуса 25 градусов по Цельсию. Значит, вам, вероятно, понадобится хороший радиатор. Любое рассеиваемое тепло должно иметь возможность «уходить», поскольку R ds,on NMOS будет увеличиваться с повышением температуры. Что увеличит рассеиваемую мощность... Видите, куда это идет? Это называется термическим разгоном .

Эти очень высокие токи часто являются импульсными токами, а не непрерывными токами.

Страница 12, пункт 4: Ток ограничения пакета 75 А.

Таким образом, на практике с одним IRL7833 вы ограничены 75 А, если вы можете поддерживать достаточное охлаждение МОП-транзистора.

Вы хотите работать при 40–50 А, это меньше, чем 75 А. Чем дальше вы держитесь от пределов полевого МОП-транзистора, тем лучше. Таким образом, вы можете рассмотреть возможность использования еще более мощного полевого МОП-транзистора или двух (или более) параллельно.

Вы также не пропускаете столько энергии через полевой МОП-транзистор, а МОП-транзистор не выдерживает 50 А * 15 В = 750 Вт.

В выключенном состоянии полевой МОП-транзистор либо будет обрабатывать 15 В почти без тока (просто утечка), из-за низкого тока, мощности которого будет недостаточно для нагрева МОП-транзистора.

При включении полевой МОП-транзистор будет выдерживать 50 А, но его сопротивление будет меньше 4 МОм (когда он холодный), так что это означает 10 Вт. Это нормально, но вы должны держать МОП-транзистор холодным.

Обратите особое внимание на рисунок 8 в техническом описании «Максимально безопасная рабочая зона», вы должны оставаться в этой зоне, иначе вы рискуете повредить MOSFET.

Вывод: так можно? Да, вы можете, но вы должны сделать некоторую «домашнюю работу», чтобы определить, будете ли вы находиться в безопасных пределах. Просто предположить, что МОП-транзистор может работать с определенным током, потому что он рекламируется как таковой, — это путь к катастрофе. Вы должны понимать, что происходит и что вы делаете.

Например: поскольку 50 А через 4 МОм уже дает рассеиваемую мощность 10 Вт, что это означает для всех соединений и дорожек на печатной плате? Они должны иметь очень низкое сопротивление!

Ты подтолкнул меня на это! Я был на полпути к написанию ответа, но вы сказали все, что я собирался, и даже немного больше! +1 от меня!
Спасибо! После всего этого я чувствую себя намного лучше, делая это. Думаю, я закажу хороший радиатор!
Вы также можете упомянуть, что переход между состояниями «включено» и «выключено» (в обоих направлениях) должен быть запланирован. Схема, управляющая полевым МОП-транзистором, должна иметь возможность управлять затвором достаточным током (как выключено-включено, так и включено-выключено), чтобы полевой МОП-транзистор тратил достаточно короткое время на переход между состояниями, чтобы он не потреблял большое количество энергии ( что приводит к нагреву), когда он включен только частично. Для мощных полевых МОП-транзисторов емкость затвора может быть довольно значительной, что требует для управления затвором значительно большего тока, чем может быть обеспечено «обычными» логическими выходами.
Следует подчеркнуть важность того, чтобы температура CASE составляла 25°C для этих номиналов. Если температура корпуса 25°С и температура окружающей среды 25°С, устройство НЕ рассеивает НИКАКОЙ мощности! Между корпусом и радиатором/воздухом/печатной платой ВСЕГДА будет существовать тепловое сопротивление, и любая мощность, рассеиваемая на этом сопротивлении, приведет к повышению температуры — точно так же, как ток через сопротивление приводит к напряжению.
Если он использует полевой МОП-транзистор в качестве переменного резистора, он сгорит. например, ограничение тока до 25 А будет означать настройку сопротивления во включенном состоянии до 0,3 R. Это соответствует рассеиваемой мощности 187,5 Вт. Бум.

В дополнение к хорошему ответу @Bimpelrekkie, я хотел бы обратить ваше внимание на необходимость альтернативного пути к текущему потоку, когда вы отключаете нагрузку.

Даже если вы управляете током для (теоретически) чистой резистивной нагрузки, она может включать некоторую паразитную индуктивность. Таким образом, когда вы отключаете 15А, эта индуктивность вызовет скачок напряжения на клеммах MOSFET, что может привести к его пробою и последующему разрушению. Даже собственная индуктивность проводов может вызвать некоторые проблемы с таким током.

