Există multe aplicații ale MOSFET de la sectorul industrial la aparate de uz casnic, cum ar fi controlul vitezei motorului, reglarea luminii, amplificarea și comutarea semnalelor electronice în cadrul dispozitivelor electronice, ca invertor, amplificator de înaltă frecvență și multe altele. În general, acestea sunt disponibile în diferite dimensiuni pentru a se potrivi cu diverse necesități ale proiectelor electronice. MOSFET-urile sunt folosite ori de câte ori trebuie să controlăm tensiuni și curenți mari cu un semnal mic. Acest articol oferă informații scurte despre una dintre aplicațiile MOSFET, cum ar fi modul de proiectare a controlul vitezei motorului cu MOSFET .
Controlul vitezei motorului cu MOSFET
În societatea modernă, controlul vitezei motoarelor electrice este peste tot, deoarece este semnificativ pentru diferite mașini. Funcția necesară și performanța motoarelor electrice sunt variate. Când ne concentrăm pe partea de control a vitezei motorului, controlul vitezei motoarelor pas cu pas și servo se poate face printr-un tren de impulsuri, în timp ce controlul vitezei motorului fără perii și a motorului cu inducție se poate face cu tensiune de curent continuu sau cu un rezistor extern. În prezent, în multe industrii, motoarele electrice sunt folosite ca sursă de energie indispensabilă. Dar, controlul vitezei motorului este necesar, deoarece afectează direct funcționarea mașinii, calitatea și rezultatul lucrării.
Intenția principală a acestui lucru este de a proiecta un circuit pentru controlul vitezei unui motor de curent continuu cu un MOSFET. Un MOSFET este un tip de tranzistor, folosit pentru a amplifica sau comuta tensiunile din circuite. Tipul de MOSFET utilizat în acest circuit este MOSFET în modul de îmbunătățire care funcționează numai în modul de îmbunătățire. Aceasta înseamnă că acest tranzistor va fi oprit ori de câte ori nu există tensiune furnizată la terminalul de poartă și va fi pornit ori de câte ori este furnizată o tensiune. Astfel, tranzistorul este ideal pentru a fi folosit ca un comutator pentru controlul unui motor de curent continuu.
Motorul de curent continuu este utilizat în diferite aplicații, cum ar fi roboți, aparate, jucării etc. Prin urmare, în multe aplicații de motoare de curent continuu, controlul vitezei și direcției motorului este esențial. Aici vom explica cum să proiectăm un controler simplu de motor DC cu un MOSFET.
Componente necesare:
Componentele necesare pentru realizarea acestui controler de motor DC includ o baterie de 12V, 100K potențiometru , IRF540N E-MOSFET, un motor de curent continuu și un comutator.
Conexiuni:
Conexiunile acestui motor DC controlează viteza cu IRF540N EMOSFET urmați ca;
Terminalul porții IRF540 E-MOSFET este conectat la potențiometru, borna sursă este conectată la firul pozitiv al motorului, iar borna de scurgere a MOSFET este conectată la borna pozitivă a bateriei printr-un comutator.
Firul negativ al motorului este conectat la borna negativă a bateriei.
Borna de ieșire a potențiometrului este conectată la borna de poartă a MOSFET, GND este conectată la borna negativă a bateriei printr-un fir negativ al motorului, iar pinul VCC este conectat la borna pozitivă a bateriei printr-o bornă de scurgere a MOSFET. și comutați.
Lucru
Odată ce comutatorul „S” este închis, sursa de tensiune de la terminalul porții MOSFET determină alimentarea cu curent de la borna de scurgere (D) la sursă (S). După aceea, curentul începe să curgă prin motorul de curent continuu și motorul începe să se rotească. Suma curentului furnizat motorului de curent continuu poate fi reglată pur și simplu prin simpla ajustare a potențiometrului, după care schimbă tensiunea aplicată la borna de poartă a MOSFET-ului. Astfel, putem controla viteza unui motor de curent continuu controlând tensiunea la terminalul de poartă din MOSFET. Pentru a crește viteza motorului de curent continuu, trebuie să creștem tensiunea aplicată la terminalul de poartă a MOSFET-ului.
Aici, circuitul de control al motorului de curent continuu bazat pe IRF540N MOSFET a fost proiectat pentru a controla viteza motorul . Acest circuit este foarte simplu de proiectat folosind un MOSFET și un potențiometru. Putem controla viteza motorului controlând pur și simplu tensiunea aplicată la terminalul de poartă a MOSFET.
Avantajele MOSFET-urilor pentru controlul vitezei motorului:
Tranzistoarele joacă un rol fundamental în circuitele de control al vitezei motorului, iar MOSFET-urile (tranzistori cu efect de câmp cu oxid de metal și semiconductor) sunt adesea preferați față de alte tipuri de tranzistori, cum ar fi BJT (tranzistori bipolar joncțiune) și IGBT (tranzistori bipolar cu poartă izolată) din mai multe motive. . În acest articol, vom explora avantajele și aplicațiile utilizării MOSFET-urilor pentru controlul vitezei motorului față de alte tranzistoare.
