Управление MOSFET Опции

[Lexasoft]

Здравствуйте!
Прошу меня сильно не пинать, знаний катастрофически не хватает.
Есть задача — управление индукционной нагрузкой (мотор в дроссельной заслонке) ШИМ-сигналом.
Напряжение питания 12 вольт. Управляющее напряжение — выход с МК AVR, 5 вольт.
Сначала я просто взял и поставил n-канальный MOSFET (IRFP260N), на затвор через резистор подается сигнал с МК.
Все хорошо, работает, только транзистор сильно греется.
Начал изучать тему, понял что управлять MOSFET таким напряжением неправильно, нужен драйвер, который будет подавать на затвор 12 вольт.
Подскажите пожалуйста, подойдет ли в данном случае драйвер IR2117? Если да, то по какой методике рассчитывается емкость и сопротивление в цепи затвора?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[kovigor]

Сначала я просто взял и поставил n-канальный MOSFET (IRFP260N), на затвор через резистор подается сигнал с МК.

Вы номинал резистора не указали. Если резистор имеет слишком большое сопротивление, то ПТ будет медленно открываться и закрываться, и в результате - сильно греться.
И насколько мощный у вас за мотор ?
А вообще, почитайте Семенова, "Силовая электроника для любителей и профессионалов", там этот вопрос достаточно, на мой взгляд, подробно рассмотрен ...

[Lexasoft]

Вы номинал резистора не указали. Если резистор имеет слишком большое сопротивление, то ПТ будет медленно открываться и закрываться, и в результате - сильно греться.
И насколько мощный у вас за мотор ?
А вообще, почитайте Семенова, "Силовая электроника для любителей и профессионалов", там этот вопрос достаточно, на мой взгляд, подробно рассмотрен ...

200 Ом резистор. Мощность мотора где-то 50-80 Вт, точных характеристик не нашел.
Спасибо за совет, почитаю.

[kovigor]

200 Ом резистор. Мощность мотора где-то 50-80 Вт, точных характеристик не нашел.
Спасибо за совет, почитаю

Надеюсь, вы не забыли задемпфировать индуктивную нагрузку диодом ? Большим диодом, ибо 80 Вт / 12 А ~ 7 А, и именно на такой прямой ток должен быть рассчитан диод.
И еще, гляньте осциллографом, что у вас творится а затворе и на стоке ПТ, это позволит оценить, насколько быстро он переключается.
Да, а ШИМ на какой частоте ?

[Lexasoft]

Надеюсь, вы не забыли задемпфировать индуктивную нагрузку диодом ?

Диод стоит параллельно нагрузке в обратной полярности.
В качестве эксперимента, для исключения индуктивности, я заменил дроссель лампой сходной мощности (12V, 55W). Все равно транзистор нагревается.

[kovigor]

Диод стоит параллельно нагрузке в обратной полярности.
В качестве эксперимента, для исключения индуктивности, я заменил дроссель лампой сходной мощности (12V, 55W). Все равно транзистор нагревается.

Дело в медленном открывании и закрывании ПТ. У Хоровица с Хиллом были схемы простейших драйверов на паре биполярных транзисторов. Попробуйте, должно помочь ...

[ДЕЙЛ]

Теоретически могу предположить следующее:
1. Частота ШИМ должна быть больше 20 кГц, чтобы двигатель не свистел.
2. По даташиту входная ёмкость 4 нФ и если в затвор поставить резистор 200 Ом, то постоянная времени будет чуть меньше микросекунды, т.е. импульс ШИМ минимальной длительности должен быть больше 4 микросекунд. Если используется 8-битный таймер, то период должен быть 256*4мкс=1 мс, т.е. 1000 Гц, что хорошо слышно. Более высокая частота ШИМ и будет приводить к нагреву ввиду бОльшего соотношения времени переходных процессов и времени статического состояния транзистора.
3. Для повышения частоты до 20 кГц следует уменьшить резистор затвора в 20 раз, чтобы уменьшить нагрев, т.е. номинал должен быть порядка 10 Ом.
4. Для резистора 10 Ом следует учесть нагрузочную способность драйвера или сделать его самому из мощных транзисторов. Драйвер я применял при управлении мостовой схемой, а тут только один нижний транзистор.

ПЫСЫ: на истиность не претендую, это только мои измышления в вакууме. Интересно узнать, насколько они правильные.

[one_eight_seven]

Вам удалось создать схему, в которой всё ужасно.

