interruptor MOSFET usando un optoacoplador

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Con las partes en el correo, no he tenido tiempo de probar, pero la pregunta simple es: ¿funcionará esto o qué mejoras son necesarias?

Qué se supone que debe hacer: un interruptor MOSFET para cargas de 12V, 0.5-3A, controlado por un nivel lógico de 3.3V (que resultó ser demasiado bajo incluso para mis MOSFET de nivel lógico). El chip se inicia con los puertos altos, MOSFET desactivado. Al establecer el pin bajo se enciende.

Luego el fondo.

Estoy usando una placa NodeMCU de nivel lógico de 3.3 V para mi proyecto. Para esto me conseguí un puñado de MOSFET IRL540N (después de leer los foros, y las cosas son baratas). De la hoja de especificaciones tuve la idea de que funcionaría a 3.3 V pero no hubo suerte allí. En el nivel de compuerta de 5-6V se abre bien (conecté 21W de LED de 12V para probar, funcionó a la perfección, el IRL540N ni siquiera se calentó). Pero a 3.3 V no hubo suerte, los LED apenas se encendieron.

El uso de un controlador de transistores funcionó, pero luego se invirtió: el puerto bajo estaba activado, por lo tanto, está predeterminado por defecto, y eso no es seguro para mi proyecto. Debe estar desactivado por defecto, por lo que en el inicio (pines bajos) simplemente está desactivado.

Entonces me di cuenta de que tenía que usar un voltaje más alto, y aquí es donde entra en juego el optoacoplador. Me permite tirar de la puerta del MOSFET al nivel de 12V con solo 3.3V.

El siguiente esquema que diseñé para la combinación con un expansor de puerto PCF8574. Sus pines deben por defecto salir, alto. En estado alto, puede generar solo 0,3 mA aproximadamente, muy poco, lo suficiente para controlar un transistor pero no un LED. Sin embargo, puede hundir al menos 20 mA, por lo que es lo suficientemente bueno como para conducir un LED o un optoacoplador.

La idea detrás de este esquema: cuando están encendidos, los puertos son altos, no hay corriente a través del LED, la compuerta MOSFET está baja y está apagada.

Luego, cuando hago que el puerto sea bajo, se hunde la corriente para el LED en el optoacoplador, la compuerta se pone en alto y se enciende el MOSFET. El 12V asegura que está saturado.

La carga puede ser lámparas o un motor o incluso un solenoide, D1 está ahí para evitar que el circuito se fríe al apagarse.

    
pregunta Wouter

2 respuestas

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Todo parece estar bien, solo algunos comentarios:

  1. La corriente directa a través del diodo de entrada del opto es un poco demasiado baja (6-7 mA). Un valor de 150 Ohm para R1 permitiría un \ $ I_F \ $ entre 10 y 15 mA, aún dentro del límite de 20 mA de su PCF8574. Esto le permitirá mayores corrientes de colector (cargas más pesadas) en el transistor de salida del opto, y mayores corrientes de pico durante la carga del MOSFET, sin eliminar la saturación del transistor (consulte la tabla a continuación).

  • La carga en el transistor de salida del opto tiene demasiada impedancia para una conmutación rápida en caso de que quiera hacer PWM. A los 10 kOhm, sus tiempos de subida y bajada se dispararán, lo que limitará considerablemente el rango operativo de su ciclo de trabajo:

  • También hay otro problema de sincronización, que Jack Creasey ha señalado correctamente: la corriente del colector puede no ser lo suficientemente alta como para asegurar una carga rápida de la puerta MOSFET. Para superar esto, es posible que necesite una etapa de transistor adicional entre el opto y el MOSFET para aumentar la corriente. Pero tenga en cuenta que esto es además de la opción que necesita un R2 más bajo para no convertirse en el cuello de botella en sí mismo.

  • Agregue un condensador de desacoplamiento en el colector del transistor de salida del opto. Si su suministro de 12 V está conectado a través de cables largos (= inductancia parásita), apagar el MOSFET puede generar un pico de voltaje enorme en el riel de 12 V si la corriente suministrada a la carga es alta. Su diodo de retorno protege el MOSFET, pero no el riel. Eche un vistazo a esta pregunta .

    • Fuente de las figuras: Hoja de datos de PC817 .

        
    respondido por el Enric Blanco
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    No hay nada lógicamente incorrecto en tu esquema, pero hay un par de puntos en los que debes pensar.

    Su mayor problema potencial es que el optoacoplador actúa como una fuente de corriente constante. A medida que lo encienda, siempre estará limitado por la carga de capacitancia de la compuerta. Además, el Opto tiene que proporcionar corriente a través del resistor de 10k, para mantener su dispositivo en (VGS > 2.5 V @ 10 A) requiere 0.25 mA. Para llevar su compuerta a un lugar cercano a los 10 voltios, esta corriente de carga aumenta a alrededor de 1 mA.

    Tiene aproximadamente 6 mA a través del LED en su PC817 , por lo que es probable que tenga un límite de corriente de 3 mA en la salida (peor de los casos). La IRL540N tendrá aproximadamente 2000 pF de capacitancia de entrada. Esto resultará en un encendido / apagado lento del FET (esperaría el peor de los casos en el rango de 1 a 5 uS).
    También tendrá demoras de apagado muy grandes (> 15 uS) si la tensión de la puerta alcanza hasta 10 V o más. El tiempo de apagado también es suave, ya que está definido por la velocidad de descarga de 10 k * 2000 pF.
    Ni los tiempos de activación / desactivación ni los tiempos de retardo pueden ser un problema en los niveles de corriente de salida previstos, solo debe tener en cuenta los problemas, especialmente si alguna vez desea utilizar el control PWM (por ejemplo, PCA9685).

        
    respondido por el Jack Creasey

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