Est-ce une bonne pratique de faire passer de grandes quantités de courant via un MOSFET?

Je cherchais un bon moyen de contrôler le flux de beaucoup de courant dans mon projet. Cela peut à certains moments être de 40 à 50 ampères à 12-15 V. Bien que les relais soient un bon choix, ils sont mécaniques et prennent donc du temps à s'activer et à s'user avec le temps.

J'ai vu des MOSFET (comme ce IRL7833 ) qui sont annoncés pour être capables de gérer des tâches aussi exigeantes. Cependant, compte tenu de la taille du FET, cela me met mal à l'aise de mettre autant de puissance à travers lui. Est-ce une préoccupation valable?

— John Leuenhagen
source

La taille de l'emballage ne vous dit pas grand-chose. La fiche technique le fait. Si vous prenez le temps de le lire correctement, vous pourrez vous en remercier plus tard.

— Dampmaskin

Un petit conseil: essayez toujours d'obtenir vos composants à partir de sites tels que Digikey / Farnell / RS et d'autres sites de ce type. Non seulement vous obtenez (généralement) des prix plus compétitifs, mais vous obtenez également BEAUCOUP plus d'informations sur les composants. Bien que cette page Amazon possède une liste de fonctionnalités, elle ne comprend pas la fiche technique. Ceci est le document que vous souhaitez lire pour voir s'il est pratique à utiliser pour votre projet

— MCG

Vous pourriez bien sûr essayer de rechercher sur Google le numéro de pièce et de trouver une fiche technique correspondante, mais vous ne pouvez pas être sûr que c'est une correspondance exacte, ou que le produit que vous avez acheté n'est pas un clone bon marché et merdique de la vraie chose. Par conséquent, achetez-le sur un site réputé, si vous êtes sérieux de quelque manière que ce soit.

— Dampmaskin

Comme indiqué ci-dessous, cela signifie ce que vous entendez par «contrôler le flux de courant». Si vous prévoyez d'utiliser le MOSFET comme une résistance variable, il brûlera. Si vous prévoyez de l'utiliser comme interrupteur ON / OFF, il devrait fonctionner avec un refroidissement adéquat.

— Barleyman

@Barleyman Je vais probablement commuter le courant avec PWM. Cela est susceptible d'être ~ 330 Hz, car je crois que c'est ce que les Arduinos utilisent par défaut avec analogWrite.

— John Leuenhagen

Réponses:

Pourquoi un fil de cuivre épais peut-il supporter un courant important?

Parce qu'il a une faible résistance. Tant que vous maintenez la résistance basse (allumez le MOSFET à fond, par exemple utilisez V _gs = 10 V comme dans la fiche technique de l'IRL7833), alors le MOSFET ne dissipera pas beaucoup de puissance.

La puissance dissipée est: $P$ $P = I^2 * R$

Cependant, il y a quelques mises en garde:

Regardons la fiche technique du IRL7833 .

Ce 150 A est à une température de boîtier de 25 degrés C. Cela signifie que vous aurez probablement besoin d'un bon dissipateur thermique. Toute chaleur dissipée devrait pouvoir "s'échapper" car les R _{ds, on} du NMOS augmenteront avec l'augmentation de la température. Ce qui augmentera la dissipation de puissance ... Vous voyez où cela va? Il s'agit de l'emballement thermique .

Ces courants très élevés sont souvent des courants pulsés et non des courants continus.

Page 12, point 4: Le courant de limitation du boîtier est de 75 A

Donc, en pratique avec un IRL7833, vous êtes limité à 75 A, si vous pouvez garder le MOSFET suffisamment frais.

Vous voulez fonctionner à 40 - 50 A, c'est moins que 75 A. Plus vous vous éloignez des limites du MOSFET, mieux c'est. Vous pourriez donc envisager d'utiliser un MOSFET encore plus puissant ou d'en utiliser deux (ou plus) en parallèle.

Vous ne mettez pas non plus autant de puissance à travers le MOSFET, et le MOSFET est ne gère pas 50 A * 15 V = 750 watts.

Quand éteint, le MOSFET peut gérer 15 V à presque aucun courant (juste une fuite), en raison du faible courant qui ne sera pas suffisant pour chauffer le MOSFET.

Quand le MOSFET traitera 50 A, mais il aura moins de résistance que 4 mOhm (quand il est cool) de sorte que les moyens 10 watts. C'est OK, mais vous devez garder le MOSFET au frais.

Portez une attention particulière à la figure 8 de la fiche technique, "Zone de fonctionnement sûre maximale", vous devez rester dans cette zone ou risquer d'endommager le MOSFET.

Conclusion: vous aussi? Oui, vous pouvez, mais vous devez faire des «devoirs» pour déterminer si vous allez respecter les limites de sécurité. Le simple fait de supposer qu'un MOSFET peut gérer un certain courant car il est annoncé comme tel est une recette pour un désastre. Vous devez comprendre ce qui se passe et ce que vous faites.

Par exemple: puisque 50 A à 4 mohms donne déjà une dissipation de puissance de 10 W, qu'est-ce que cela signifie pour toutes les connexions et traces sur un PCB? Ils doivent avoir une très faible résistance!

— Bimpelrekkie
source

Tu m'as battu! J'étais à mi-chemin de l'écriture d'une réponse, mais vous avez dit tout ce que j'allais faire, et un peu plus! +1 de moi!

— MCG

Je vous remercie! Après tout ça, je me sens beaucoup mieux à faire ça. Je suppose que je vais commander un joli dissipateur thermique!

