Fuente de alimentación de laboratorio de comportamiento extraño del circuito del interruptor N-Mosfet

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Estoy tratando con un circuito de interruptor N-Mosfet para controlar, a través de PWM, la temperatura de una resistencia del calentador. El mosfet es un IRFS7430-7PPBF. La carga se maneja a 12V y tiene una potencia nominal de 80W. Dado que quiero conducir la resistencia de carga con PWM sin filtro puro, elegí un mosfet con un RDSon muy bajo y no me preocupé mucho por la frecuencia de la portadora de señal PWM. Conduzco la compuerta con una señal lógica de 5 V y puedo proporcionar una corriente superior a 20 mA. Intenté establecer diferentes valores de frecuencia de PWM para conducir la puerta del mosfet. A frecuencias en el rango de varias decenas de miles de herts (62.5 KHz), el mosfet se calienta mucho con un ciclo de trabajo del 70% (3-4 A). La disminución gradual de la frecuencia ayuda a que el mosfet funcione muy fresco hasta que no se sienta la diferencia de temperatura a unos 200 Hz. Explico esto debido a las pérdidas de conmutación en el mosfet que son muy altas debido a una alta capacitancia interna. Sin embargo, el mosfet se está calentando mucho más de lo que inicialmente calculé. ¿Por qué está pasando esto? ¿Es normal? Estoy bien manejando el mosfet a frecuencias muy bajas ya que también quiero ser bajo en emisiones de EMI. Lo extraño que noté es que la fuente de alimentación del laboratorio de sobremesa que estoy usando para alimentar el circuito comienza a comportarse de una manera muy extraña a bajas frecuencias de PWM. Incluso si estoy muy lejos de los límites de potencia y corriente de la fuente de alimentación, comienza a cambiar continuamente el valor de voltaje y corriente que se muestra, ya que no puede contener esos valores. Luego el C.C. y C.V. Las lámparas (control de corriente y control de voltaje) comienzan a parpadear. Este comportamiento no ocurre en altas frecuencias PWM. Intenté investigar si un condensador de filtro a través de los terminales de alimentación ayudaría pero parece que no produce ningún efecto. Me temo que el circuito está produciendo algunas perturbaciones peligrosas en la fuente de alimentación. ¿Cómo podría resolver esto?

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

    
pregunta Francesco

3 respuestas

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Probablemente tienes dos problemas separados.

Primero, no especificas tu amplitud PWM o la capacidad de tu unidad de puerta. Desde la hoja de datos la capacidad de entrada es de aproximadamente 14,000 pF. Si su lógica PWM tiene un límite de corriente, digamos, 10 mA, un flanco PWM tomará 3 o 4 usec para la transición de 0 a 5 voltios. A 62 kHz, eso representa un período total de aproximadamente 0,3 a 0,5 segundos por segundo cuando el FET no está completamente activado o desactivado (62000 x 2 x 4 us = 496 mseg). Así que no es de extrañar que el FET se caliente. Intente conducir su puerta con un controlador de puerta dedicado. Simplemente porque estoy familiarizado con ellos, me gusta usar los controladores MAXIM 4426/4427, pero hay muchas alternativas.

Segundo, a frecuencias de conmutación muy bajas, es posible que esté recibiendo interferencia con el circuito de control de su fuente. Por lo general, estos tienen kHz o menos ancho de banda, y si los golpea correctamente puede estar obteniendo una condición de resonancia. En este caso, lo mejor es utilizar un filtro de paso bajo inductivo en su calentador.

    
respondido por el WhatRoughBeast
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Tienes que elegir un MOSFET diferente.

Cuando se trata de aplicaciones PWM, un MOSFET demasiado "grande" conduce a un cambio innecesariamente ineficiente. Su aplicación es cambiar hasta alrededor de 7A. El IRFS740 es un MOSFET 500A. La capacitancia de la compuerta es tal que no hay forma de que una unidad uC pueda conducirla directamente a un interruptor eficiente a 10 KHz. Creo que debería ser capaz de encontrar un MOSFET que pueda ser manejado por uC a unos pocos 10's de KHz de manera efectiva (aunque no necesariamente más eficiente) cuando se compara con la pérdida de conducción debido a Rds-on. Supongo que el punto ideal podría ser de 2 a 3 veces la corriente, por lo que podría comenzar su búsqueda alrededor de un MOSFET de 15-20 A.

Además, no sobrepasar el voltaje. Eso solo lleva a una mayor capacitancia y un mayor Rds-on casi sin beneficio secundario.

Si observa la hoja de datos del IRFS740, preste atención a la figura 1. Esto muestra un aumento muy pronunciado de Rds-on alrededor de Vgs de 5V. Eso significa que el IRFS740 no le dará resultados confiables cuando no se conduzca a más de 5V. Necesita un MOSFET que tenga Vgs-th probablemente no superior a 2.5V. (La hoja de datos Vgs-th se suele especificar con una corriente de conducción muy baja).

    
respondido por el rioraxe
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¿Tiene un suelo simulado, una resistencia de 1K ohm o 10K ohmios desde el punto 'PWM' a tierra? La fuente de alimentación / pwm no tiene carga para estabilizarla. El mosfet no es una carga, excepto unos pocos 1000pf.
El mosfet no es una carga de CC, por lo que necesita agregar uno (la resistencia). Debe tener un condensador desde su terminal Vcc hasta la tierra de mosfet, con los cables lo más cortos posible. Un valor de 470uF debería ser suficiente. No estoy seguro de que esta sea una respuesta completa porque no conozco la distribución de su circuito.
NO inserte una señal de voltaje o PWM en el mosfet > 12p-p, o el zener incorporado sujetará la señal y puede hacer calor. Si se calienta, este mosfet debe montarse en al menos un disipador de calor pequeño. Entiendo su experimentación y esto no debe ser un producto final.

    
respondido por el Sparky256

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