MOSFET de potencia o relé

Quiero operar un ventilador automotriz de 12V con una señal de 3.3V uC. El ventilador centrífugo (de 37 años) consume 3,2 A durante aproximadamente 100 ms al inicio y luego 1,2 A constante mientras funciona durante un máximo de 30 minutos. Originalmente, usé un relé automotriz Panasonic de 12 V, 25 A (www.farnell.com/datasheets/1809465.pdf) y 2N2222 NPN BJT. También agregué una resistencia de 100 Ω y un límite de 100 nF en los contactos. El circuito funciona bien en la PCB que prototiqué.

Ensamblé un segundo circuito y reemplacé el relé con un MOSFET de potencia de canal P de 27 A (www.farnell.com/datasheets/1712479.pdf). Suponiendo que entiendo la hoja de datos correctamente, ya hay un diodo presente, por lo que ese componente se eliminó al igual que el amortiguador RC. También puedo operar el ventilador ahora a varias velocidades usando PWM. Este circuito también funciona bien en la protoboard.

Hay hilos similares, pero no he notado un consenso sobre si un MOSFET de potencia se considera un reemplazo adecuado para un relé. No necesito la opción PWM y no estoy seguro de si es recomendable operar el ventilador con otros parámetros que no sean los diseñados. El MOSFET cuesta $ 1.50 pero el relé cuesta solo $ 3.50, no es una consideración para una sola vez. ¿Debo preferir un diseño sobre el otro? ¿Debo usar un FET en lugar del 2222 BJT si quiero usar PWM? ¿Es necesario el amortiguador RC para el relé? ¿Hay algo más que no haya considerado como calor excesivo al usar el MOSFET?ReléMOSFET

Respuestas (2)

Si tiene acceso al lado de tierra (más precisamente, negativo) de la carga, probablemente podría usar un FET de canal N más pequeño que el canal P que tiene debido a la forma en que funcionan los FET. Algo como esto:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

No olvides D1, independientemente de cómo lo controles. Limita el pico de voltaje cuando se apaga a una caída de diodo por encima del suministro al proporcionar un camino para que la corriente continúe fluyendo a través de la carga inductiva durante un (breve) tiempo.

Si debe controlar el lado positivo, entonces su circuito PFET se ve bien, excepto que su R18 es de 220 ohmios con 12 V cuando el motor está encendido, lo que da como resultado 0,65 vatios. Con ese valor, no usaría menos de 1 vatio, pero probablemente debería buscar un valor más alto en su lugar.

El cable positivo de 12 V va desde el controlador hasta el ventilador en el compartimiento del motor. Luego, el ventilador se conecta a tierra al chasis. Así que no tengo acceso práctico al lado negativo. Necesito leer más sobre cómo seleccionar una resistencia adecuada para el MOSFET. No he usado uno antes. Gracias.
Bien, entonces necesitas controlar el lado positivo. Para seleccionar su R18, considere el circuito RC entre este y la capacitancia de la puerta. Desea una pequeña constante de tiempo para atravesar la región lineal del FET lo más rápido posible (ni encendido ni apagado, por lo tanto, realmente ineficiente), pero debe equilibrar eso con la disipación de energía cuando su Q3 lo anula.
Volví a la resistencia de 10k que tenía originalmente en el circuito. Ejemplos similares con 12V han usado resistencias de 220Ω a 10kΩ sin explicación. Aunque entiendo lo que dice sobre la constante de tiempo pequeña, no entiendo cómo obtener eso de la hoja de datos y equilibrarlo con Q3.
@unix: mire la hoja de datos de su Q5 (el P-FET) y vea cuál es la capacitancia de la puerta. Esa es la C en tu circuito RC. La R es tu R18. Calcule la constante de tiempo a partir de eso, y también calcule la potencia disipada en R18 cuando está directamente frente a la fuente de alimentación. (como lo es cuando Q3 está activado) Ajuste el valor de R18 hasta que esté satisfecho con ambos resultados.
Cuando se refiere a la capacitancia de la puerta, solo veo tres elementos en Farads: entrada, salida y capacitancia inversa. En las características de conmutación, hay cargas de puerta que, si se dividen por el voltaje, producirían nF. ¿Cuál de estos valores debo usar como el valor C? Estoy usando un 2k2 R ahora porque el siguiente valor más pequeño es 1k, lo que da como resultado aproximadamente 1/8W. Entiendo la constante de tiempo, pero no qué valor en una hoja de datos usar para C. Buen artículo aquí "Comprensión de la carga de puerta y uso para evaluar el rendimiento de conmutación", pero aún no estoy seguro.
@unix: la nota en la esquina superior derecha de la Figura 5 debería ayudar. (abajo a la izquierda de la página 3)

Las ventajas de un relé son el aislamiento eléctrico entre la bobina y los contactos (importante si desea separar el circuito de control de la fuente de alimentación del motor), la inmunidad a las descargas estáticas y la capacidad de soportar sobrecargas breves sin daños inmediatos. Las desventajas incluyen una vida útil limitada, sensibilidad a la vibración y confiabilidad (los contactos a veces pueden ensuciarse y no cerrarse correctamente, o pegarse y no abrirse). Y, por supuesto, no puede aplicar PWM con una frecuencia razonable.

Un amortiguador a través de los contactos del relé suprime la formación de arcos cuando se abren. Es necesario cuando se conmuta una carga inductiva. Sin un amortiguador, los contactos se perforarán excesivamente e incluso podrían pegarse. También suprime la interferencia de rf, pero no elimina por completo el pico de back-emf.

Un FET debería durar casi para siempre siempre que no esté sobrecargado o expuesto a picos de alto voltaje. El diodo del cuerpo del FET no suprimirá los picos de fuerza contraelectromotriz porque son negativos y van por debajo de la tierra (por lo que el diodo no conducirá). Para eliminar estos picos, necesita un diodo en los cables del motor.

Dado que su motor está conectado a tierra y no se puede acceder a su cable negativo, debe conectar el diodo desde el drenaje del FET a tierra. Si desea aplicar PWM, debe usar un tipo Schottky para una alta velocidad de conmutación y eficiencia.

El FET que ha elegido tiene una resistencia lo suficientemente baja como para que no se caliente mucho con el consumo de corriente continuo esperado (70mΩ*1.2A 2 = 100mW) y no debería necesitar un disipador de calor.

Agregué un diodo Schottky de drenaje a tierra y actualicé la imagen de arriba. Así que ambos circuitos son viables. Las huellas de PCB son casi iguales a pesar del amortiguador RC agregado para el relé. Parece que cualquiera es una opción adecuada, cada una con sus ventajas y desventajas únicas. Gracias.
Eso es bueno, excepto que el diodo Schottky está al revés (la flecha debe apuntar hacia arriba, no hacia abajo). ¡Rápido, edítalo antes de que alguien se dé cuenta!
Pensé que algo no se veía del todo bien.
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