¿Por qué PWM no regula el voltaje a través del MOSFET?

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Estoy tratando de controlar un voltaje de CC usando el pulso con modulación (PWM) y un MOSFET de canal N. La forma en que he configurado el circuito es la siguiente:

Sinembargo,enlugardelmotor,tengounaresistenciade100K,enparaleloconuncapacitorde100microfarad(25V)parasuavizarelvoltaje.Estoymidiendoelvoltajeatravésdeestaresistenciaparaverificarsiestásiendoreguladoono:

EstoyalimentandolacargadesdeelmismoArduino(porelmomento.LoencenderéconunabateríaexternaunavezquefuncionePWM).TengoelsiguientecódigoenejecuciónenelArduino:

intpwmPin=3;//connectedtotheMOSFET'sgateintval=128;//setbetween0and255voidsetup(){pinMode(pwmPin,OUTPUT);}voidloop(){analogWrite(pwmPin,val);}

Sinembargo,noimportaaquéajusteelvalor,veoqueelvoltajedesalidatieneelmismovalorde4.99Venlugardeserproporcionalalciclodetrabajo.Estocambiaamedidaquemeacercomuchoa0(cuandoval=10,V_out=4.33Vycuandoval=0,V_out=0V).

¿Porquésucedeesto?¿Eltransistornoeslosuficientementerápido?¿Elcondensadornoeslosuficientementegrande?¿Quéestoyhaciendomal?Acontinuaciónsemuestranlashojasdedatosdeloscomponentes:

Transistor (TO-220)

Diode

Lo siento si la publicación se ha convertido en Wordy. En el pasado me han votado por no incluir suficientes detalles en mi publicación (porque quería ser conciso) y ahora estoy siendo cauteloso.

Cualquier ayuda es muy apreciada!

Editar: ignore los valores del diagrama. He cableado mi circuito como se muestra, pero para los valores, como se explica en mi publicación, estoy usando Arduino para alimentar la carga. Lo que significa que el pin positivo de la carga está conectado a 5V de Arduino y la línea negra en el diagrama está conectada a la tierra del Arduino. (Yo no hice el diagrama y estaba confundido acerca de la notación 0-60V + y 0-60, supongo que significa que la resistencia de 10 K se eligió de tal manera que tal rango de valores no dañaría el circuito) También he incluido la hoja de datos del transistor específico que estoy usando. Gracias por las respuestas hasta ahora.

    
pregunta pooya13

2 respuestas

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Esto no es una respuesta, pero si entiende las relaciones de impedancia o un divisor de voltaje conmutado, esto debería hacer que piense en sus resultados y entienda por qué.

  

En lugar de 100K de resistencia, pruebe una bombilla de 8W o un motor pequeño o una resistencia de 10 Ohm 1W.

Uso de semiconductores como conmutadores para PWM:

Resistencia promedio = ESR / d para el ciclo de trabajo d y ESR significa RdsOn o Rce para MSOFET o BJT la resistencia incremental. Pero los transistores duales tienen el efecto de 1 y luego 2 uniones PN se agregan a la ESR. (más sobre esto más adelante .. ver gráfico)

Un Mosfet tiene RdsOn que normalmente requiere > = 2.5x Vgs (th) para activar la resistencia interna.

Un BJT requiere Ib = 10% de Ic para lograr la especificación Vce (sat). Un BJT dual (Darlington) requiere Ib = 0.4% de Ic para Vce (sat) hasta 3A y 20mA a 5A

Esto implica saturar de manera eficiente el interruptor que necesita para saturarlo, lo que implica que la ganancia de corriente se reduce al 10% de hFE.

Aunque el Ic es algo no lineal, hay secciones lineales de colector-emisor, Rce o Resistencia en serie efectiva, ESR que son útiles para recordar.

ESR = Rce = ΔVce / ΔIc entre dos puntos en la curva.
Extrapolar la tangente para leer la pendiente.

TIP 120, para Ic < 1A Ic = 0.7V + 0.1 * Ic (Rce = 0.1 Ohm)

Si la resistencia de CC de la bobina del motor o DCR es > > 0.1 Ohm y este V + / (Rce + DCR) es menor que 3A, entonces debería funcionar con el entendimiento de que Vce = 2V @ 3A es significativo.

Por lo tanto, es posible que el suministro deba ser 2V más alto que el voltaje nominal del motor para las RPM máximas. Este no es el caso cuando se utiliza una parte RdsOn muy baja que puede costar un poco más. RdsOn < < 100 mOhm es muy común en piezas SMD que disipan menos calor y son más fáciles ('C / W) en un tamaño de caja más pequeño.

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Su resistencia de 100K no es lo suficientemente conductora para descargar significativamente el capacitor durante los huecos en la forma de onda PWM. En efecto, simplemente "mantiene el pico" de la tensión aplicada. Si usó algo como una bombilla de una linterna como carga, podría comenzar a ver un promedio de tiempo que coincide con sus expectativas.

Tampoco está claro si está midiendo a través del capacitor, o entre el lado siempre alto del capacitor y la tierra no conmutada.

También parece haber etiquetado incorrectamente el lado inferior de la fuente de alimentación de carga, que probablemente debería estar "conectado a tierra" y no "5-60v -"

Finalmente, el TIP120 es un transistor Darlington, efectivamente un transistor de empalme de etapa doble, no un MOSFET como se afirma en su título.

    
respondido por el Chris Stratton

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