- Eficiență ridicată :
- MOSFET-urile prezintă o rezistență la pornire foarte scăzută (RDS(on)), ceea ce duce la o disipare minimă a puterii și la o eficiență ridicată în circuitele de control al motorului.
- Această eficiență ridicată înseamnă că este generată mai puțină căldură, reducând nevoia de sisteme de răcire elaborate, făcând MOSFET-urile potrivite pentru aplicații de mare putere.
- Viteză de comutare rapidă :
- MOSFET-urile au o viteză de comutare foarte rapidă, de obicei în intervalul de nanosecunde.
- Acest răspuns rapid permite controlul precis al vitezei și direcției motorului, făcându-le potrivite pentru aplicații în care sunt necesare schimbări rapide.
- Putere redusă de acționare a porții :
- MOSFET-urile necesită putere minimă de acționare a porții pentru a comuta între stările de pornire și oprire.
- Această caracteristică minimizează puterea necesară pentru a controla tranzistorul, rezultând sisteme de control al motoarelor eficiente din punct de vedere energetic.
- Nu este necesar curent de poartă :
- Spre deosebire de BJT, MOSFET-urile nu necesită un curent continuu de poartă pentru a rămâne în starea lor de pornire, ceea ce reduce consumul de energie al circuitului de control.
- Acest lucru este deosebit de avantajos în aplicațiile alimentate cu baterii în care eficiența energetică este critică.
- Toleranță la temperatură :
- MOSFET-urile pot funcționa într-o gamă largă de temperaturi, făcându-le potrivite atât pentru medii extrem de reci, cât și pentru cele calde.
- Această caracteristică este valoroasă în aplicații precum sistemele auto și mașinile industriale.
- EMI redus :
- MOSFET-urile generează mai puține interferențe electromagnetice (EMI) în comparație cu BJT și IGBT.
- Acest lucru este crucial în aplicațiile în care EMI poate interfera cu dispozitivele sau sistemele electronice din apropiere.
Aplicații ale controlului vitezei motorului cu MOSFET-uri:
- Vehicule electrice (EV) și vehicule hibride :
- MOSFET-urile sunt utilizate în mod obișnuit în sistemele de control al motorului vehiculelor electrice și hibride.
- Ele oferă un control eficient și precis asupra motoarelor electrice, contribuind la îmbunătățirea performanței și autonomiei vehiculului.
- Automatizare industriala :
- În industrii, controlul vitezei motorului pe bază de MOSFET este utilizat pentru benzi transportoare, brațe robotizate și alte sisteme automate.
- Viteza rapidă de comutare a MOSFET-urilor asigură un control precis și receptiv în procesele de producție.
- Electrocasnice :
- MOSFET-urile se găsesc în aparatele electrocasnice, cum ar fi mașinile de spălat, aparatele de aer condiționat și ventilatoarele pentru controlul vitezei motorului.
- Eficiența lor și generarea scăzută de căldură le fac ideale pentru aparatele electrocasnice eficiente din punct de vedere energetic.
- Sisteme HVAC :
- Sistemele de încălzire, ventilație și aer condiționat (HVAC) utilizează MOSFET-uri pentru controlul vitezei motoarelor în ventilatoare și compresoare.
- Acest lucru contribuie la economisirea energiei și la reglarea precisă a temperaturii.
- Propulsie de drone :
- Dronele necesită un control eficient al vitezei motorului pentru a menține stabilitatea și manevrabilitatea.
- MOSFET-urile sunt preferate în circuitele de control al motoarelor dronei datorită greutății reduse și eficienței ridicate.
- Sisteme de răcire pentru computer :
- MOSFET-urile sunt utilizate în ventilatoarele de răcire ale computerelor pentru a regla viteza ventilatorului în funcție de temperatură, asigurând performanțe optime de răcire cu zgomot minim.
- Locomotive și trenuri electrice :
- MOSFET-urile sunt folosite în sistemele de control al motorului trenurilor și locomotivelor electrice pentru a regla viteza și direcția în mod eficient.
- Sisteme de energie regenerabilă :
- Turbinele eoliene și sistemele de urmărire solară folosesc MOSFET-uri pentru a controla viteza motoarelor, optimizând generarea de energie.
În rezumat, MOSFET-urile oferă numeroase avantaje pentru controlul vitezei motorului, inclusiv eficiență ridicată, viteză rapidă de comutare, cerințe scăzute de putere a acționării porții și EMI reduse. Aceste avantaje le fac alegerea preferată într-o gamă largă de aplicații, de la vehicule electrice și automatizări industriale până la electrocasnice și sisteme de energie regenerabilă. Versatilitatea și fiabilitatea MOSFET-urilor le fac o piatră de temelie a tehnologiei moderne de control al motorului.
