Wie wird ein MOSFET mit einem Optokoppler angesteuert?

Was ist das richtige Schema, um diesen MOSFET von einem Mikrocontroller-Pin über diesen oder diesen Optokoppler anzusteuern? Der MOSFET treibt einen Motor mit 24 V, 6 A an.

Der vorgeschlagene MOSFET ist für diese Anwendung nicht gut geeignet. Es besteht ein ernstes Risiko, dass das Ergebnis eine rauchende Ruine ist :-(. Grundsätzlich ist FET nur sehr sehr bedingt für die Aufgabe geeignet. Es könnte zum Funktionieren gebracht werden, wenn es alles wäre, was Sie hatten, aber es gibt viel, viel, viel mehr geeignete FETs verfügbar, wahrscheinlich zu geringen oder keinen zusätzlichen Kosten.

Die Hauptprobleme sind, dass der FET einen sehr schlechten (= hohen) Widerstand aufweist, was zu einer hohen Verlustleistung und einem verringerten Antrieb zum Motor führt. Letzteres ist nicht zu bedeutend, aber unnötig.

Beachten Sie - das Datenblatt besagt, dass der Einschaltwiderstand (Rdson - oben rechts auf Seite 1 angegeben) = . Leistungsdissipation = I 2 × R so in 6A der Leistungsverlust wird ( 6 A ) 2 × 0,18 Ω = 6,5 W . Dies ist in einem TO220-Gehäuse mit einem angemessenen Kühlkörper (etwas besser als ein Flag-Typ) leicht zu handhaben, aber diese hohe Verlustleistung ist völlig unnötig, da viel niedrigere Rdson-FETs verfügbar sind. Der Spannungsabfall beträgt V = I × R = 6 V × 0,18 Ω $0.18 \Omega$$I^2 \times R$$(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W$ . Das ist$V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V$der Versorgungsspannung. Das ist nicht sehr groß, benötigt aber unnötig Spannung, die an den Motor angelegt werden könnte.$\frac{1}{24} =~ 4%$

Dieser MOSFET ist bei digikey für 1,41 USD in 1 auf Lager.

ABER

Für 94 Cent in 1's, die auch bei Digikey erhältlich sind , können Sie den IPP096N03L MOSFET kaufen. Dies ist nur 30V bewertet, hat aber , R D S ( O n ) von 10 m Ω (!!!) und eine maximale Schwellenspannung (Einschaltspannung von 2,2 Volt. Dies ist ein äußerst hervorragende FET sowohl für das Geld als auch in absoluten Zahlen.$I_{max} = 35A$$R_{DS(on)}$$10 m \Omega$

Bei 6A erhalten Sie Ableitung. Es fühlt sich warm an, wenn es ohne Kühlkörper betrieben wird.$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW$

IPP096N03L Datenblatt

Wenn Sie ein bisschen mehr Spannungsreserve möchten , können Sie die bekommen 97 Cent auf Lager 55V, 25A, IPB25N06S3-2 - obwohl Gate - Schwelle ist für 5V - Betrieb marginal zu bekommen.$25 m \Omega$

Mit Digikey Parameterauswahl spec System let die „ideale FET für diese und ähnliche Anwendungen. 100V, 50A, Logikgatter (niedrige Einschaltspannung, < 50 m Ω .$R_{ds(on)}$$50 m \Omega$

Bei etwas teurer $ 1,55 in 1 die vorrätigen Digikey ABER 100V, 46A, R d s ( o n ) typisch, 2V V t h ... das absolut superb BUK95 / 9629-100B wo Sie sie aus diesen Teilnummern erhalten ? :-)$24 m \Omega$ $R_{ds(on)}$$V_{th}$

Selbst bei nur 3 V Gate - Ansteuerung, bei 6A wird über seine 35 m Ω oder etwa 1,25 Watt Verlustleistung. Bei 5 V Gate - Ansteuerung R d s ( o n ) = 25 m Ω gibt etwa 900 mW dssipation. Ein TO220-Gehäuse wäre zu heiß, um es in freier Luft mit einer Verlustleistung von 1 bis 1,25 Watt zu berühren - etwa 60 bis 80 ° C Anstieg. Akzeptabel, aber heißer als nötig. Jede Art von Flachkühlkörper würde es auf "schön warm" bringen.$R_{ds(on)}$$35 m \Omega$$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega$

Diese Schaltung von hier ist fast genau das, was Sie wollen und erspart mir das Zeichnen einer :-).

Ersetzen Sie den BUZ71A wie oben beschrieben durch einen MOSFET Ihrer Wahl.

Eingang:

• Entweder: X3 ist die Eingabe vom Mikrocontroller. Dies wird hoch für Ein und niedrig für Aus gesteuert. "PWM5V" ist geerdet.