Типичным решением является размещение диода встречно-параллельно нагрузке, как показано на схеме ниже:

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Кроме того, поскольку вас беспокоит рассеиваемая мощность, важно также упомянуть мощность, рассеиваемую при включении и выключении MOSFET. Некоторая энергия рассеивается каждый раз, когда канал формируется или блокируется.

Рассеиваемая мощность при переключении приблизительно равна:

п с ж я т с час я н грамм знак равно 1 2 ⋅ В ⋅ я л о а г ⋅ ф с ж я т с час я н грамм ⋅ т с ж я т с час я н грамм

Как видите, если вы потратите много времени на процесс переключения, MOSFET может рассеивать большую мощность, и это будет проблемой.

Чтобы сделать переходы быстрыми, вам нужно использовать схему драйвера затвора между Arduino и MOSFET. Кроме того, схема драйвера затвора является обязательной, если вы планируете использовать MOSFET, подключенный к положительной клемме источника питания. В этой ситуации Arduino не может генерировать положительное напряжение между затвором и клеммой истока, так как исток будет плавать в зависимости от состояния тока нагрузки.

Спасибо за информацию. То есть вы хотите сказать, что если у меня есть источник MOSFET, подключенный к плюсу моего источника питания, мне понадобится схема драйвера? Но если у меня есть источник, подключенный после нагрузки, а затем сток на землю, я могу управлять им без схемы драйвера?
Привет @JohnLeuenhagen. На самом деле, в случае, если N-канальный МОП-транзистор подключен к положительной клемме источника питания, он должен быть подключен к его стоку, а не к его выводу истока. Если вы подключите исток N-MOS к положительному проводу питания, а сток к нагрузке, он всегда будет проводить ток из-за встроенного в корпус диода.
О необходимости драйвера: вы можете управлять N-канальным MOSFET напрямую с микроконтроллера только в том случае, если вы привяжете контакт источника к тому же потенциалу земли микроконтроллера. Таким образом, вы можете управлять затвором с более высоким напряжением, чем источник, просто установив GPIO вашего UC на высокий логический уровень. Однако в приложениях, подобных вашему, всегда полезно использовать драйвер затвора, потому что он ускоряет переключение и заряжает затвор более высоким напряжением (10–15 В), снижая сопротивление проводящего канала и, следовательно, рассеиваемую мощность. .
Я понимаю. Так делает ли зарядка затвора более высоким напряжением переключатель быстрее? Потому что, если это так, не могли бы вы использовать второй мосфет, у которого сток подключен к + 12 В, а исток к затвору первого мосфета, чтобы управлять им?
Упомянутая вами схема будет работать для зарядки затвора основного мосфета до некоторого значения ниже 5 В, потому что тогда Vgs вторичного мосфета будет недостаточно, чтобы удерживать его во включенном состоянии. Взгляните на эту статью, в которой объясняется основной принцип переключения MOSFET: Nutsvolts.com/questions-and-answers/mosfet-basics
Это примечание к приложению кажется хорошим введением в понимание драйверов затвора: ti.com/lit/ml/slua618/slua618.pdf
Наконец, стоит отметить, что хотя время включения/выключения должно быть уменьшено, чтобы избежать чрезмерного рассеивания мощности в процессе переключения, это приведет к увеличению dV/dt и dI/dt в вашей цепи, что может привести к проблемам с электромагнитными помехами. , особенно если ваш макет был сделан без учета этих фактов.

Погуглите "твердотельное реле", и вы найдете больше, чем хотели знать. И они работают с переменным током, если когда-нибудь возникнет такая необходимость. Они автономны и имеют встроенную защитную схему.

Имейте в виду, что не все твердотельные реле переключают постоянный ток, многие из них только переменного тока (обычно потому, что они используют симисторы или тиристоры в качестве переключающих элементов). Кроме того, если вы покупаете, например, на eBay или Amazon, они могут соответствовать или не соответствовать спецификациям или иметь «защитную схему». Конечно, это верно и для дискретных транзисторов.
Спасибо за этот комментарий. Кроме того, многие такие устройства генерируют ужасные кондуктивные и излучаемые электромагнитные помехи! Нужно проверить это, прежде чем остановиться на постоянной установке.
Является ли хорошей практикой пропускать большие токи через полевой МОП-транзистор?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v