Плато миллера транзистора на уровне питания МК. То есть, вы сможете "нагнать" в затвор 80 нКл из 230 нКл необходимых для полного открытия (четверть, примерно).
Максимальный выходной ток AVRки, если не изменяет память 20 ма. Даже возможные 80 нКл, в идеальном случае (без резистора), были бы доставлены в затвор за 4 мкс. Но, увы, с ростом напряжения на затворе будет падать отдаваемый портом ток. А вы ещё и 200 ом поставили последовательно.

То есть, ваш транзистор не работает в ключевом режиме, а работает в активном, потому и греется.

P.S. Что делать?
1. Поднимать напряжение питания затвора.
2. Ставить драйвер затвора с логическим входом. Интегральный. Totem Pole, который посоветовали, работать с этим транзистором не будет: не хватит напряжения порта, его надо усиливать. Так что проще интегральный драйвер с логическим входом.

P.P.S. Пробежался по-диагонали. Вроде, статья неплохая: http://www.irf.ru/techdoc/an-944.pdf

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Dec 29 2014, 12:07

[Ydaloj]

либо ищите менее требовательный к схеме управления транзистор.
Уж для ваших 12В 55Вт можно найти подходящий ключ, буквально 10-20нКл.

Но правильнее будет управлять ёмкостью затвора соответствующими решениями. Драйвером. Хотя бы дискретным.

[Lexasoft]

Принципиальную ошибку понял, читаю Семенова
IRF530 с зарядом 26 нКл еще есть, лучше будет?
И еще немного не понял, драйвер IR2117 все-таки подходит в моем случае?

[Plain]

Напряжение питания 12 вольт. Управляющее напряжение — выход с МК AVR, 5 вольт. Сначала я просто взял и поставил n-канальный MOSFET (IRFP260N), на затвор через резистор подается сигнал с МК.
Все хорошо, работает, только транзистор сильно греется.

Так и бывает, когда "просто берут", потому что достаточно было бы прочесть в его паспорте "порог: 4 В", не говоря о сопротивлении канала 0,09 Ом, и, при токе 7,5 А через который, рассеиваемой им мощности 5 Вт.

нужен драйвер, который будет подавать на затвор 12 вольт ... подойдет ли в данном случае драйвер IR2117?

Если заполнения ШИМ 100% не планируется, годился бы, но уровень логической единицы 2/3 питания, т.е. 8 В, так что никак не пригождается. Непонятно, как Вы попали именно на это, потому что нормальных драйверов затвора, т.е. с входными уровнями TTL, в природе гораздо больше.

Ну и, например, такой транзистор будет практически холодным.

[Lexasoft]

Так и бывает, когда "просто берут", потому что достаточно было бы прочесть в его паспорте "порог: 4 В", не говоря о сопротивлении канала 0,09 Ом, и, при токе 7,5 А через который, рассеиваемой им мощности 5 Вт.


Если заполнения ШИМ 100% не планируется, годился бы, но уровень логической единицы 2/3 питания, т.е. 8 В, так что никак не пригождается. Непонятно, как Вы попали именно на это, потому что нормальных драйверов затвора, т.е. с входными уровнями TTL, в природе гораздо больше.

Ну и, например, такой транзистор будет практически холодным.

Вот, мне кажется, более подходящий вариант драйвера: TC4420. Логический вход от 2.4В до Vdd. Что скажете, если его поставить в связке с IRF530?

[one_eight_seven]

Вот, мне кажется, более подходящий вариант драйвера: TC4420. Логический вход от 2.4В до Vdd. Что скажете, если его поставить в связке с IRF530?

Ну а сами как думаете? считать пробовали?

Даже простой прикидочный рассчёт:
Ваши 80 Вт, 12 В. Это ток 6.7 А. Если этот ток гонять через rdson в 160 мОм транзистора IRF530 - это 7 Ватт рассеиваемой мощности. Это греющийся транзистор, и потери, пускаемые на отопление космоса. Зачем так делать, если можно по-другому?

Сообщение отредактировал one_eight_seven - Dec 29 2014, 13:37

[Plain]

Вот, мне кажется, более подходящий вариант драйвера: TC4420. Логический вход от 2.4В до Vdd.

В отличие от предыдущего, это нижний драйвер, т.е. коммутирующий нагрузку, подключённую к плюсу питания — если Вам позволена такая вольность с ней, то годится.

Что скажете, если его поставить в связке с IRF530?

Скажу, что как минимум полукилограммовый радиатор забыли упомянуть, потому что при 7,5 А и сопротивлении канала 0,43 Ом указанный транзистор будет рассеивать 24 Вт.

[one_eight_seven]

В отличие от предыдущего, это нижний драйвер, т.е. коммутирующий нагрузку, подключённую к плюсу питания — если Вам позволена такая вольность с ней, то годится.

4420 не инвертирует. Инвертирует 4429 (диаграммы для него приведены в даташите).