— John Leuenhagen

Vous pouvez également mentionner que la transition entre les états d'activation et de désactivation (les deux directions) doit être planifiée. Les circuits contrôlant le MOSFET doivent être capables de piloter la porte avec suffisamment de courant (à la fois hors et sous tension) pour que le MOSFET passe un temps assez court à faire la transition entre les états de sorte qu'il ne consomme pas de grandes quantités d'énergie ( produisant de la chaleur) alors qu'il n'est que partiellement allumé. Pour les MOSFET de puissance, la capacité de la grille peut être assez importante, nécessitant de piloter la grille avec beaucoup plus de courant que ne peuvent le fournir les sorties logiques "normales".

— Makyen

Il convient de souligner l'importance de la température CASE étant 25C pour ces notes. Si le boîtier est à 25 ° C et que l'environnement est à 25 ° C, l'appareil ne dissipe AUCUNE puissance! Il y aura TOUJOURS une résistance thermique entre le boîtier et le dissipateur thermique / air / PCB, et toute puissance dissipée à travers cette résistance entraînera une augmentation de la température - tout comme le courant à travers une résistance entraîne une tension.

— ajb

S'il utilise le MOSFET comme une résistance variable, il mourra en feu. par exemple, limiter le courant à 25A signifierait ajuster la résistance à 0,3R. Cela équivaut à une dissipation de 187,5 W. Boom.

— Barleyman

En complément de la bonne réponse de @Bimpelrekkie, je voudrais attirer votre attention sur la nécessité d'un chemin alternatif vers le flux actuel lorsque vous éteignez votre charge.

Même si vous contrôlez le courant pour une charge résistive (théoriquement) pure, il peut inclure une inductance parasite. Ainsi, lorsque vous éteignez le 15A, cette inductance entraînera un dépassement de tension dans les bornes mosfet, ce qui pourrait entraîner une panne et une destruction conséquente. Même l'auto-inductance des fils peut causer des problèmes avec cette quantité de courant.

La solution typique est de placer une diode en anti-parallèle avec la charge, comme dans le schéma ci-dessous:

schématique

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

De plus, comme vous êtes préoccupé par la dissipation de puissance, il est important de mentionner également la puissance dissipée lorsque le mosfet est allumé et éteint. Une certaine énergie est dissipée chaque fois que le canal est formé ou bloqué.

La puissance dissipée due à la commutation est d'environ:

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

Comme vous pouvez le voir, si vous passez beaucoup de temps dans le processus de commutation, le mosfet pourrait se dissiper à beaucoup de puissance et ce sera un problème.

Pour accélérer les transitions, vous devez utiliser un circuit de commande de porte entre l'arduino et le mosfet. De plus, le circuit de commande de grille est obligatoire si vous prévoyez d'utiliser le mosfet connecté à la borne positive de l'alimentation. Dans cette situation, l'arduino n'est pas en mesure de générer une tension positive entre la grille et la borne de source, car la source flottera en fonction de l'état du courant de charge.

— Luis Possatti
source

Merci pour l'info. Alors voulez-vous dire que si j'ai une source de mosfet connectée au positif de mon alimentation, j'aurai besoin d'un circuit de pilotage? Mais si j'ai une source connectée après la charge, puis drainée à la terre, je peux la contrôler sans circuit de pilotage?

— John Leuenhagen

Salut @JohnLeuenhagen. En fait, dans le cas où le MOSFET du canal N est connecté à la borne positive de l'alimentation, il doit être connecté par son drain, et non par sa broche source. Si vous connectez la source d'un N-MOS au fil positif de l'alimentation et le drain à la charge, il conduira toujours en raison de sa diode intrinsèque.

— Luis Possatti

À propos de la nécessité d'un pilote: Vous ne pouvez piloter un mosfet de canal N directement avec un microcontrôleur que si vous reliez la broche source au même potentiel de la masse du microcontrôleur. De cette façon, vous pouvez piloter le portail avec une tension plus élevée que la source, en tirant simplement le GPIO de votre uC à un niveau logique élevé. Cependant, dans une application comme la vôtre, il est toujours bon d'utiliser un pilote de porte, car cela rend la commutation plus rapide et charge la porte avec une tension plus élevée (10V ~ 15V), abaissant la résistance du canal conducteur et donc la dissipation de puissance .

— Luis Possatti

Je vois. La charge de la grille à une tension plus élevée rend-elle le commutateur plus rapide? Car si c'est le cas, pourriez-vous utiliser un deuxième mosfet dont le drain est connecté à + 12v et la source à la porte du premier mosfet pour le contrôler?

— John Leuenhagen

Le circuit que vous avez mentionné fonctionnerait pour charger la porte du mosfet principal jusqu'à une valeur inférieure à 5V, car alors Vgs du mosfet secondaire ne serait pas suffisant pour le maintenir en état de marche. Jetez un oeil à cet article, qui explique un principe de base de la commutation mosfet

— Luis Possatti

Google "relais à semi-conducteurs", et vous en trouverez plus que vous ne vouliez en savoir. Et ils travaillent avec AC, si jamais le besoin s'en faisait sentir. Ils sont autonomes et nécessitent des circuits de protection intégrés.

— richard1941
source

Gardez à l'esprit que tous les relais statiques ne commutent pas en courant continu, beaucoup sont uniquement en courant alternatif (généralement parce qu'ils utilisent des triacs ou des thyristors comme éléments de commutation). En outre, si vous achetez par exemple sur eBay ou Amazon, ils peuvent être conformes ou non aux "circuits de protection". Certes, cela est également vrai pour les transistors discrets.

— jms

Merci pour ce commentaire. De nombreux appareils de ce type génèrent également une horrible EMI conduite et rayonnée! Besoin de vérifier cela avant de vous installer sur une installation permanente.

— richard1941