Control del solenoide de enganche

Solo una pequeña aclaración antes de continuar. Los MOSFET, por sí mismos, no pueden aumentar la tensión. Sin embargo, un voltaje más alto se puede activar y desactivar a través de un MOSFET con un voltaje más bajo. Por ejemplo, su fuente de 9V se puede cambiar con una señal de 5V de su Arduino. Sospecho que eso es lo que quieres decir con "aumentar el voltaje" mediante un MOSFET.

Parece que quieres construir una topología H-bridge clásica. Los puentes en H le permiten controlar la dirección de la corriente a través de una carga. En su caso, la bobina de un solenoide. Un puente H es muy simple si piensa que los transistores son solo cuatro interruptores de encendido / apagado que se controlan de forma independiente:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Cuando los cuatro interruptores están abiertos, no fluye corriente y no sucede nada. Si, por ejemplo, SW1 y SW4 se cierran simultáneamente, la corriente fluirá desde la fuente de 9 V, aunque SW1, a través del solenoide (de izquierda a derecha), a través de SW4 y hacia el suelo. Si SW2 y SW3 se cierran simultáneamente, ocurrirá algo similar, excepto que la corriente fluirá a través del solenoide de derecha a izquierda. Así tienes control de polaridad.

Ahora, vamos a reemplazar estos interruptores ambiguos con MOSFET reales. Usaremos todos los MOSFET de canal N por ahora:

^{simular este circuito}

Imagine la puerta de cada MOSFET controlado por una línea digital separada. Probablemente los GPIOs de tu Arduino. Ahora solo es cuestión de escribir el código para activar el par de transistores adecuado en el momento adecuado. Sería genial si fuera realmente tan simple. Pero, desafortunadamente, no lo es. Hay un gran problema con el uso de transistores de esta manera.

Los MOSFET requieren un cierto voltaje mínimo en la puerta para activarse. Ese voltaje mínimo, conocido como \ $ V_ {gs (th)} \ $, es relativo al pin fuente del MOSFET, no a tierra . En la práctica, querrás un voltaje un poco más alto que el mínimo. Pero no voy a entrar en eso aquí. Los pines fuente de los MOSFET del lado bajo (M2 y M4) están conectados a tierra, por lo que las salidas GPIO de su Arduino funcionarán. Pero los MOSFET de lado alto (M1 y M3) tienen pines de fuente flotante. El voltaje directo de un pin Arduino GPIO no es suficiente para activar el MOSFET.

Desde aquí, tienes dos opciones:

1) Use FET de canal N tanto para el lado alto como para el lado bajo como se muestra en el esquema anterior. Este es el método más común, ya que los FET de canal N tienen \ $ R_ {ds (on)} \ $ más bajos que P-channel. Sin embargo, deberá implementar un convertidor bootstrap para activar los FET de lado alto con el fin de superar el problema descrito en el párrafo anterior.

2) Utilice FET de canal P para los FET de canal alto y canal N para el lado bajo. Los procesos de fabricación modernos han hecho que los FET de canal P estén cerca del rendimiento al canal N. Si la carga actual a través del solenoide no es demasiado alta, esta puede ser una opción más simple ya que no es necesario un convertidor de arranque. Sin embargo, todavía no puede conducir las puertas de los FET de canal P directamente desde los GPIO de Arduino. En su lugar, normalmente se utiliza un pequeño canal N intermedio.

Hay muchas más cosas que hacer antes de que tengas un H-bridge funcional, pero espero que esto te ayude a comenzar. A medida que se enfoca en un diseño de circuito específico, no dude en volver con preguntas más específicas.

Un puente H es una configuración, utilizada principalmente con transistores, por lo que es una abreviatura de MOSFET en una configuración H. Si desea buscar controladores de puente H, hay chips integrados que se encargarán de conducir los transistores, solo tiene que agregar lo que el chip necesita a su alrededor (claramente definido en la hoja de datos).

Editar: Acabo de notar que tienes curiosidad (¡lo cual es bueno!), aquí hay algunos detalles más: Para su información, los convertidores de potencia se pueden segmentar en 4 categorías correspondientes a los 4 cuadrantes del plano de voltaje-corriente. Desea utilizar 2 cuadrantes: V positivo positivo I, negativo V negativo I. De hecho, esto se puede hacer con 2 transistores y 2 diodos en lugar de los 4 transistores completos (+ diodo), puente. YestoesloquehaceelpuenteHparacadacuadrante:

Básicamente, solo necesitas los diodos y los transistores que están cerrados en cualquier punto. Sin embargo, todavía necesita conducir el transistor correctamente (consulte el controlador MOSFET), y eso es particularmente difícil para el transistor del lado alto, ya que el voltaje de la fuente de la puerta debe estar por encima de un cierto umbral para que pueda conducir, y el voltaje de su fuente cambia con el tiempo ... Esto es válido para MOSFET de canal N (ver MOSFET de canal N y P), puede usar un MOSFET de canal P en su lugar para hacer que la tensión de la puerta de la fuente sea independiente en la conmutación, sin embargo esto requiere voltajes referidos al riel de alimentación del solenoide superior ( no el 5 o 3,3 V de su Arduino), y eso, su arduino no puede dar otra vez, eso es algo que haría un conductor.

El controlador puede ser considerado como otro bloque de circuito que traduce la salida de su arduino en niveles de voltaje que pueden "completamente" cerrar o abrir el transistor del lado alto y aquí está, construyendo desde cero.

ADVERTENCIA : no es por nada que los controladores están fácilmente disponibles. No es tan sencillo incluso para un puente de 2 cuadrantes básico. ¿Realmente crees que tus transistores cambiarán exactamente al mismo tiempo? Piensa otra vez. Para evitar cortocircuitos debido a eso, deberá agregar pequeños retrasos de tiempo para asegurarse de que la transición ocurra en una configuración segura y sin cortocircuitos.