Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
IGE-XAO
Proszę, dodaj wyjątek dla www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Projekt uniwersalnego modułu MOSFET

04 Wrz 2013 12:54 2787 14
  • Poziom 23  
    Witajcie, od paru dni staram się zaprojektować moduły z tranzystorami mosfet. Modułów potrzebuję do różnych zastosowań dlatego chciałem żeby były uniwersalne tzn, potrzebuję sterować silnikiem przez PWM to biorę taki moduł podpinam sygnał i zasilanie i gotowe, chcę tylko włączać lub wyłączać jakieś obciążenie to tak samo moduł sygnał i gotowe.
    Na rynku są dostępne takie gotowe moduły jednak ich cena jest kosmiczna... Dokładnie chcę zrobić coś na wzór takich układów
    Projekt uniwersalnego modułu MOSFET Projekt uniwersalnego modułu MOSFET Projekt uniwersalnego modułu MOSFET

    Szukam w necie schematów czy gotowych projektów ale niestety nic nie ma, zależy mi aby na płytkach były drivery do tranzystorów tak jak w pokazanych układach bo czyni to moduł bardziej uniwersalnym, zwłaszcza że najczęściej stosuję mosfety z uK AVR i często mam problem z nagrzewaniem tranzystorów z powodu nie prawidłowego sterowania (5V na bramce).

    Czy posiada ktoś schematy bądź projekt podobnych modułów? Ewentualnie czy ktoś mógłby pomóc w projektowaniu bo niestety z mosfetami zawsze mam problemy.

    Parametry jakie potrzebuję to obciążalność do 10A i napięcie do 30V gdyż większych jeszcze nie zdarzyło mi się używać ;)

    Posiadam też kilka sztuk takich tranzystorów, może da się je wykorzystać?
    http://www.electronicsdatasheets.com/pdf-datasheets/toshiba-electronics-europe/TK72E08N1/
    http://www.electronicsdatasheets.com/pdf-datasheets/toshiba-electronics-europe/TPH7R506NH/
  • IGE-XAO
  • Poziom 43  
    Najpierw określ jakieś założenia, jak to ma działać i w jakich warunkach, można zrobić układ bardzo uniwersalny, ale wyjdzie skomplikowany, albo kompromisowo ale w miarę prosto.

    1)jakie będzie napięcie sterujące()
    2)załączamy od strony plusa czy masy?
    3)z czego zasilić driver (napięcie do wysterowania bramki, czy budować jakiś uniwersalny układ zasilania?)
    4)czy potrzeba optoizolacji.
    5)czy układ ma być szybki.(wymaganie sprzeczne z p. 4)
  • IGE-XAO
  • Poziom 23  
    1) Napięcie sterujące około 5V bo głównie używam AVRów
    2) Nie mam pojęcia jak być powinno, zwykle sterowałem BUZ11 prosto z portu uC więc raczej plus
    3) Driver z napięcia zasilającego obciążenie
    4) Raczej optoizolacji nie potrzebuję

    Zwykle dawałem BUZ11 prosto pod port uC ale teraz mam kłopot bo przy prądzie 5A tranzystor się dość mocno grzeje a w urządzeniu nie mam miejsca na radiator dlatego mogę tu wykorzystać co najwyżej radiator przeznaczony dla obudów TO220 taki około 2x3cm. Mam nowe tranzystory toshiby te co podesłałem noty wyżej, i z nich wyczytałem że mają napięcia Vgs od 2-4V więc działały by nawet bez drivera, ale to tylko moje domysły więc nie wiem jak by było naprawdę. Chętnie użyłbym ulubionego buz11 ale nie wiem jaki driver dołożyć i jak się go dobiera.

