Wie kann man einen MOSFET mit einem Optokoppler ansteuern?

Der vorgeschlagene MOSFET ist für diese Anwendung nicht gut geeignet. Es besteht die große Gefahr, dass das Ergebnis eine qualmende Ruine ist :-(. Grundsätzlich ist FET nur sehr, sehr marginal für die Aufgabe geeignet. Es könnte zum Laufen gebracht werden, wenn es alles wäre, was Sie hätten, aber es gibt noch viel, viel, viel mehr geeignete FETs verfügbar, wahrscheinlich zu geringen oder keinen zusätzlichen Kosten.

Die Hauptprobleme bestehen darin, dass der FET einen sehr schlechten (= hohen) Einschaltwiderstand hat, was zu einer hohen Verlustleistung und einem verringerten Antriebspegel für den Motor führt. Letzteres ist nicht allzu bedeutend, aber unnötig.

Bedenken Sie - im Datenblatt steht, dass der Einschaltwiderstand (Rdson - oben rechts auf Seite 1 angegeben) =$0.18 \Omega$. Verlustleistung =$I^2 \times R$also bei 6A wird die Verlustleistung sein$(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W$. Das ist in einem TO220-Gehäuse mit einem geeigneten Kühlkörper (vorzugsweise etwas besser als ein Flag-Typ) leicht zu handhaben, aber so viel Verlustleistung ist völlig unnötig, da FETs mit viel niedrigerem Rdson verfügbar sind. Spannungsabfall wird$V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V$. Das ist$\frac{1}{24} =~ 4%$der Versorgungsspannung. Das ist nicht groß, verbraucht aber unnötig Spannung, die an den Motor angelegt werden könnte.

Dieser MOSFET ist bei digikey für 1,41 $ in 1.s auf Lager.

SONDERN

Für 94 Cent in 1 ist auch bei Digikey auf Lager, Sie können den ultraprächtigen IPP096N03L MOSFET haben. Diese ist nur für 30V ausgelegt, hat aber$I_{max} = 35A$,$R_{DS(on)}$von$10 m \Omega$(!!!) und eine maximale Schwellenspannung (Einschaltspannung von 2,2 Volt). Dies ist sowohl für das Geld als auch in absoluten Zahlen ein absolut hervorragender FET.

Bei 6A bekommst du$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW$Ableitung. Es fühlt sich warm an, wenn es ohne Kühlkörper betrieben wird.

IPP096N03L Datenblatt

Wenn Sie etwas mehr Spannungsreserve wünschen, können Sie die 97 Cent auf Lager bekommen 55V, 25A,$25 m \Omega$ IPB25N06S3-2 - obwohl der Gate-Schwellenwert für den 5-V-Betrieb marginal wird.

Lassen Sie uns mithilfe des Parameterauswahlsystems von Digikey den "idealen FET für diese und ähnliche Anwendungen spezifizieren. 100 V, 50 A, Logikgatter (niedrige Einschaltspannung,$R_{ds(on)}$<$50 m \Omega$.

Etwas teurer bei 1,55 $ in 1 auf Lager bei Digikey , ABER 100 V, 46 A,$24 m \Omega$ $R_{ds(on)}$typisch, 2V$V_{th}$... der absolut hervorragende BUK95/9629-100B , woher bekommen sie diese Teilenummern? :-)

Auch mit nur 3V Gate-Ansteuerung bei 6A$R_{ds(on)}$wird ungefähr sein$35 m \Omega$oder etwa 1,25 Watt Verlustleistung. Bei 5V Gate-Ansteuerung$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega$was etwa 900 mW Verlustleistung ergibt. Ein TO220-Gehäuse wäre zu heiß, um es in freier Luft mit einer Verlustleistung von 1 bis 1,25 Watt zu berühren - sagen wir etwa 60 bis 80 ° C Anstieg. Akzeptabel, aber heißer als nötig. Jede Art von Flad-Kühlkörper würde es auf "schön und warm" bringen.

Diese Schaltung von hier ist fast genau das, was Sie wollen und erspart mir das Zeichnen :-).

Ersetzen Sie BUZ71A wie oben durch einen MOSFET Ihrer Wahl.

Eingang:

• Entweder: X3 ist der Eingang vom Mikrocontroller. Dies wird hoch für ein und niedrig für aus getrieben. "PWM5V" ist geerdet.

• Oder: X3 ist mit Vcc verbunden. PWM5V wird vom Mikrocontroller-Pin angesteuert - niedrig = ein, hoch = aus.

Wie gezeigt$R1 = 270 \Omega$.

