Arduino programmerbar konstant nuvarande Power motstånd konstlast (4 / 16 steg)

Steg 4: BUK954R8-60E - MOSFET

Förmodligen den viktigaste komponenten i hela konstruktionen är MOSFET, denna konstlast använder BUK954R8-60E N typ MOSFET - datablad.

En MOSFET om mycket liknar en transistor med en stor skillnad, MOSFET är en spänning kontrollerad enhet och en transistor är en nuvarande kontrollerad enhet. Du kan se MOSFET (som med en transistor) som en slang med en ventil i linje. Genom att kontrollera denna ventil kan du bestämma hur mycket ström är låta om slangen, med N-typ transistorer, ju högre nuvarande du ansöka genom ventilen mer aktuella det kommer låta flödet genom slangen, med N-typ MOSFETs, ju högre spänningen du tillämpa på ventilen mer strömmen kommer det att låta genom slangen.

Det är nog på transistorer, kan fokusera på MOSFETs och få terminologin korrekt. En MOSFET har oftast 3 pins,

1. Källa
2. Gate
3. Avlopp

Bilden ovan visar symbolen krets för N-kanal MOSFET. Konventionella nuvarande flöden från avloppet till källan (detta är slangen) och styrs av utfärda utegångsförbud för (detta är ventilen). Som porten har en mycket hög inimpedans (liknande motstånd) praktiskt taget inga aktuella flöden in i porten när den har en spänning appliceras på den. Detta gör det fantastiskt för att köra direkt från en op-förstärkare eller mikro-controller som det inte dra någon ström från enheten kontrollera det, till skillnad från transistorn som tar aktuella och kan överbelasta registeransvarige eller transistorn, det är därför du ofta se ett "bas motstånd" med transistorer. Denna egenskap hos MOSFET med en mycket hög gate impedans innebär att porten är i grunden en stor kondensator, detta kan orsaka problem som vi kommer att undersöka i ytterligare ett steg.

Det finns några viktiga egenskaper när man jämför olika MOSFETs som vi nu kommer att undersöka,

• VDS - avlopp-Matningsspänning - det är spänningen mellan drain och source stiften när MOSFET är avstängd.
• ID - avlopp nuvarande - detta är den ström som flyter genom drain och source stiften.
• Ptot - totala effektförlusten - detta är hur mycket power MOSFET kan försvinna.
• RDS på - avlopp källa på motstånd - detta är hur mycket motstånd MOSFET har när det är fullt på.
• Vgs(th) - utfärda utegångsförbud för Matningsspänning tröskel - detta är hur mycket spänning måste tillämpas till gaten innan MOSFET börjar tillåta ström genom.

Det finns många fler saker att tänka på men dessa är definitivt viktigaste för detta projekt. Om vi tänker tillbaka på våra Systemspecifikationer, är vår högsta belastning spänningen 12V, detta kommer att representera Vds MOSFET är avstängd, max Vds för denna MOSFET är 60 volt, enligt tabell 1 i databladet. Våra högsta ingående ström är 8A, detta kommer att representera Id, max Id för denna MOSFET är 100A enligt tabell 1 i databladet. Våra högsta effektförlusten är 50W, detta kommer att representera Ptot, den maximala Ptot för denna MOSFET är 234W enligt tabell 1 i databladet. Som ni ser, vårt projekt är väl inom ramen för denna MOSFET, som en sida noterar, det skulle inte vara lämpligt att driva någon produkt till dess gränser.

Detta lämnar Rds på och Vgs(th), Rds på inte är det avgörande för detta projekt som MOSFET nästan aldrig slås hela vägen. Vgs(th) är den viktigaste egenskap som ledde mig att välja denna MOSFET, för det aktuella programmet, är det mycket viktigt att ha en MOSFET som börjar att genomföra en utfärda utegångsförbud för låg spänning, varför du frågar? Eftersom vi driver denna MOSFET med en op-förstärkare har som en Matningsspänning på 5 volt och därmed max utspänning på 5 volt (eller nära). Därför behöver vi denna MOSFET till att hålla alla nuvarande vi vill med en gate spänning på mindre än 5V. Det kan vara ganska svårt att hitta en MOSFET som gör att detta mycket ström genom med en gate spänning på mindre än 5 volt, de är ganska ofta i storleksordningen 10 eller 12v. En MOSFET som bedriver vid lägre gate spänningar kallas ofta en logik nivå MOSFET.

En annan mycket viktig sak att tänka på är den totala effektförlusten MOSFET och hur varmt det kommer att få. Som vi diskuterade i steg 1, varje gång du har en nuvarande passerar genom en resistor det droppar spänning, när det finns ett spänningsfall i denna situation finns det förmåga skingra, med andra ord, som energi som förloras som spänningen sjunker till värme och och skingras genom MOSFET. I princip kan vi betrakta vår MOSFET som ett slags variabel resistor, gör att vi kan beräkna hur mycket kraft det kommer att försvinna. Kan överväga en 12 volt input och vi har satt vår nuvarande till 4 ampere, för att underlätta beräkningen kan överväga att hela 12V bryts genom MOSFET (naturligtvis vi tappa lite spänning i avkänningen motstånden men kan inte göra våra liv svårt i detta skede). För att räkna ut makt skingras använder vi denna formel igen,

P = V x jag
= 12 x 4
= 48w

Så, det är där du kan jämföra som datablad och tänka, "Japp, dess under 234w vi har rätt!" Tyvärr det är inte lätt, det är en mycket viktig faktor som vi måste beakta, hur varmt det kommer? Vi kan bege dig till databladet och hitta Rth(j-a) - termisk resistans från korsningen till omgivande - värdet talar om hur mycket denna enhet kommer att stiga i temperatur när den monteras fristående vindstilla. Denna enhet kommer att stiga 60K/W enligt tabell 5 i databladet. Som är 60 grader Kelvin per watt av makt skingras, det är också samma som säger 60 grader Celsius per watt, Kelvin används ibland som dess ett absolut värde. Så låt oss göra matematik, om vi splittras 48 watt, vi kommer att stiga 48 x 60, som är 2880 grader! Det kommer att orsaka magiskt röken att fly och kan vara mycket farlig! För att förhindra att detta händer behöver vi en kylfläns, en stor en!

Termisk resistans inte är så svårt att träna men det finns många saker att tänka på, Dave Jones gör ett fantastiskt jobb med att förklara det i den här videon, skulle jag föreslå att titta på det om du kan.

Jag har använt kylflänsen Aavid Thermalloy OS518-100-B i detta projekt som är 100 mm bred och minskar våra temperaturhöjningen till 2,22 grader per watt vindstilla, detta nu tar vår värmen stiga för våra högsta effekt försvinnande av 50 watt till 2.22 x 50 = 111 grader Celsius, mycket mer respektabel!

Så som täcker designbeslut att välja MOSFET.