    Mógłbyś coś więcej powiedzieć o Twoich modułach? Ja potrzebuję takich najprostszych do sterowania czy to silnik czy żarówki przez PWM, ale zależy mi właśnie na module i uniwersalności żebym nie musiał za każdym razem obmyślać nowego tylko jak zajdzie potrzeba biorę moduł podpinam procka i śmiga.
    Idealny byłby ten z niebieskim gniazdem lub z żółtym ale cena masakryczna a schematu nigdzie sie nie mogę doszukać.
  • Poziom 43  
    Przykładowo bierzemy N-MOSFET'a i scalony low-side driver, właściwości:
    1)załączamy obciążenie od strony masy-wspólnej z napięciem sterującym.
    2)potrzeba zasilania driver'a (7V-15V)
    3)układ jest szybki
    4)rozwiązanie droższe od wykonanego na elementach dyskretnych ale prostsze.

    Napięcie zasilania drivera, jeśli przekroczy kilkanaście V, można ograniczyć stabilizatorem liniowym.

    Jakby było trzeba załączać plus, to można zrobić podobny układ z P-MOSFET'em.

    Mozna też załączać plus N-MOSFET'em z driverem high-side, tylko że to uniemożliwia załączenie na stałe (tylko PWM, być może nawet 99%, ale nie 100%).

    EDIT:

    Cytat:
    zwykle sterowałem BUZ11 prosto z portu uC więc raczej plus

    Jeśli było poprawnie, to musiałeś mieć źródło podłączone do masy, czyli tranzystor załącza minus do obciążenia, plus jest podłączony na stałe.
  • Poziom 23  
    Dokładnie tak jak piszesz, tranzystor kluczował do masy a + zawsze miałem na stałe podłączony do obciążenia.

    Czy masz jakiś przykład drivera na elementach dyskretnych? Jak wyglądały by jego parametry w porównaniu do scalonego? Byłby dużo gorszy?

    Piszesz że napięcie zasilania drivera można ograniczyć stabilizatorem z tego co widzę to jakimś 7812 ale co w przypadku gdy napięcie zasilające stabilizator będzie niższe niż jego wyjściowe? Wydaje mi się że wtedy spadek na stabilizatorze da wyjściowe około 9V (jeśli zasilające będzie równe 12V) Czy w takim wypadku tranzystor będzie poprawnie przełaczany? Czy wtedy nie będzie za niskie napięcie przełączające bramkę?

    Czy tranzystory które podesłałem w pierwszym poście nadają się do tego modułu? Z noty widzę że ich Vgs jest od 2-4V czyli działały by bez drivera? (planuję zrobić dwa moduły jeden z driverem i tranzystorem na większe prądy, drugi z tranzystorem logic level na mniejsze)


    EDIT: Zmieniłem koncepcję, dam same tranzystory logic level IRLZ-44 i będzie najszybciej, problem w tym że nie wiem jaki rezystor bramkowy wstawić tak aby można było nim sterować z uC.
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Czy masz jakiś przykład drivera na elementach dyskretnych? Jak wyglądały by jego parametry w porównaniu do scalonego? Byłby dużo gorszy?
    W miarę prosty układ dyskretny będzie wolniejszy od scalonego, ja bym zrobił tak - 1 stopień tranzystor w układzie WE z diodą Schottky'ego odwrotnie równolegle do złącza B-C, drugi stopień - wtórnik komplementarny.
    Wadą układu jest inwersja i to że bez sterowania MOSFET jest załączony, mozna dodać drugi inwerter albo rezystor podciągający.

    Cytat:
    Piszesz że napięcie zasilania drivera można ograniczyć stabilizatorem z tego co widzę to jakimś 7812 ale co w przypadku gdy napięcie zasilające stabilizator będzie niższe niż jego wyjściowe? Wydaje mi się że wtedy spadek na stabilizatorze da wyjściowe około 9V (jeśli zasilające będzie równe 12V) Czy w takim wypadku tranzystor będzie poprawnie przełaczany?
    Tak zadziała, jeśli to będzie układ dyskretny wystarczy dać diodę Zenera.