• Strom ist$I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}$

• oder Widerstand ist$R = \frac{(Vcc-1.4)}{I}$

Für Vcc = 5V und$270 \Omega$Ich hier = ~ 13 mA. Wenn Sie wollten, sagen Sie dann 10 mA$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega$- sagen wir 330R

Ausgabe:

R3 zieht das FET-Gate im ausgeschalteten Zustand auf Masse. An sich wären 1K bis 10K OK - Der Wert beeinflusst die Ausschaltzeit, ist aber für statisches Laufwerk nicht zu wichtig. ABER wir werden es hier verwenden, um einen Spannungsteiler herzustellen, um die FET-Gate-Spannung im eingeschalteten Zustand zu reduzieren. Stellen Sie also R3 auf den gleichen Wert wie R2 ein - siehe nächster Absatz.

R2 geht auf +24 VDC, aber das ist zu hoch für die maximale Gate-Nennleistung des FET. Es wäre gut, es auf +12 VDC zu bringen, und +5 VDC wäre in Ordnung, wenn die erwähnten Logikgatter-FETs verwendet werden. ABER hier werde ich 24 VDC verwenden und R2 + R3 verwenden, um die Versorgungsspannung durch 2 zu teilen, um Vgate auf einen sicheren Wert für den FET zu begrenzen.

R2 stellt den Ladestrom des FET-Gate-Kondensators ein. Set R2 = 2k2 ergibt ~10 mA Antrieb. Setzen Sie R3 = R2 wie oben.

Fügen Sie außerdem einen 15-V-Zener über R3 hinzu, Kathode an FET-Gate, Anode an Masse. Dies bietet. Gate-Schutz gegen Überspannungstransienten.

Der Motor wird wie abgebildet angeschlossen.

D1 MUSS enthalten sein - dies bietet Schutz gegen die Gegen-EMK-Spitze, die auftritt, wenn der Motor ausgeschaltet wird. Ohne dies wird das System fast sofort sterben. Die gezeigte BY229-Diode ist in Ordnung, aber übertrieben. Jede Diode mit einem Nennstrom von 2 A oder mehr reicht aus. Eine RL204 ist nur eine von vielen geeigneten Dioden. Eine Hochgeschwindigkeitsdiode kann hier etwas helfen, ist aber nicht unbedingt erforderlich.

Schaltgeschwindigkeit : Wie gezeigt, ist die Schaltung für die Ein-/Aus-Steuerung oder langsame PWM geeignet. Alles bis zu etwa 10 kHz sollte funktionieren./ Für eine schnellere PWM ist ein richtig entworfener Treiber erforderlich.

Für den MOSFET ist ein Optokoppler nur ein Transistor.

Für den Mikrocontroller ist ein Optokoppler nur eine LED.

Sie brauchen also nur eine normale transistorgesteuerte MOSFET-Schaltung und eine normale mikrocontrollergesteuerte LED-Schaltung.

Hier ist ein Beispiel für die Ansteuerung eines MOSFET mit einem Transistor:

Q2 ist also die Ausgangsseite des Optokopplers. R2 würde durch die Eingangs-LED-Seite des Optokopplers und seinen Strombegrenzungswiderstand ersetzt.

Die Isolation des Optokopplers bietet Ihnen den Vorteil, dass Sie seinen Ausgangstransistor beliebig platzieren können, unabhängig von der Versorgungsspannung des Mikrocontrollers.
Das Ansteuern des Optokopplers bedeutet das Ansteuern seiner LED. Wenn der Mikrocontroller es nicht direkt ansteuern kann, benötigen Sie dafür einen kleinen Transistor.
Als nächstes legst du den Ausgangstransistor des Optokopplers auf den MOSFET: Kollektor auf V+, Emitter auf das Gate. Platzieren Sie einen Widerstand zwischen Gate und Masse. Auf diese Weise schalten Sie das Gate des MOSFET zwischen V + und Masse um. Der MOSFET benötigt die 24 V nicht, um 6 A zu schalten, aber 5 V reichen aus. Sie können die Gate-Spannung begrenzen, indem Sie einen Widerstand in Reihe mit dem Transistor des Optokopplers schalten. Wenn der Transistor gegen Masse 4k7 beträgt, können Sie dafür 10k auswählen.

Wenn die LED des Optokopplers leuchtet, leitet der Transistor und macht das Gate hoch, wodurch der MOSFET eingeschaltet wird. Wenn die LED aus ist, ist der Transistor ausgeschaltet und das Gate wird durch den Widerstand auf Low gezogen.