¿Mosfets paralelos para manejar más corriente mientras conduce un motor de CC?

Me gustaría manejar un motor de 180 W y 24 VCC con una señal PWM usando mosfets como los siguientes:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

El motor está dentro de un lazo de control con retroalimentación negativa que regula la velocidad de rotación actuando sobre la salida PWM. Dada una carga mecánica, la velocidad del motor se puede regular variando el voltaje aplicado. La variación en el voltaje suministrado al motor se logra variando el ciclo de trabajo de la salida pwm. Hasta ahora todos mis esfuerzos se han centrado en diseñar el sistema de control con el controlador PID analógico.

Suponga que el motor gira a una velocidad w que requiere un voltaje de 10 V y una corriente de alrededor de 2 A. En este caso, puedo ver al menos dos problemas con este enfoque:

  • El mosfet está disipando 14 * 2 = 28 W. No es aceptable a menos que se use un disipador de calor
  • El diodo está disipando 1,8 * 2 = 3,6 W.

En cuanto al primer problema, mi solución sería usar más mosfets en paralelo para compartir la corriente del motor. La cantidad de mosfets paralelos estaría diseñada para manejar el peor de los casos. Sin embargo, nunca he usado mosfets en paralelo y como sé que no hay dos transistores iguales, me temo que la corriente no se compartirá por igual (como en un divisor de corriente de resistencia), lo que resultará en una posible sobrecarga de uno o dos mosfets. ¿Cuáles son los puntos críticos a tener en cuenta al conectar mosfets en paralelo para esta aplicación en particular? Además, en caso de que se resuelva el "dilema de compartir corriente", ¿debería poner una resistencia en serie en cada puerta al enviar la señal PWM a cada mosfet?

En lo que respecta al diodo, buscaría un diodo que pueda soportar más corriente en el peor de los casos, la corriente para el motor, que debería ser de alrededor de 10 A. ¿Hay una mejor manera de hacer esto?

Si cree que hay una mejor manera de lograr el mismo objetivo, proporcione su solución. Este es un proyecto de pasatiempo y necesito algunos comentarios/críticas constructivas.

PD: cuando hablo de la corriente del peor de los casos, me refiero a la corriente nominal bajo una carga (pesada). En caso de altas corrientes debido a rotor bloqueado o cortocircuito, planeo agregar un fusible para protección.

DCDC 24V --> 12V posible?
Si pero eso dependería de la carga mecánica y la velocidad de giro, me gustaría diseñar un sistema que pueda llevar el motor a su tensión nominal (24V) en caso de que sea necesario.
El uso de una configuración de puente medio/completo PWM.
¿De dónde obtienes 28W? IRF530 a 2A estará muy por debajo de un vatio. Puede manejar 56A en pwm.
Y necesita un diodo MUCHO más grande para manejar ese tipo de corriente o no tendrá un diodo bastante rápido. También agregaría otro diodo desde el riel de tierra hasta el motor.

Respuestas (2)

Sí, puede combinar MOSFET en paralelo, son buenos para compartir corriente debido al coeficiente de temperatura positivo de su resistencia, pero...

Ha cometido un error en la estimación de disipación de energía.

En la operación PWM, el MOSFET está completamente encendido o completamente apagado. El motor actúa como un filtro de paso bajo y "ve" el voltaje aplicado promedio, el voltaje de suministro multiplicado por el ciclo de trabajo PWM. Entonces, con un suministro de 24 V y un ciclo de trabajo del 40 %, el motor se comportaría como si se aplicaran 9,6 V CC. Debo mencionar que la frecuencia PWM debe ser lo suficientemente alta como para mantener la onda actual a un nivel razonable.

Cuando el MOSFET está encendido, el voltaje que lo atraviesa se debe a su resistencia de encendido, 0,16 ohmios a 25 grados C según la hoja de datos. Esto se denomina pérdida de conducción y varía con la corriente y el ciclo de trabajo. Por ejemplo, con un ciclo de trabajo del 40 % de 2 A, la potencia sería de 2 A al cuadrado por 0,16 ohmios por el 40 %, alrededor de 250 mW. (Esto podría más que duplicarse a temperaturas más altas; en cualquier caso, la potencia será mucho menor que 28W). Durante este tiempo, la corriente del diodo es cero. Si las pérdidas por conducción son demasiado altas, puede seleccionar un MOSFET con menor resistencia de encendido.

