¿Paralelamente a los mosfets para manejar más corriente mientras se conduce un motor de CC?

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Me gustaría conducir un motor de 180W, 24VDC con una señal PWM usando mosfets de la siguiente manera:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

El motor está dentro de un bucle de control con retroalimentación negativa que regula la velocidad de rotación al actuar sobre la salida PWM. Dada una carga mecánica, la velocidad del motor se puede regular variando la tensión aplicada. La variación en la tensión suministrada al motor se logra variando el ciclo de trabajo de la salida de pwm. Hasta ahora, todos mis esfuerzos se han centrado en diseñar el sistema de control con el controlador PID analógico.

Supongamos que el motor está girando a una velocidad w que requiere un voltaje de 10 V y una corriente de alrededor de 2A. En este caso, puedo ver al menos dos problemas con este enfoque:

  • El mosfet está disipando 14 * 2 = 28 W. No es aceptable a menos que use un disipador de calor
  • El diodo está disipando 1.8 * 2 = 3.6 W.

En cuanto al primer problema, mi solución sería usar más mosfets en paralelo para compartir la corriente del motor. El número de mosfets paralelos se diseñaría para manejar el peor escenario posible. Sin embargo, nunca he usado mosfets en paralelo y, como sé que no hay dos transistores iguales, me temo que la corriente no se compartirá por igual (como en un divisor de corriente de resistencia), lo que resulta en una posible sobrecarga de uno / dos mosfets. ¿Cuáles son los puntos críticos que se deben tener en cuenta al hacer un paralelo de mosfets para esta aplicación en particular? Además, en caso de que se resuelva el "dilema de compartir corriente", ¿debo poner una resistencia en serie en cada compuerta al enviar la señal PWM a cada mosfet?

En lo que respecta al diodo, buscaría un diodo que pueda soportar más corriente en el peor de los casos, corriente para el motor que debería estar alrededor de 10 A. ¿Hay una mejor manera de hacerlo?

Si cree que hay una mejor manera de lograr el mismo objetivo, proporcione su solución. Este es un proyecto de hobby y necesito algunos comentarios constructivos / críticos.

PS: cuando hablo sobre el peor escenario actual, me refiero a la corriente nominal bajo (una carga pesada). En caso de altas corrientes debido a un rotor bloqueado o un cortocircuito, planeo agregar un fusible para protección.

    
pregunta mickkk

2 respuestas

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Su motor consume 7.5 amperios. Por lo tanto, un FET adecuado (por ejemplo, RdsON 10mOhms) disipará RI ^ 2 = 0.5W cuando se ejecuta el motor a plena potencia, y menos cuando se reduce la presión.

Por supuesto, el motor consumirá una corriente mucho mayor en el arranque, por lo que necesitará un MOSFET capaz de disipar más que esto. Cualquier TO220 MOSFET funcionará, siempre que tenga un RdsON suficientemente bajo.

Obviamente, el IRF530 que se muestra aquí, con su RdsON de 0.16 ohmios, no es adecuado. Elija un FET con RdsON por debajo de 10 mOhms, en estos días tendrá muchas opciones.

Esta aplicación no necesita FET en paralelo o uso compartido actual.

En cuanto a la elección del diodo, debería disipar unos pocos vatios, por lo que un diodo TO220 funcionará bien.

Si desea protegerse contra un motor atascado ... ya que parece que no usa un microcontrolador (??????), entonces puede medir la corriente usando una resistencia de derivación y un opamp, o un pasillo. haga un efecto en el sensor, luego filtre y use un comparador para detener el PWM si la corriente es demasiado alta durante demasiado tiempo.

    
respondido por el peufeu
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Sí, puede hacer MOSFET paralelos, son buenos para compartir corriente debido al coeficiente de temperatura positivo de su resistencia de encendido, pero ...

Ha cometido un error en la estimación de la disipación de potencia.

En la operación PWM, el MOSFET está completamente activado o desactivado. El motor actúa como un filtro de paso bajo, y "ve" el voltaje promedio aplicado, el voltaje de suministro por el ciclo de trabajo PWM. Por lo tanto, en el suministro de 24 V y el ciclo de trabajo del 40%, el motor se comportaría como si se aplicaran 9.6 VCC. Debo mencionar que la frecuencia PWM debe ser lo suficientemente alta para mantener la ondulación actual a un nivel razonable.

Cuando el MOSFET está activado, la tensión a través de él se debe a su resistencia de activación, 0.16 ohmios a 25 grados C de acuerdo con la hoja de datos. Esto se denomina pérdida de conducción y varía con la corriente y el ciclo de trabajo. Por ejemplo, con un ciclo de trabajo de 2A y 40%, la potencia sería de 2A al cuadrado por 0.16 ohms por 40%, alrededor de 250 mW. (Esto podría más que duplicarse a temperaturas más altas; en cualquier caso, la potencia será mucho menor que 28W). Durante este tiempo, la corriente del diodo es cero. Si las pérdidas de conducción son demasiado altas, puede seleccionar un MOSFET con menor resistencia de encendido.

Cuando el MOSFET está apagado, la corriente fluye a través del diodo y el MOSFET no disipa energía (pero el diodo lo está).

También habrá alguna pérdida de conmutación, tanto en el MOSFET como en el diodo. La pérdida de conmutación es una función de la velocidad de conmutación, que a su vez es una función del controlador de la puerta. Conducir la puerta con más fuerza reduce las pérdidas de conmutación en el MOSFET, pero puede dar lugar a zumbidos debido a elementos parásitos. Para una mejor operación, se deben minimizar los parásitos, por lo que un diseño ajustado es crítico.

Definitivamente necesitará un diodo con una clasificación de corriente más alta que la del 1N4148. A 24 V, sugeriría un tipo Schottky para una menor caída de voltaje directo.

    
respondido por el user28910

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