Ist es eine gute Praxis, große Strommengen durch einen MOSFET zu leiten?

Ich habe nach einer guten Möglichkeit gesucht, den Stromfluss in meinem Projekt zu kontrollieren. Dies kann an einigen Stellen bei 12-15 V zwischen 40 und 50 Ampere liegen. Relais sind zwar eine gute Wahl, sie sind jedoch mechanisch und erfordern daher eine gewisse Zeit, um sie zu aktivieren und sich mit der Zeit abzunutzen.

Ich habe MOSFETs (wie diesen IRL7833 ) gesehen, die beworben wurden, um solch anspruchsvolle Aufgaben zu bewältigen. In Anbetracht der Größe des FETs ist es mir jedoch unangenehm, so viel Leistung in ihn zu stecken. Ist das ein berechtigtes Anliegen?

Warum kann ein dicker Kupferdraht einen großen Strom verarbeiten?

Weil es einen geringen Widerstand hat. Solange Sie den Widerstand niedrig halten (MOSFET voll einschalten, z. B. V _gs = 10 V wie im Datenblatt des IRL7833 verwenden), verbraucht der MOSFET nicht viel Leistung.

Verlustleistung $P$ ist: , wenn also R niedrig genug gehalten wird, kann der MOSFET damit umgehen.$P = I^2 * R$

Es gibt jedoch einige Einschränkungen:

Schauen wir uns das Datenblatt des IRL7833 an .

Dass 150 A bei einer Gehäusetemperatur von 25 Grad Celsius liegen, bedeutet, dass Sie wahrscheinlich einen guten Kühlkörper benötigen. Jegliche Wärme, die abgeführt wird, sollte in der Lage sein, zu "entweichen", da der R _ds des NMOS mit zunehmender Temperatur ansteigt. Was erhöht die Verlustleistung ... Sehen Sie, wohin das führt? Es wird thermisches Durchgehen genannt .

Diese sehr hohen Ströme sind oft gepulste Ströme, keine kontinuierlichen Ströme.

Seite 12, Punkt 4: Der Paketbegrenzungsstrom beträgt 75 A.

In der Praxis sind Sie mit einem IRL7833 auf 75 A begrenzt, wenn Sie den MOSFET ausreichend kühl halten können.

Sie möchten mit 40 - 50 A arbeiten, das sind weniger als 75 A. Je weiter Sie sich von den MOSFET-Grenzen entfernen, desto besser. Sie könnten also in Betracht ziehen, einen noch leistungsstärkeren MOSFET oder zwei (oder mehr) parallel zu verwenden.

Sie verbrauchen auch nicht so viel Energie für den MOSFET, und der MOSFET verarbeitet keine 50 A * 15 V = 750 Watt.

Wenn aus dem MOSFET wird Griff entweder 15 V bei fast kein Strom (nur Leckage), aufgrund des geringen Strom, der nicht genug Kraft sein wird , das MOSFET zu erwärmen.

Wenn auf dem MOSFET wird 50 A handhaben , aber es wird weniger Widerstand als 4 mOhm (wenn es kalt ist) , so dass Mittel 10 Watt. Das ist in Ordnung, aber Sie müssen den MOSFET kühl halten.

Achten Sie besonders auf Abbildung 8 des Datenblattes "Maximaler sicherer Betriebsbereich". Sie müssen sich in diesem Bereich aufhalten, da sonst der MOSFET beschädigt werden kann.

Fazit: Können Sie das auch? Ja, du kannst, aber Sie müssen einige "Hausaufgaben" machen, um festzustellen, ob Sie sich innerhalb der sicheren Grenzen befinden. Die bloße Annahme, dass ein MOSFET einen bestimmten Strom verarbeiten kann, weil er als solcher beworben wird, ist ein Rezept für eine Katastrophe. Sie müssen verstehen, was vor sich geht und was Sie tun.

Beispiel: Da 50 A bis 4 Mohm bereits eine Verlustleistung von 10 W liefern, was bedeutet dies für alle Anschlüsse und Leiterbahnen auf einer Leiterplatte? Sie müssen einen sehr geringen Widerstand haben!

Ergänzend zu der guten Antwort von @Bimpelrekkie möchte ich Sie auf die Notwendigkeit eines alternativen Pfades zum Stromfluss aufmerksam machen, wenn Sie Ihre Last ausschalten.

Selbst wenn Sie den Strom für eine (theoretisch) reine ohmsche Last regeln, kann er eine Streuinduktivität enthalten. Wenn Sie also den 15A ausschalten, führt diese Induktivität zu einem Spannungsüberlauf an den Mosfet-Anschlüssen, der zu einem Zusammenbruch und damit zur Zerstörung führen kann. Selbst die Selbstinduktivität der Drähte kann bei dieser Strommenge zu Problemen führen.

Die typische Lösung besteht darin, eine Diode antiparallel zur Last zu schalten, wie im folgenden Diagramm dargestellt:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Wenn Sie sich Gedanken über die Verlustleistung machen, ist es außerdem wichtig, auch die Verlustleistung zu erwähnen, die beim Ein- und Ausschalten des Mosfets verbraucht wird. Jedes Mal, wenn der Kanal gebildet oder blockiert wird, geht etwas Energie verloren.

Die Verlustleistung durch Schalten beträgt ungefähr:

$P_{switching} = \frac{1}{2}\cdot V\cdot I_{load}\cdot f_{switching}\cdot t_{switching}$

Wie Sie sehen, kann der Mosfet bei längerem Umschalten zu viel Leistung abgeben, was ein Problem darstellt.

Um die Übergänge schnell zu machen, müssen Sie eine Gate-Treiberschaltung zwischen dem Arduino und dem Mosfet verwenden. Darüber hinaus ist die Gate-Treiberschaltung obligatorisch, wenn Sie den am Pluspol der Stromversorgung angeschlossenen Mosfet verwenden möchten. In dieser Situation kann der Arduino keine positive Spannung zwischen Gate und Source-Anschluss erzeugen, da die Source in Abhängigkeit von der Laststrombedingung schwebt.

Google "Solid State Relay", und Sie werden mehr finden, als Sie wissen wollten. Und sie arbeiten mit Wechselstrom, falls sich jemals ein Bedarf ergibt. Sie sind in sich geschlossen und erfordern eine eingebaute Schutzschaltung.