• Oder: X3 ist mit Vcc verbunden. PWM5V wird vom Mikrocontroller-Pin angesteuert - Low = Ein, High = Aus.

$R1 = 270 \Omega$

• $I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}$

• $R = \frac{(Vcc-1.4)}{I}$

$270 \Omega$$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega$

Ausgabe:

R3 zieht das FET-Gate in ausgeschaltetem Zustand auf Masse. An sich wären 1K bis 10K in Ordnung - Wert beeinflusst die Ausschaltzeit, ist jedoch für statische Laufwerke nicht zu wichtig. ABER wir werden es hier verwenden, um einen Spannungsteiler zu erstellen, um die Gate-Spannung des FET zu reduzieren, wenn dieser eingeschaltet ist. Stellen Sie also R3 auf den gleichen Wert wie R2 ein - siehe nächster Absatz.

R2 wird mit +24 VDC angezeigt, dies ist jedoch zu hoch für die maximale Gate-Bewertung des FET. Es wäre gut, ihn auf +12 VDC zu bringen, und +5 VDC wären in Ordnung, wenn die genannten Logik-Gate-FETs verwendet würden. ABER hier werde ich 24 VDC verwenden und R2 + R3 verwenden, um die Versorgungsspannung durch 2 zu teilen, um Vgate auf einen sicheren Wert für den FET zu begrenzen.

R2 stellt den Ladestrom des FET-Gate-Kondensators ein. Set R2 = 2k2 ergibt ~ 10 mA Antrieb. Setze R3 = R2 wie oben.

Fügen Sie außerdem einen 15-V-Zener über R3, Kathode zum FET-Gate, Anode oder Masse hinzu. Gate-Schutz gegen Überspannungsspitzen.

Der Motor wird wie gezeigt angeschlossen.

D1 MUSS enthalten sein - dies bietet Schutz vor Spannungsspitzen, die auftreten, wenn der Motor ausgeschaltet wird. Ohne dies wird das System fast sofort sterben. Die abgebildete BY229-Diode ist in Ordnung, aber übertrieben. Jede Diode mit einer Nennstromstärke von 2A oder höher ist ausreichend. Ein RL204 ist nur eine von vielen geeigneten Dioden. Eine Hochgeschwindigkeitsdiode kann hier etwas helfen, ist aber nicht unbedingt erforderlich.

Schaltgeschwindigkeit : Wie gezeigt ist die Schaltung für die Ein / Aus-Steuerung oder langsame PWM geeignet. Alles bis ca. 10 kHz sollte einwandfrei funktionieren. / Für eine schnellere PWM ist ein entsprechend ausgelegter Treiber erforderlich.

Ein Optokoppler ist für den MOSFET nur ein Transistor.

Ein Optokoppler ist für den Mikrocontroller nur eine LED.

Sie benötigen also lediglich eine normale Transistor-gesteuerte MOSFET-Schaltung und eine normale Mikrocontroller-gesteuerte LED-Schaltung.

Hier ist ein Beispiel für die Ansteuerung eines MOSFET mit einem Transistor:

Q2 ist also die Ausgangsseite des Optokopplers. R2 würde durch die Eingangs-LED-Seite des Optokopplers und dessen Strombegrenzungswiderstand ersetzt.

Die Isolation des Optokopplers bietet den Vorteil, dass Sie den Ausgangstransistor unabhängig von der Versorgungsspannung des Mikrocontrollers an beliebiger Stelle platzieren können.
Das Ansteuern des Optokopplers bedeutet das Ansteuern seiner LED. Wenn der Mikrocontroller ihn nicht direkt ansteuern kann, benötigen Sie dafür einen kleinen Transistor.
Als nächstes platzieren Sie den Ausgangstransistor des Optokopplers am MOSFET: Kollektor an V +, Emitter am Gate. Platzieren Sie einen Widerstand zwischen Gate und Masse. Auf diese Weise schalten Sie das Gate des MOSFET zwischen V + und Masse. Der MOSFET benötigt keine 24 V, um 6 A zu schalten, 5 V reichen jedoch aus. Sie können die Gate-Spannung begrenzen, indem Sie einen Widerstand in Reihe mit dem Transistor des Optokopplers schalten. Wenn der Transistor zu Masse 4k7 ist, können Sie 10k dafür auswählen.

Wenn die LED des Optokopplers an ist, leitet der Transistor und schaltet das Gate hoch, wodurch der MOSFET eingeschaltet wird. Wenn die LED nicht leuchtet, ist der Transistor ausgeschaltet und das Gate wird durch den Widerstand nach unten gezogen.