Дизайн

Сега е необходимо да се проектира схема, способна да управлява ток с висока мощност и да се калибрират компонентите по съответния начин.

  • Дизайн
    • MOSFET
      • ШИМ - скорост
      • MOSFET - възможности
      • MOSFET - драйвер
      • MOSFET - режими
      • MOSFET - паралелно
      • MOSFET - издърпайте надолу
    • Термично разсейване
      • Изчисления на мощността, която трябва да се разсейва
      • Изчисляване с чилър
      • Изчисляване с вентилатор
      • Охладител
      • Охладител - монтаж
      • Електрически инсталации
    • Храна
    • Източник на изображението

MOSFET

ШИМ - скорост

Скоростта на модулацията (ШИМ) на Arduino по подразбиране е 500Hz за изходи 9, 10 и 11 и 1Khz за изходи 5 и 6. С един ред код можете да промените тази скорост и да достигнете до 62KHz.

Има връзка между тази скорост и разсейването на топлината.

MOSFET - възможности

Единственото ограничение на скоростта на превключване зависи от вътрешните възможности на MOSFET, по-специално от входния капацитет, т.е. капацитет на мрежата (Ciss). Отнема известно време, докато капацитетът се зареди напълно и разреди.

линеен режим

Продължи напред:

MOSFET - драйвер

Следователно MOSFET драйверите са задължителни за честотите ШИМ висока и за ограничаване на прегряването.

Тази схема е тествана и работи добре. Той свързва Arduino с PWM изход, MOSFET драйвер, N-Channel MOSFET и фар за кола:

MOSFET - режими

Подобно на транзисторите, MOSFET се развиват с течение на времето в два режима: линеен режим и наситен режим.

В линеен режим, това е фазата на усилване: нисък ток, приложен към портата му, дава много по-голям ток на изхода. В транзистора е малко по-същия случай за MOSFET, токът от колектора до емитера варира пропорционално на неговата основа. Това е принципът в основата на всички аналогови схеми като усилватели и други. По време на тази фаза MOSFET устоява на ток. Това не е тривиално, щом има съпротива, има разсейване на топлината, ще го видим веднага след това.

В наситен режим, MOSFET действа като превключвател, той пропуска почти напълно актуална. Всъщност неговото активно съпротивление (Rdson) е почти нула. Пример тук с MOSFET, използван в прототипа, FDP61N20, неговият Rdson е 0.041Ω, което е наистина малко.

MOSFET - паралелно

MOSFET - издърпайте надолу

Термично разсейване

Когато компонент издържа на ток, енергията се разсейва под формата на топлина. Тук става въпрос за силен ток и по този начин потенциално за голямо покачване на топлината. На лист с данни на даден компонент намираме температурата му на използване (Температурен диапазон на работа и съхранение) между минимална и максимална температура. Ако компонентът се нагрее извън този диапазон, поради работа на веригата или околната топлина, компонентът може да изгори и да причини повреда на останалата част от веригата или да стане опасен. Освен това компонентът издържа по-дълго, ако температурата му остава нормална.

За намаляване на топлината се използват няколко техники: охладители или радиатор (система за охлаждане), вентилатори, модули на Пелтие, паралелно подреждане на MOSFET и т.н. Много добро видео на английски обяснява как да се вземе предвид температурата при проектирането на веригата: http://www.eevblog.com/2010/08/15/eevblog-105-electronics-thermal-heatsink-design-tutorial/

Изчисления на мощността, която трябва да се разсейва

Работната температура на веригата е много сложна за изчисляване, много параметри, касаещи материалите, разсейването на топлината в тези материали трябва да бъдат анализирани. За щастие имаме инструмент за изчисление, който със сигурност е приблизителен, но въпреки това последователен, което ни дава добра представа за съответните температури: термичният закон на Ом. Този закон прави аналогия между изчисляването на съпротивлението на електрическо и термично ниво. По принцип става въпрос за добавяне на околната температура към термичните съпротивления на системата: между въздуха и охладителя, между охладителя и кутията MOSFET и между корпуса и вътрешния MOSFET кръстовище.

Обсъждат се няколко формули:

    P = Vds (източник-източник) * Id

  • P = C * V² * f

    • В наситен режим MOSFET предава целия ток. Ако клаксонът изисква 20A, тогава: P = 20A² * 0,041Ω = 16,4W. Следователно е необходимо да се разсейва 16.4W. В линеен режим почти напълно блокиращо, ако MOSFET преминава само 0,001V например: P = U * I = (12V - 0,001V) * 20A = 240W. Това е огромно.