¿Cómo conducir un MOSFET con un optoacoplador?

El MOSFET sugerido no se adapta bien a esta aplicación. Existe un grave riesgo de que el resultado sea una ruina humeante :-(. Principalmente, ese FET es muy, muy marginalmente adecuado para la tarea. Podría funcionar si fuera todo lo que tuviera, pero hay mucho, mucho más FET adecuados disponibles, probablemente a un costo adicional bajo o nulo.

Los principales problemas son que el FET tiene una muy mala (= alta) resistencia, lo que conduce a una alta disipación de potencia y un nivel reducido de impulso al motor. Esto último no es demasiado significativo pero es innecesario.

Considere: la hoja de datos dice que la resistencia de encendido (Rdson, especificado en la parte superior derecha de la página 1) =$0.18 \Omega$. Disipación de potencia =$I^2 \times R$por lo que en 6A la pérdida de potencia será$(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W$. Eso se maneja fácilmente en un paquete TO220 con un disipador de calor adecuado (algo mejor que un tipo de bandera preferiblemente) pero esta gran disipación es totalmente innecesaria ya que hay disponibles FET de Rdson mucho más bajos. La caída de voltaje será$V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V$. Esa es$\frac{1}{24} =~ 4%$de la tensión de alimentación. Eso no es muy grande, pero innecesariamente toma voltaje que podría estar aplicándose al motor.

Ese MOSFET está disponible en digikey por $1.41 en 1.s.

PERO

Por 94 centavos en 1, también en stock en Digikey , puede tener el ultra magnífico MOSFET IPP096N03L. Esto solo tiene una clasificación de 30 V, pero tiene$I_{max} = 35A$,$R_{DS(on)}$de$10 m \Omega$(!!!) y un voltaje de umbral máximo (voltaje de encendido de 2.2 voltios. Este es un FET absolutamente excelente tanto por el dinero como en términos absolutos.

En 6A obtienes$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW$disipación. Se sentirá cálido al tacto cuando se ejecute sin un disipador de calor.

IPP096N03L hoja de datos

Si desea un poco más de voltaje, puede obtener los 97 centavos en stock 55V, 25A,$25 m \Omega$ IPB25N06S3-2 : aunque el umbral de la puerta se está volviendo marginal para la operación de 5V.

Usando el sistema de selección de parámetros de Digikey, especifiquemos el "FET ideal para esta y otras aplicaciones similares. Puerta lógica de 100 V, 50 A (voltaje de encendido bajo,$R_{ds(on)}$<$50 m \Omega$.

Ligeramente más caro a $1.55 en 1 en stock en Digikey PERO 100V, 46A,$24 m \Omega$ $R_{ds(on)}$típico, 2V$V_{th}$... el absolutamente excelente BUK95/9629-100B ¿ de dónde obtienen estos números de pieza? :-)

Incluso con solo un controlador de compuerta de 3 V, a 6 A$R_{ds(on)}$será sobre$35 m \Omega$o alrededor de 1,25 vatios de disipación. En la unidad de puerta de 5V$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega$dando alrededor de 900 mW de disipación. Un paquete TO220 estaría demasiado caliente para tocarlo al aire libre con una disipación de 1 a 1,25 vatios, digamos un aumento de 60 a 80 C. Aceptable pero más caliente de lo necesario. Cualquier tipo de disipador de calor plano lo reduciría a "agradable y cálido".

Este circuito de aquí es casi exactamente lo que quieres y me ahorra dibujar uno :-).

Reemplace BUZ71A con MOSFET de su elección como se indica arriba.

Aporte:

• Cualquiera: X3 es la entrada del microcontrolador. Esto se impulsa alto para encendido y bajo para apagado. "PWM5V" está conectado a tierra.

• O: X3 está conectado a Vcc. PWM5V es impulsado por el pin del microcontrolador: bajo = encendido, alto = apagado.

Como se muestra$R1 = 270 \Omega$.

• actual es$I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}$

• o la resistencia es$R = \frac{(Vcc-1.4)}{I}$

Para Vcc = 5V y$270 \Omega$Yo aquí =~ 13 mA. Si quisieras decir 10 mA entonces$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega$- decir 330R

Producción:

R3 tira de la puerta FET a tierra cuando está apagado. Por sí mismo, 1K a 10k estaría bien: el valor afecta el tiempo de apagado, pero no es demasiado importante para la unidad estática. PERO lo usaremos aquí para hacer un divisor de voltaje para reducir el voltaje de la puerta FET cuando está encendido. Por lo tanto, haga que R3 tenga el mismo valor que R2; consulte el siguiente párrafo.

R2 se muestra yendo a +24 V CC, pero esto es demasiado alto para la clasificación máxima de puerta FET. Llevarlo a +12 V CC sería bueno y +5 V CC estaría bien si se usan los FET de puerta lógica mencionados. PERO aquí usaré 24 Vdc y usaré R2 + R3 para dividir el voltaje de suministro por 2 para limitar Vgate a un valor seguro para el FET.

R2 establece la corriente de carga del condensador de puerta FET. Establecer R2 = 2k2 da una unidad de ~10 mA. Establezca R3 = R2 como arriba.

Además, agregue un zener de 15 V a través de R3, cátodo a puerta FET, ánodo o tierra, esto proporciona. puerta de protección contra sobretensiones transitorias.

El motor se conecta como se muestra.

DEBE incluirse D1; esto proporciona protección contra el pico de fuerza contraelectromotriz que se produce cuando se apaga el motor. Sin esto, el sistema morirá casi instantáneamente. El diodo BY229 que se muestra está bien, pero es excesivo. Cualquier diodo de corriente nominal de 2A o mayor servirá. Un RL204 es solo uno de una amplia gama de diodos que se adaptaría. Un diodo de alta velocidad aquí puede ayudar un poco, pero no es esencial.

Velocidad de conmutación : como se muestra, el circuito es adecuado para control de encendido/apagado o PWM lento. Cualquier cosa hasta aproximadamente 10 kHz debería funcionar bien./ Para un PWM más rápido, se requiere un controlador diseñado correctamente.

En lo que respecta al MOSFET, un optoacoplador es solo un transistor.

En lo que respecta al microcontrolador, un optoacoplador es solo un LED.

Por lo tanto, todo lo que necesita es un circuito MOSFET controlado por transistor normal y un circuito LED controlado por microcontrolador normal.

Aquí hay un ejemplo de cómo manejar un MOSFET con un transistor:

Entonces Q2 es el lado de salida del opto-couper. R2 sería reemplazado por el lado del LED de entrada del optoacoplador y su resistencia limitadora de corriente.

El aislamiento del optoacoplador le brinda la ventaja de que puede colocar su transistor de salida en cualquier lugar que desee, independientemente del voltaje de suministro del microcontrolador.
Conducir el optoacoplador significa conducir su LED. Si el microcontrolador no puede controlarlo directamente, necesitará un pequeño transistor para eso.
A continuación, coloca el transistor de salida del optoacoplador en el MOSFET: colector en V+, emisor en la puerta. Coloque una resistencia entre la puerta y tierra. De esta forma, cambiará la puerta del MOSFET entre V+ y tierra. El MOSFET no necesita 24V para cambiar 6A, sin embargo, 5V es suficiente. Puede limitar el voltaje de la puerta al tener una resistencia en serie con el transistor del optoacoplador. Si el transistor a tierra es 4k7, puede elegir 10k para esto.

Si el LED del optoacoplador está encendido, el transistor conducirá y hará que la puerta sea alta, encendiendo el MOSFET. Si el LED está apagado, el transistor estará apagado, y la resistencia bajará la compuerta.