如何用光耦合器驱动 MOSFET?

电器工程 微控制器 发动机 场效应管 光隔离器
2022-01-02 22:12:19

通过这个这个光耦合器从微控制器引脚驱动这个MOSFET的正确原理图是什么?MOSFET 将在 24V、6A 时驱动电机。

3个回答

建议的 MOSFET 不太适合此应用。有一个严重的风险,结果将是一个冒烟的废墟:-(。原则上,那个 FET 只是非常非常非常适合这项任务。如果你只有它,它可以工作,但还有更多合适的 FET 可用,可能只需很少或没有额外成本。

主要问题是 FET 的导通电阻非常差(= 高),这会导致高功耗和电机驱动水平降低。后者不是太重要,但没有必要。

考虑一下 - 数据表说导通电阻(Rdson - 在第 1 页右上角指定)= \$0.18 \Omega\$。功耗 = \$ I^2 \times R\$ 所以在 6A 时,功率损耗将为 \$(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W\$。这很容易在具有足够散热器的 TO220 封装中处理(最好比标志型更好),但是由于可以使用低得多的 Rdson FET,因此完全不需要这么多的耗散。电压降为 \$V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V\$。那是 \$ \frac{1}{24} =~ 4%\$ 的电源电压。这不是很大,但不必要地占用了可以施加到电机上的电压。

该 MOSFET在 1 秒内以 1.41 美元的价格在 digikey 有货。

Digikey 也有94 美分 1 的现货,您可以拥有超出色的 IPP096N03L MOSFET。它的额定电压仅为 30V,但 \$I_{max} = 35A\$, \$R_{DS(on)}\$ of \$10 m \Omega\$ (!!!) 和最大阈值电压(转在 2.2 伏的电压上。无论是从金钱上还是从绝对意义上来说,这都是一个非常出色的 FET。

在 6A 时,您得到 \$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW\$ 耗散。在没有散热器的情况下运行时会感觉温暖。

IPP096N03L 数据表

如果您想要更多的电压余量,您可以获得55V、25A、\$25 m \Omega\$ IPB25N06S3-2的97 美分库存- 尽管栅极阈值对于 5V 操作来说变得微不足道。

使用 Digikey 的参数选择系统,让我们指定“用于该应用和类似应用的理想 FET。100V,50A,逻辑门(低导通电压,\$ R_{ds(on)} \$ < \$ 50 m \Omega\$。

Digikey 库存 1 件的价格为 1.55 美元略贵,但 100V、46A、\$ 24 m \Omega\$ \$R_{ds(on)} \$ 典型、2V \$V_{th}\$ ...完全精湛的 BUK95/9629-100B他们从哪里获得这些零件号?:-)

即使只有 3V 栅极驱动,在 6A 时 \$R_{ds(on)}\$ 也将约为 \$35 m \Omega\$ 或约 1.25 瓦耗散。在 5V 栅极驱动 \$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega\$ 下,功耗约为 900 mW。TO220 封装在自由空气中太热太热,耗散为 1 到 1.25 瓦 - 比如说上升大约 60 到 80 摄氏度。可以接受,但比需要的要热。任何一种扁平的散热器都会让它变得“又好又暖”。

从这里开始的这个电路几乎正是你想要的,并且节省了我画一个:-)。

光耦驱动场效应管

如上所述用您选择的 MOSFET 替换 BUZ71A。

输入:

  • 任一:X3 是来自微控制器的输入。这被驱动为高电平,低电平为关闭。“PWM5V”接地。

  • 或:X3 接 Vcc。PWM5V 由微控制器引脚驱动 - 低 = 开,高 = 关。

如图所示\$R1 = 270 \Omega\$。

  • 电流为 \$ I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}\$

  • 或电阻为 \$ R = \frac{(Vcc-1.4)}{I} \$

对于 Vcc = 5V 和 \$270 \Omega\$ 我在这里 =~ 13 mA。如果你想说 10 mA 那么 \$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega\$ - 比如说 330R

输出:

R3 关闭时将 FET 栅极拉至地。本身 1K 到 10k 就可以了 - 值会影响关闭时间,但对于静态驱动器来说不太重要。但我们将在这里使用它来制作分压器,以在开启时降低 FET 栅极电压。因此,使 R3 与 R2 具有相同的值 - 请参阅下一段。

R2 显示为 +24 Vdc,但这对于 FET 最大栅极额定值来说太高了。如果使用提到的逻辑门 FET,将其调至 +12 Vdc 会很好,而 +5Vdc 也可以。但在这里,我将使用 24 Vdc 并使用 R2 + R3 将电源电压除以 2,以将 Vgate 限制为 FET 的安全值。

R2 设置 FET 栅极电容充电电流。设置 R2 = 2k2 提供 ~10 mA 驱动。如上所述设置 R3 = R2。

此外,在 R3 上添加一个 15V 齐纳二极管,阴极到 FET 栅极,阳极 o 接地,这提供了。针对过电压瞬变的栅极保护。

电机连接如图所示。

必须包括 D1 - 这可以防止电机关闭时出现的反电动势尖峰。没有这个,系统几乎会立即死亡。显示的 BY229 二极管没问题,但有点过分了。任何 2A 或更大额定电流的二极管都可以。RL204只是适合的众多二极管之一这里的高速二极管可能会有所帮助,但不是必需的。

开关速度:如图所示,该电路适用于开/关控制或慢速 PWM。任何高达约 10 kHz 的频率都应该可以正常工作。/对于更快的 PWM,需要适当设计的驱动器。

就MOSFET而言,光耦合器只是一个晶体管。

就微控制器而言,光耦合器只是一个 LED。

因此,您所需要的只是一个普通的晶体管驱动的 MOSFET 电路和一个普通的微控制器驱动的 LED 电路。

以下是使用晶体管驱动 MOSFET 的示例:

用晶体管驱动 MOSFET

所以Q2是光耦的输出端。R2 将替换为光耦合器的输入 LED 侧及其限流电阻。

光耦合器的隔离为您提供了一个优势,即您可以将其输出晶体管放置在您喜欢的任何位置,而与微控制器的电源电压无关。
驱动光耦合器意味着驱动其 LED。如果微控制器不能直接驱动它,你需要一个小晶体管。
接下来,将光耦合器的输出晶体管放置在 MOSFET 上:V+ 上的集电极,栅极上的发射极。在栅极和地之间放置一个电阻。这样,您将在 V+ 和接地之间切换 MOSFET 的栅极。MOSFET不需要24V来切换6A,但是,5V就足够了。您可以通过将电阻器与光耦合器的晶体管串联来限制栅极电压。如果接地晶体管为 4k7,则可以为此选择 10k。

如果光耦合器的 LED 亮起,晶体管将导通并使栅极变为高电平,从而打开 MOSFET。如果 LED 关闭,晶体管将关闭,并且栅极将被电阻拉低。