Circuito controlador para elemento calefactor (alambre de nicromo)

Para mi proyecto, necesito calentar un alambre de nicrom (que actúa como elemento calefactor) y proporcionarle una potencia de 100 mW. Ya hice el cálculo y necesito una corriente de aproximadamente 22 mA para generar esa potencia, también el voltaje que se generará en el elemento calefactor será de 4,51 V. Estoy planeando usar un NPN BJT como controlador actual para limitar la corriente a una tasa constante y debido a que mi requisito actual es inferior a 1A, creo que NPN BJT será una mejor opción que usar MOSFET. Estoy usando MCU conectado a este cable de nicromo a través del circuito de conducción actual.

  1. Dado que tendré que proporcionar una fuente de voltaje para el circuito de conducción, planeo usar una batería de 3.6 V. El problema que me confunde es si mi circuito funcionará correctamente con 3,6 V en la fuente. ¿Los 4,51 V generados a través del elemento calefactor tienen algún significado con respecto a esto?
  2. Investigué sobre los interruptores de carga que usan MOSFET de canal P, debido a sus muchas ventajas, estoy confundido si será una mejor opción o no, si alguien puede sugerirlo.
  3. Además, leí en un sitio web que al usar MCU, es mejor usar un interruptor lateral alto, ya que MCU siempre debe estar conectado a tierra. Entonces, al usar un NPN BJT, ¿no funcionaría correctamente?
Te estás perdiendo un tema clave --- A medida que el nicrom se calienta, su resistencia aumentará. Su cálculo de la corriente requerida y el voltaje requerido solo es preciso a una temperatura específica del cable. ¿Es esa la resistencia 'fría' (temperatura ambiente)? A medida que se calienta, la resistencia aumentará, la corriente disminuirá y su potencia cambiará. Tendrá que jugar/experimentar un poco para marcar una salida de 100 mW en su aplicación. Calcular es una excelente manera de comenzar, pero es probable que tenga que modificarlo, así que asegúrese de que su circuito lo permita: no se encierre.
¿Puede dividir el cable en dos y suministrar a cada mitad 22 mA y 2,25 V? Esa sería una forma sencilla de permitirle usar la batería de 3.6V.
@Kyle B, el coeficiente de temperatura de resistencia de Nichrome es solo 0.00013 / ° C.
@vu2nan Gracias por mantenerme honesto. Lo busqué en Google y encontré -0.0004 BTW (4x tuyo). De todos modos, probablemente depende de la aleación exacta. Además, tengo que hacer una corrección: no me di cuenta (¿y quizás tú tampoco?) de que es un coeficiente negativo, es decir, la resistencia DISMINUYE a medida que aumenta la temperatura. ¡Nunca lo he usado yo mismo, y supuse que tendría un coeficiente positivo como casi todo lo demás! Mi error (no demasiado orgulloso de admitir cuando me equivoco;)) También habrá algún efecto de temperatura de la unión mecánica (no se puede soldar a NiChrome, generalmente está sujeto).
Mi punto realmente era solo que, sin importar cuán precisos fueran sus cálculos, no iban a ser "correctos" y OP no querrá soldar su solución sin marcarla primero en el banco. Está bastante claro que no es un EE de oficio, por lo que puede estar pensando que somos más precisos de lo que realmente somos;) (Es interesante ver las caras de mis colegas mecánicos cuando les digo que un condensador puede tener tolerancias de +-50 %... ) Si quiere "100mW", tendrá que marcarlo. Si quiere 100mW +- 20%, esa es una historia diferente....
@KyleB Gracias, tomaré nota de ello.
@Kyle B, ¡El coeficiente de temperatura de resistencia para Nichrome es, sin duda, positivo!
@vu2nan Sí, lo es... Mi mirada se desvió hacia el "carbono" en la mesa a la que me refería LOL Necesito más café...
@ user_1818839 ¡Gracias, parece que su solución podría ser útil ahora para otro circuito!

Respuestas (1)

Vamos a llenar algunos vacíos. El cable es solo un componente como cualquier otro, tiene una resistencia y, dependiendo del voltaje que lo atraviesa, la corriente cambiará. Si quieres tener 22mA y 4.51V, esto quiere decir que la resistencia del cable es de 205 Ohms. Esto, por supuesto, depende de la longitud del cable y cambiar la longitud cambiará la resistencia. Aquí el cable debe ser muy corto, porque con 22mA, no se calentará mucho, y cuanto más grande, menos se calentará.

  1. Conducir con una batería de 3,6 V significa que debe disminuir la resistencia o la corriente no será la misma. Por supuesto, cuando disminuya la longitud del cable y la potencia, tendrá aún menos calor.

  2. Un MOS FET sería una mejor opción. Las razones son que el MOS permitirá que la mayor parte del voltaje (de la batería de 3,6 V) se aplique sobre el cable y la corriente dependerá solo de la resistencia. Por otro lado, se puede usar un BJT, pero controlará la corriente a través del cable, dependiendo de la corriente de base, la resistencia del cable y la fuente de voltaje conectada al colector y al emisor. Si lo pones a 22mA, pero la resistencia es de 205 Ohms, obtendrás unos 17mA, porque la fuente no es de 4.51V. Se puede utilizar para controlar con precisión la corriente. Normalmente es una buena idea, pero consumirá una parte de su voltaje, que se aplicará en el transistor mismo (unión colector-emisor) y la potencia sobre el cable disminuirá aún más. Un MOS tiene un Rds[on] muy bajo, lo que debería ser mejor para sus propósitos.

  3. Esto solo es válido cuando está alimentando algo desde el pin de la MCU. Si la energía proviene de la fuente en lugar de la MCU, esto le permitirá alimentar más cosas y simplemente conectarlas a tierra a través del pin de la MCU. Un puerto MCU completo de 8 pines a veces puede suministrar solo 10 mA en su conjunto, a pesar de que un pin individual también es capaz de suministrar 10 mA, pero si 1 pin toma toda la corriente, el resto no tendrá nada.

gracias por la explicación. Entonces, lo que entiendo es que para obtener una corriente de 22 mA, necesito proporcionar una fuente superior a 4.51 V, ya sea un MOS o BJT. ¿Tengo razón?
^^^ Sí. O use dos piezas de NiChrome en paralelo
Entonces, si uso un voltaje de fuente más grande como 9V, ¿el MOS brindará alguna ventaja? Además, si uso MOS, necesitaría usar PWM para controlar el Vg, que generalmente es de alrededor de 3 V, lo que no necesito hacer si uso BJT.
No necesita un pwm para controlar el MOS. Esto es solo cúpula cuando tiene corrientes altas, la conmutación permite que el MOS disipe el calor. Sí, tiene una caída de voltaje sobre el transistor y el cable. La solución paralela funciona.
Si usa BJT, perderá un poco más de energía (como calor en el BJT, pero mínimo). Debido a que está completamente "encendido", el BJT aún presentará una caída de 0.2V. Un MOSFET, por otro lado, su caída de voltaje depende de su resistencia. Con un MOSFET moderno que puede ser de ohmios fraccionarios, por lo que casi no está en el circuito. Puede PWM cualquier tipo de transistor sin problema. (Hay diferencias que se harían evidentes en una aplicación más avanzada, pero eso no debería preocuparle aquí)
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