    Cytat:
    Czy tranzystory które podesłałem w pierwszym poście nadają się do tego modułu?
    Jeden tak, drugi link nie działa.
    Cytat:

    Z noty widzę że ich Vgs jest od 2-4V czyli działały by bez drivera?
    To napięcie określono przy bardzo małym prądzie żeby w pełni załączyć ten tranzystor potrzeba >5V.

    Cytat:

    EDIT: Zmieniłem koncepcję, dam same tranzystory logic level IRLZ-44 i będzie najszybciej, problem w tym że nie wiem jaki rezystor bramkowy wstawić tak aby można było nim sterować z uC.

    Wyjście procesora nie da dużego prądu, na PWM może być zbyt wolne, do zastosowań statycznych ok.
  • Poziom 23  
    Ok czyli rozwiałeś moje wątpliwości ;) Bez drivera się nie obejdzie, teraz nie potrzebuję szybkiego przełączania ale kto wie co będzie w przyszłości, a chciałbym żeby ten moduł był dość uniwersalny.

    Czy driver scalony z prądem około 1A wystarczy?

    Jak zachowa się tranzystor sterowany driverem, będzie sie bardzo grzał? Jak duży radiator potrzebuję?

    Link z pierwszego postu poprawiłem.

    EDIT: Czy taki driver się nadaje? Link

    Ze względu na jego prąd 1,5A stabilizator odpada, co w takim razie z zasilaniem?
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Jak zachowa się tranzystor sterowany driverem, będzie się bardzo grzał? Jak duży radiator potrzebuję?

    Są dwa rodzaje strat: statyczne P=Id^2*Rds(on) łatwo policzyć, bez radiatora tranzystor w TO-220 wytrzyma ok 1W ale będzie bardzo gorący, jeśli potrzeba więcej, trzeba policzyć wymaganą rezystancję termiczną, za radiator może robić kawałek blachy, są nomogramy z których można określić rezystancje termiczną takiego radiatora, w zależności od powierzchni.

    Drugi rodzaj strat to straty dynamiczne jeśli tranzystor jest często przełączany (PWM >kHz) znaczenie ma moc wydzielająca się podczas przełączania, im mniejsza wydajność driver'a przełączanie trwa dłużej i wydziela się w tym czasie więcej energii.(liczenie strat jest bardziej skomplikowane jak chcesz wiedzieć znajdź noty aplikacyjne takie jak slup169.pdf)

    Cytat:
    Czy taki driver się nadaje?
    Tak jak dasz rezystor 6Ω i zasilanie 12V
    prąd w impulsie nie przekroczy 1,5A a czas przechodzenia przez Miller plateau (wtedy wydziela się najwięcej strat przy przełączaniu) będzie krótszy niż 40ns dla IRFZ44 czyli całkiem szybko nawet jak na częstotliwości przełączania >100kHz.
    Cytat:

    Ze względu na jego prąd 1,5A stabilizator odpada, co w takim razie z zasilaniem?
    Te 1,5A to w impulsie, przełączanie IRFZ44 z częstotliwością 100kHz przy zasilaniu 12V "wyciagnie" 7mA prądu średniego.
  • Poziom 23  
    Odnośnie nagrzewania tranzystora, to zastanawia mnie jak zrealizowali to producenci tych modułów z pierwszego postu, tam nie ma radiatorów co najwyżej kawałek laminatu, czyżby tranzystor się nie grzał?

    Przy projektowaniu muszę uwzględnić też inne opcje czyli te 100kHz nie koniecznie będzie podane na driver, częściej pracuję z niższymi częstotliwościami a wtedy jak się domyślam prąd wzrośnie. Wiem że 1,5A w impulsie ale czy to nie zajeździ stabilizatora przy dłuższej pracy?

    Radiatory mam jakieś z demontażu to myślę że sie nadadzą.

    Jaką częstotliwością PWMu sterować taki tranzystor aby układ był prosty? Bo w sumie potrzebuję te 10A 30V ale częstotliwość może być dowolna i zwykle nie przekraczam 15kHz, czy w tym wypadku da się zrobić jakiś prosty układ np. na elementach dyskretnych albo prosto z procesora?