Cuando el MOSFET está apagado, la corriente fluye a través del diodo y el MOSFET no disipa energía (pero el diodo sí).

También habrá alguna pérdida de conmutación, tanto en el MOSFET como en el diodo. La pérdida de conmutación es una función de la velocidad de conmutación, que a su vez es una función del controlador de puerta. Conducir la puerta con más fuerza reduce las pérdidas de conmutación en el MOSFET, pero puede dar lugar a un timbre debido a elementos parásitos. Para un mejor funcionamiento, se deben minimizar los parásitos, por lo que un diseño ajustado es fundamental.

Definitivamente necesitará un diodo con una clasificación de corriente más alta que el 1N4148. A 24 V, sugeriría un tipo Schottky para una caída de voltaje directa más baja.

@ user287001, no estoy seguro de qué punto estás tratando de hacer. Supuse que el OP quería impulsar un motor de CC representado por L1 y R1 en el diagrama de circuito provisto. (No se muestra el generador de fuerza contraelectromotriz.) En este caso, cuando el MOSFET se apaga, debido a la inductancia del devanado, la corriente aún fluye (a través del diodo) en el motor, y el motor produce par, no frena, hasta que el corriente decae a cero. Incluso cuando la corriente llega a cero, el frenado no es posible: el diodo está bloqueando la fuerza contraelectromotriz, por lo que el voltaje del terminal del motor no es cero; el motor está en inercia.

Su motor consume 7,5 amperios. Por lo tanto, un FET adecuado (digamos, RdsON 10mOhms) disipará RI^2=0.5W cuando el motor funcione a plena potencia, y menos cuando se desacelera.

Por supuesto, el motor consumirá una corriente mucho mayor al arrancar, por lo que necesitará un MOSFET capaz de disipar más que esto. Cualquier TO220 MOSFET funcionará, siempre que tenga RdsON lo suficientemente bajo.

Obviamente, el IRF530 que se muestra aquí, con su RdsON de 0,16 ohmios, no es adecuado. Elija un FET con RdsON por debajo de 10 mOhms, en estos días tendrá toneladas de opciones.

Esta aplicación no necesita FET en paralelo ni uso compartido actual.

En cuanto a la elección del diodo, debería disipar unos pocos vatios, por lo que un diodo TO220 funcionará bien.

Si desea protegerse contra un motor atascado ... ya que parece que no usa un microcontrolador (??????), entonces podría medir la corriente usando una resistencia de derivación y un opamp, o un sensor de efecto hall, luego fíltrelo y use un comparador para detener el PWM si la corriente es demasiado alta durante demasiado tiempo.

La detección de corriente es casi con certeza un requisito de cualquier manera. Como usted dice, la corriente de arranque y parada destruirá rápidamente el MOSFET si no se controla.
Bueno, incluso con 10 veces la corriente, el FET disiparía 50 W, que un TO220 sobrevivirá si un sensor de temperatura en el disipador de calor evita que alcance temperaturas incómodas... Siempre es bueno tener un sensor de este tipo en caso de que el disipador de calor se obstruya. en polvo, pero esto NO es un sustituto de un límite de corriente adecuado. Especialmente si el FET debe sobrevivir a un cortocircuito total, que es la parte difícil.
Sin embargo, las corrientes de irrupción del motor pueden ser de cientos o amperios. Eso puede quemar mucho más que solo el mosfet.
Sí. La última vez usé un shunt para detección de corriente, con un amplificador rápido. El micro tenía un comparador en chip con la capacidad de apagar el PWM en caso de sobrecorriente (cortocircuito). Se utilizó ADC y software para decidir si la corriente promedio estaba dentro de los límites o no.
¿Mosfets paralelos para manejar más corriente mientras conduce un motor de CC?
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