MOSFET vs. Relaisleistungseffizienz

Anfängerfrage hier. Ich baue einen Fernschaltkasten für Stromkreise an Bord einer Yacht zusammen. Das Design sieht vor, dass ein zentraler Raspberry Pi Befehle an einige Boxen sendet, die jeweils eine Reihe von Schaltkreisen steuern, die über das Schiff verteilt sind. Jede Box enthält ein Arduino, das über XBee mit dem RPi kommuniziert.

Jeder Stromkreis hat eine typische Stromaufnahme von ein paar A mit maximal 15 A. Die typische Schaltfrequenz ist sehr niedrig, wobei einige Stromkreise fast immer eingeschaltet und andere fast immer ausgeschaltet bleiben.

Meine Frage ist für das eigentliche Schalten, sollte ich Relais oder MOSFETs wählen? Meine Frage bezieht sich speziell auf die Energieeinsparung, die auf einem Segelschiff ein Hauptanliegen ist. Gehe ich angesichts der hohen Wärmeabgabe des MOSFET richtig in der Annahme, dass es sich um verschwenderische Komponenten handelt? Mehr als ein Relais?

Relais, Mosfets, IGBTs und SSRs können alle einen potenziell vernachlässigbaren Stromverbrauch haben. Relais haben bewegliche Teile, haben also eine viel geringere Zykluslebensdauer und machen auch Lärm. Sie haben subjektiv den geringsten Widerstand und können ihren Zustand bei Stromausfall beibehalten oder nicht, je nachdem, was Sie wollen. Bei 5-15A sollten Mosfets in Ordnung sein. Sie erwärmen sich nur (Energieverschwendung), wenn sie zu langsam schalten oder zu viel leiten.
Wenn Sie über das Schalten von Gleichstrom mit niedriger Spannung (wie beispielsweise 12 V) sprechen, sind MOSFETS mit weniger als 1 mOhm Einschaltwiderstand verfügbar. Das sind ungefähr 200 mW Verlustleistung und angesichts der besseren Lebensdauer und Zuverlässigkeit ziemlich konkurrenzfähig mit einem Relais.
Angesichts der hohen Wärmeleistung des Mosfets ist ein als Schalter verwendeter MOSFET nur dann ineffizient (hat eine hohe Wärmeleistung), wenn Sie ihn falsch verwenden . Bei richtiger Anwendung können MOSFETs sehr effizient sein und mit sehr geringen Verlusten schalten. Als Neuling sollte man bei diesen Vermutungen/Aussagen aufpassen, denn oft stimmen sie einfach nicht und werden nur dadurch entlüftet, die keine Ahnung haben. Werden Sie nicht einer von ihnen!

Antworten (2)

Ihre Wahl hängt von vielen Dingen ab:

  • Schaltest du AC oder DC?
  • Wie hoch ist deine Schaltspannung? (5/3,3 V von einem Mikrocontroller? 12 V von einer Batterie? Sie haben Arduino/RPi/Xbee erwähnt, aber was genau steuert die Steuerung und sind andere Stromquellen verfügbar?)
  • Schaltgeschwindigkeit
  • Dicke Ihres Kabels (wie viel Leistung haben Sie bereits allein durch Kupferverluste verloren?)

Effizienz ist sehr wichtig, und obwohl Relais effizienter erscheinen mögen, weil sie ein galvanischer Kontakt sind, ist dies definitiv nicht der Fall. Gerade habe ich mit einem schnellen Google ein Relais mit einem Widerstand von 0,1 Ω gefunden, das für 15 A ausgelegt ist ( hier ). Dies ergibt eine Verlustleistung von:

P = ICH 2 × R = 15 2 × 0,1 = 22.5 W

Im Gegenteil, ich habe gerade auch einen MOSFET mit einem Einschaltwiderstand von 0,005 Ω gefunden ( hier ). Dies ergibt eine Verlustleistung von:

P = ICH 2 × R = 15 2 × 0,005 = 1.125 W

Ja - Sie können ein Relais mit höherer Nennleistung wählen, das einen geringeren Kontaktwiderstand hat, und wahrscheinlich werden Sie eines finden, das noch effizienter ist als der MOSFET. Aber das wird mehr kosten. Sind die Kosten ein Problem? Die Liste der Faktoren geht weiter.

Das zeigt nur, dass man nichts annehmen kann. Wenn Sie weitere Details zu Ihrem Projekt angeben, kann ich weiterhelfen und meine Antwort bearbeiten, aber im Moment ist sie sehr offen und hängt ehrlich gesagt von vielen Faktoren ab, die Sie nicht erwähnt haben.

Hmm ... Korrigieren Sie mich, wenn ich falsch liege, aber die Nennleistung von 15 A steht für die Last, die es bewältigen kann, um durch seinen COMMON-zu-NC- oder NO-Pin zu gelangen ... Wenn Sie sich das Datenblatt ansehen, das Sie mit dem Link bereitgestellt haben, stehen 400 mW , 700 mW bzw. 360 mW an seinem Spulenverbrauch ...

Gegebener Spulenverbrauch von 3 verschiedenen Relaiskonfigurationen bei 24 Volt

 400mW, 700mW and 360mW

VS.

Mosfets

 (15A^2) x 0.005ohms = 1.125 Watts

An dieser Stelle gewinnt die Staffel richtig!

Aber wenn Sie 8.4A an denselben Mosfet übergeben

 (8.4A^2) x 0.005ohms = 0.353 Watts

Der Mosfet gewinnt, wenn der Strom unter 8,4 A fällt

Es kommt alles darauf an, wofür es verwendet wird ... Nachteile und Vorteile von Mosfets und Relais ....

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das setzt einen Kontaktwiderstand von Null für das Relais voraus. Ich bezweifle, dass es besser wäre als die 5 Milliohm des FET. Es gibt FETs mit noch niedrigerem Einschaltwiderstand.
MOSFET vs. Relaisleistungseffizienz
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v