¿Por qué el voltaje aumenta gradualmente desde la fuente de un MOSFET de potencia?

Por lo tanto, para dar otro rumbo a su circuito: está utilizando el componente incorrecto. Para conducir la puerta de un MOSFET, normalmente desea un controlador MOSFET. Un IR2301 o IR2181 o similar sería una buena opción. Este tipo de controlador puede activar / desactivar la entrada de nivel lógico y descargar mucha corriente a alta tensión en la compuerta MOSFET, para asegurarse de que esté completamente encendida o apagada.

Con los controladores de la serie IR2x, si su ciclo de trabajo PWM es inferior al 100%, también puede usarlos para aumentar el voltaje de la compuerta para un conmutador de canal N en el lado alto, si lo prefiere a bajo. lado.

Sospecho que lo que está sucediendo es que el comportamiento de tu MOSFET está cambiando a medida que se calienta.

Vea estas curvas características en la hoja de datos de IRF1404:

Supondré,amododeejemplo,quelacorrientedeoperacióndesumotoresdeaproximadamente10A.Cuandoloenciendeporprimeravez,Q3actúacomoseguidordelafuenteyelVgsdecaídaesdeaproximadamente4.5V.Despuésdeuntiempo,elFETsecalientaylosVgsdebenmantenerunmínimode10Aatravésdelmotor...SilatemperaturadelaunióndelFETaumentaraa175C,ahoraestaríamosfueradelacurvapublicada,peropodemosimaginarquelosVgscaeríaa4.0Voinclusomásbajo.Porlotanto,latensiónenelmotorhabríaaumentadoaproximadamente0,5Vomás.

Edit

Unpardeotrascosasatenerencuenta:

• ParecequesuFETestádiseñadoparafuncionaralrededorde100A(segúnloqueindicanlascurvastípicasenlahojadedatos).Loestáutilizandoenalgúnlugarpordebajode5A(yaqueesaeslaclasificacióndesufuentedealimentación).Lascaracterísticasdeesteamplificadoroperacionalpodríannoestarmuybiencontroladasenestenivel"muy bajo" actual.

• Su FET se está quemando en algún lugar cerca de V _ds * I _d = 3.5 * 5 = 15 W de potencia. En un paquete TO-220 sin disipación térmica, el FET probablemente se está calentando considerablemente . El FET está clasificado para una operación de 100 A, pero probablemente esté diseñado para usarse con pulsos de ciclo de trabajo bajo.

• El uA741 no es un amplificador operacional riel a riel. La razón por la que está viendo 9.5 V en la compuerta del FET en lugar de 10 V es probablemente porque ha llevado el amplificador operacional a la saturación. Si el amplificador operacional se está calentando durante la operación, el voltaje de saturación podría estar cambiando, y esto también contribuiría a la deriva en el voltaje de la fuente del FET.

EDIT He leído mal el circuito (al ver una ganancia de unidad), así que ahora que mi vista / cerebro se ha aclarado (D'oh), solo haré una recomendación sobre el cambio del circuito de retroalimentación: -

Un mejor circuito para mantener 5V en el motor, es tomar el nodo de realimentación para el op-amp justo en la fuente del FET en lugar de la salida del op-amp. Esto asegurará que la fuente obtenga 5V y Vgs (umbral) se contrarrestará cuando la salida del amplificador operacional aumente para superarlo. No es necesario tener R3, y R4 puede estar en cortocircuito. Esto mantendrá 5V en la fuente del FET.

Gracias a @ThePhoton y al OP por señalar mi ineptitud visual / cerebral. Al leer más comentarios, es probable que para reducir la disipación de energía, se requiera algún tipo de PWM.

¿Cómo estás midiendo el voltaje? ¿Con un medidor de voltaje? Recuerde que los motores son sumideros de corriente intermitentes y, por lo tanto, el voltaje promedio que ve un multímetro es diferente del voltaje instantáneo real. Si observa el voltaje en un osciloscopio, puede ver lo que realmente está pasando.

Mi conjetura es que estás viendo un aumento de voltaje porque el período de conducción del motor cambia a medida que el motor se acelera.

Finalmente, no es el voltaje lo que mata a un motor, sino la corriente. Si puede mantener la corriente limitada, puede empujar muchos voltios en un motor sin sobrecalentarlo, y obtener una respuesta más rápida / mejor curva de par, aunque el par máximo seguirá siendo el mismo, porque eso está determinado por la resistencia a la conducción constante.

Es posible que también desee reducir la EMF agregando un diodo y un pequeño capacitor a través del motor.

Si tiene un microcontrolador, debe conducir el motor con PWM, lo que le permite controlar la corriente según el ciclo de trabajo del PWM. Si no puede hacer esto con el microcontrolador, entonces quizás conduzca la compuerta del MOSFET con un temporizador 555 en lugar de un controlador remoto. Los MOSFET no pretenden proporcionar una regulación de voltaje lineal; se sobrecalentarán y morirán fácilmente si no tiene mucho cuidado al usarlos en la región lineal. Los MOSFET están generalmente diseñados para activar y desactivar completamente el estilo PWM.

Finalmente, parece que estás usando un MOSFET de canal N como un interruptor lateral alto. Para que esto funcione bien (para activar el MOSFET por completo) debe proporcionar un voltaje más alto en la compuerta que el MOSFET en la fuente. Cuando la carga está por debajo de la fuente, la carga, pero la fuente aumentará en voltaje, y por lo tanto elevará el voltaje de compuerta requerido. Esto crea un circuito de retroalimentación donde el MOSFET permanecerá en la zona de conducción lineal en lugar de ser activado / desactivado. Yo pondría el motor por encima del MOSFET en su lugar.

Respondiendo únicamente a la pregunta sobre el regulador de voltaje que se agregó en " LATER EDIT " de la pregunta:

Si bien un regulador de voltaje lineal 78xx es quizás el más sencillo de implementar que no sean los 6 diodos de silicio, 1n4007 por ejemplo, en serie, en cualquier enfoque de caída de voltaje lineal, el voltaje excedente por la corriente a través del mecanismo de regulación se traduce en calor en vatios.

En su lugar, considere un regulador de conmutación de CC / CC (regulador de dólar) para regular el voltaje a 7,5 u 8 voltios, y el problema del calor desaparece prácticamente. La eficiencia típica del regulador de dólar es de 80% a 95%.

Traducción : el calor máximo generado es mucho más bajo que cualquier enfoque de regulación lineal.

• Para esta aplicación, un módulo regulador de CC-CC económico de eBay, como this ( $ 1.32 incluido el envío internacional gratuito ) serviría el propósito. No se necesita disipador de calor.

• Si el espacio de la placa o el diseño de PCB es un problema, una sustitución directa del regulador de conmutación directa para el regulador lineal 78xx sería una opción. Este 6.5 Volt 1.5 Amperios regulador de conmutación de voltaje fijo ( $ 10.73 + envío ) aparece en una búsqueda superficial. Habría otros más cerca de la tensión objetivo. Nuevamente, no se necesita un disipador de calor.

• Otra opción es el regulador de dinero PTN78000W de Texas Instruments - quizás más eficiente que cualquiera de las otras opciones anteriores, por lo tanto, con menos problemas de calor. Puede intentar solicitar una muestra gratuita para ver si cumple su función.