¿Cómo manejar un MOSFET desde AC con máxima eficiencia?

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Versión corta: si necesito manejar un MOSFET desde la red de CA, eso también cambiará (PWMing) a la red de CA, y necesito hacer esto "rápido y con frecuencia" * ¿Cómo debo hacerlo? derive el poder para conducir su compuerta desde la misma red de corriente alterna?

  • Rápido = encender o apagar el MOSFET tan rápido como permita = abastecer / hundir tanta corriente hacia / desde la puerta como sea razonable = 1+ amp por mosfet (IRF830).
  • A menudo = frecuencia PWM en el rango de 20-30kHz.

Versión larga: Estoy haciendo una especie de atenuador de onda sinusoidal para bombillas incandescentes y para esto necesito manejar dos MOSFET (puertas y fuentes unidas) que cambiarán la alimentación de CA a la red eléctrica. Todo estará empaquetado herméticamente en una caja cerrada, así que pensé que encender / apagar los MOSFET lo más rápido posible debería mantenerlos lo más frescos posible. También pensé que debía usar el controlador de puerta porque mi attiny (fuente PWM) no puede generar / acumular tanta corriente como los MOSFET están listos para aceptar. La única fuente de alimentación que recibí es la alimentación de CA y debo reducirla a ~ 12 V para controlar las puertas y proporcionar una corriente razonable para poder cambiarlas "rápido y con frecuencia" en 20-30 kHz.

Inicialmente estaba pensando en PSU capacitiva, pero todos los esquemas que he visto eran para corrientes muy bajas. No me arriesgué a diseñar el mío, ya que no estaba seguro de que fuera posible (para corrientes mucho más altas).

Luego lo probé con SR087 , pero el 100ma que proporciona no fue suficiente.

Ahora estoy pensando en obtener un SMPS tipo PCB abierto que me dé 500 má y lo use para abrir las puertas. Algo parecido a esto, por ejemplo . Lo que no estoy seguro es si puedo conectarlo a tierra a la tierra rectificada desde la red de CA. Supongo que podría, ya que la salida de SMPS está flotando, pero creo que solo hay una forma de averiguarlo. Aquí hay un diagrama en bruto:

No incluye UART optoaislado a los filtros y filtros que todavía tengo que averiguar cómo diseñar. Y la resistencia de la compuerta de 1k no es necesaria. 1k, trataré de mantenerla lo más baja posible con la elección final de la PSU de la unidad de compuerta.

¿O hay alguna otra forma de controlar los MOSFET de los AC @ 10V + y al menos varios cientos de miliamperios?

¡Muchas gracias de antemano!

Información general : Tengo conocimientos muy básicos y limitados en electrónica y diseño de circuitos y no tengo educación formal. Sin embargo, entiendo todos los riesgos asociados con la red de aire acondicionado y lo tomo con un nivel saludable de paranoia.

    
pregunta Rokas

1 respuesta

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Lo siguiente es algo conceptual, con detalles "aún por resolver".

La corriente de puerta PROMEDIO es mucho más baja que la del pico.
Para una Capacitancia C dada dada a V voltios, la energía requerida es 0.5 x C x V ^ 2. Esto se debe cargar y descargar F_PWM veces por segundo, de modo que
Potencia = f / 2 x C x V ^ 2.
Para C = 1 nF, C = 10V, f = 20 kHz
Potencia = 20,000 / 2 x 1E-9 x 10 ^ 2 = 1 mW significa
A 10 V, es decir, 0,1 mA significa con un cargador de CC o 0,2 mA significa si "pierde" la mitad de la energía de carga debido a la rampa de voltaje.

Si alimenta esto desde 300 VCC, la potencia es VI = 300 x 0.2 mA = 60 mW.
es decir, si utiliza un condensador con reserva Zener y lo alimenta a través de una resistencia desde el pico de la red rectificada a 300 VCC y permita adecuadamente más de 0.2 mA

Aquí, D1 C1 proporciona una fuente de ~ = 300 VCC.
R1 R2 nomunailly flota C2 a la mitad V_C! cuando no está sujetado a algún otro poit, pero su función principal es formar una alimentación CC (corriente constante) efectiva a C2 y permitir que C2 D2 se conduzca a cualquier voltaje que requiera el controlador. Z2 sujeta C2 a cualquier voltaje que se desee.

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Alguien ha consultado tu frecuencia PWM de 20 kHz. Mis cálculos de corriente media suponen que esta es la "frecuencia de cuadros PWM" con el FET activado o desactivado una vez por cuadro (= control de fase efectivo) O que la velocidad de cuadros es mucho más baja y que el nivel de PWM puede cambiar a lo sumo una vez cada 1/20 kHz = 50 uS.
Si su PWM completa una señal PWM de 256 niveles en 50 uS con múltiples transiciones de activación / desactivación en este período, se necesita una corriente de controlador de compuerta mucho mayor y este esquema no es adecuado.

En la práctica, probablemente puedas usar una velocidad de cuadros mucho más baja

    
respondido por el Russell McMahon

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