    Więcej się dowiedziałem od Ciebie niż przez 4 lata technikum :P Dziękuje
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Odnośnie nagrzewania tranzystora, to zastanawia mnie jak zrealizowali to producenci tych modułów z pierwszego postu, tam nie ma radiatorów co najwyżej kawałek laminatu, czyżby tranzystor się nie grzał?
    Zmniejszyć straty statyczne stosując tranzystor o jak najmniejszym Rds(on), byle cena była jeszcze znośna, zmniejszanie Rds(on) zazwyczaj jest kosztem Qg więc trudniej szybko przełączać.

    Cytat:
    Przy projektowaniu muszę uwzględnić też inne opcje czyli te 100kHz nie koniecznie będzie podane na driver, częściej pracuję z niższymi częstotliwościami a wtedy jak się domyślam prąd wzrośnie. Wiem że 1,5A w impulsie ale czy to nie zajeździ stabilizatora przy dłuższej pracy?
    100kHz przyjąłem jako wartość b. dużą rzadko kto potrzebuje aż tyle, przy niższej będzie proporcjonalnie mniej, prąd impulsowy ma "iść" z kondensatora.

    Cytat:
    Jaką częstotliwością PWMu sterować taki tranzystor aby układ był prosty? Bo w sumie potrzebuję te 10A 30V ale częstotliwość może być dowolna i zwykle nie przekraczam 15kHz, czy w tym wypadku da się zrobić jakiś prosty układ np. na elementach dyskretnych albo prosto z procesora?
    Im mniejsza tym łatwiej, jeśli nie przeszkadza hałas można dać częstotliwość akustyczną, jeśli musi być cicho trzeba >20kHz

    Cytat:
    Więcej się dowiedziałem od Ciebie niż przez 4 lata technikum :P Dziękuje
    MOSFET'y mocy upowszechniły się w ciągu ostatnich 20lat, szkoły takich "nowości" szybko nie ogarniają ;).
  • Poziom 23  
    Zrobiłem wstępny projekt, dałem tylko inny driver bo znalazłem tańszy ;) Zrobię dwie wersje tego modułu jedna na napięcie do 18V a druga powyżej 18V bo niestety driver tylko do 18 może pracować.

    Proszę zerknij czy jest wszystko prawidłowo, wzorowałem się notą drivera Link

    Projekt uniwersalnego modułu MOSFET
  • Poziom 43  
    W porządku, żeby nie robić kilku oddzielnych wersji zrób uniwersalną płytkę w której będzie miejsce na stabilizator, jeśli nie będzie potrzebny wstawisz zworę.

    Zrób też miejsce na rezystor szeregowy w obwodzie bramki, w układach nie wymagających dużej szybkości czasami warto spowolnić przełączanie, żeby ograniczyć generowane zakłócenia.
  • Poziom 23  
    Ok, a stabilizator mogę dać w wersji SMD? Czy raczej będzie sie bardzo grzał i potrzebuję radiatora?

    A mogę zamiast stabilizatora dać zenerkę 12V?

    Tu wersja poprawiona, wystarczą takie kondensatory?
    Projekt uniwersalnego modułu MOSFET
  • Poziom 43  
    Cytat:
    Ok, a stabilizator mogę dać w wersji SMD? Czy raczej będzie sie bardzo grzał i potrzebuję radiatora?
    Może być SMD

    Cytat:
    A mogę zamiast stabilizatora dać zenerkę 12V?
    Też można, oczywiście z rezystorem.

    Cytat:
    Tu wersja poprawiona, wystarczą takie kondensatory?
    Tak, nawet za dużo, na wyjściu stabilizatora daj jeden ceramiczny 100nF i jeden elektrolityczny 47uF
  • Poziom 23  
    Ok, poprawiłem :) Odnośnie stabilizatora to jaki dobrać pod względem prądu? Bo znalazłem różne i nie wiem ile sie spodziewać. Znalazłem 100mA, 150mA, 1A i 1,5A.