Diseñar un circuito MOSFET para la operación PWM filtrada de paso bajo y con consideraciones de seguridad

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Estoy diseñando un circuito en este momento y, como parte de eso, necesito poder ejecutar 4 ventiladores de 12VCC (que correré en paralelo) con una corriente de operación de 150 mA y una tensión de arranque de 4.5V. Mi problema es que mi riel de suministro es de 24V.

En este momento estoy pensando en usar una señal PWM de 5 V de mi microcontrolador para controlar el voltaje de la compuerta de un MOSFET. Con un ciclo de trabajo del 50%, debería alcanzar una votación promedio de 12V. Sin embargo, el PWM es ruidoso y sería bueno poder suavizar el voltaje de salida con un filtro de paso bajo. Sería bueno colocar el filtro entre la micro y la compuerta MOSFET, solo tengo que asegurarme de que la tensión de la compuerta esté por encima de la tensión de umbral.

Aquí está mi pregunta: es algo como this adecuado? Además, ¿cómo me protejo contra cualquier cosa que pueda salir mal? Por ejemplo, si los ventiladores se cortan, etc., no quiero iniciar un incendio si el MOSFET está disipando grandes cantidades de energía.

Aquí está mi proceso de pensamiento para elegir el MOSFET

  • \ $ V_ {GS (th)} \ $ = \ $ 0.67 V \ $ que es mayor que el voltaje de apagado esperado de mi pin PWM
  • \ $ V_ {GS (max)} \ $ is \ $ 8V \ $ que es menor que mi salida de PWM \ $ 5V \ $ max
  • La corriente máxima de drenaje continuo es \ $ 6.3A \ $, que es mayor que mis 4 ventiladores (\ $ 4 \ cdot 0.15 = 0.6A \ $)
  • Con \ $ V_ {GS} \ $ a 2.5V (5V a 50% de impuestos) puedo suministrar más de 20A. No entiendo este bit porque la hoja de datos dice una corriente de drenaje máxima de 20 A pulsada. Supongo que solo puedo hacer esto por un período muy corto de tiempo?)
    • Max \ $ V_ {DS} \ $ es 30V, mayor que mi 24V
    • \ $ R_ {DS (activado)} \ $ es típicamente 0.038Ohms a un voltaje de compuerta de 4.5V. En (\ $ 4 \ cdot 150mA = \ $) la disipación de potencia de 600mA es de 22.8mW, lo que creo que es lo suficientemente bajo.

Aquí está mi esquema. ¿Qué puedo hacer para mejorarlo y / o protegerme contra cualquier cosa que pueda salir mal?

    
pregunta Andre

3 respuestas

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Como Andy señala correctamente (+1), está impulsando el MOSFET en una región de disipación de energía agregando el filtro y calentándose. El condensador C1 mantiene la tensión mucho tiempo después de que el pulso se haya apagado y se descargará (lentamente) a través de R1 y R12.

Para que el MOSFET se apague rápidamente, necesita descargar el condensador de la fuente de la compuerta. Se requiere una resistencia mucho menor para R12. Además, la resistencia de entrada de 10k (R1) cargará el capacitor de la compuerta más lentamente; como la compuerta es esencialmente una pequeña carga capacitiva, se necesita una pequeña resistencia.

Suministro de 24 V, ventiladores de 12 V:

Si los ventiladores son todos del mismo tipo , podría conducirlos en serie / paralelo para que solo vean 12 V cada uno. Esto también reducirá la cantidad máxima de corriente que el MOSFET necesita manejar.

Ahora puede ejecutar su control de velocidad PWM hasta el 100% sin preocuparse por exceder el voltaje / corriente en los ventiladores (o si solo desea ejecutar a velocidad máxima / apagar, simplemente use una línea de E / S digital)

Protección contra sobrecorriente:

La forma más simple es poner un fusible en serie.

    
respondido por el JIm Dearden
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Encontraría otra solución porque su sistema no es a prueba de fallas. Nunca confíe en el software para la integridad de su hardware. Si su MCU falla, o se detiene por cualquier motivo, su sistema puede detenerse con el MOSFET siempre encendido. Eso podría destruir a tus fans. Yo agregaría una protección de sobretensión en la salida de su sistema que apaga el MOSFET en caso de sobretensión o dispara una palanca y amp; fusible o lo que sea.

    
respondido por el Blup1980
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Use una etapa de empujar y jalar con un PMOS y un NMOS. En teoría, puede conectar ambas puertas juntas y conducirlas con la misma señal pwm. En la práctica, es probable que desee utilizar una MCU con soporte pwm complementario para poder controlar el tiempo.

    
respondido por el Martin

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