Existuje mnoho aplikací MOSFET od průmyslového sektoru po domácí spotřebiče, jako je ovládání otáček motoru, stmívání světla, zesilování a přepínání elektronických signálů v elektronických zařízeních, jako invertor, vysokofrekvenční zesilovač a mnoho dalších. Obecně jsou k dispozici v různých velikostech, aby odpovídaly potřebám různých elektronických projektů. MOSFETy se používají vždy, když potřebujeme ovládat velká napětí a proudy malým signálem. Tento článek poskytuje stručné informace o jedné z aplikací MOSFET, například jak navrhnout a ovládání otáček motoru pomocí MOSFET .
Regulace otáček motoru s MOSFET
V moderní společnosti je regulace otáček elektromotorů všude, protože je důležitá pro různé stroje. Požadované funkce a výkon elektromotorů jsou široké. Když se zaměříme na část řízení rychlosti motoru, řízení rychlosti krokových a servomotorů lze provádět pomocí pulzního sledu, zatímco řízení rychlosti bezkomutátorového stejnosměrného a indukčního motoru lze provádět stejnosměrným napětím nebo externím rezistorem. V současné době se v mnoha průmyslových odvětvích používají elektromotory jako nepostradatelný zdroj energie. Regulace otáček motoru je však nezbytná, protože přímo ovlivňuje provoz stroje, kvalitu a výsledek práce.
Hlavním záměrem je navrhnout obvod pro ovládání otáček stejnosměrného motoru s MOSFETem. MOSFET je typ tranzistoru, který se používá k zesílení nebo přepínání napětí v obvodech. Typ MOSFETu použitého v tomto obvodu je MOSFET v režimu vylepšení, který funguje pouze v režimu vylepšení. To znamená, že tento tranzistor bude vypnut, kdykoli na svorku brány není přivedeno žádné napětí, a bude zapnutý, kdykoli bude k dispozici napětí. Díky tomu je tranzistor ideální pro použití jako spínač pro ovládání stejnosměrného motoru.
Stejnosměrný motor se používá v různých aplikacích, jako jsou roboti, spotřebiče, hračky atd. V mnoha aplikacích stejnosměrných motorů je tedy řízení rychlosti a směru motoru zásadní. Zde vysvětlíme, jak navrhnout jednoduchý regulátor stejnosměrného motoru s MOSFET.
Požadované komponenty:
Požadované komponenty k výrobě tohoto ovladače stejnosměrného motoru zahrnují 12V baterii, 100K potenciometr , IRF540N E-MOSFET, stejnosměrný motor a spínač.
Spojení:
Připojení tohoto řízení rychlosti stejnosměrného motoru s IRF540N EMOSFET následovat jako;
Svorka brány IRF540 E-MOSFET je připojena k potenciometru, svorka zdroje je připojena ke kladnému vodiči motoru a svorka kolektoru MOSFET je připojena ke kladné svorce baterie pomocí spínače.
Záporný vodič motoru je připojen k zápornému pólu baterie.
Výstupní svorka potenciometru je připojena ke svorce brány MOSFET, GND je připojena k záporné svorce baterie prostřednictvím záporného vodiče motoru a kolík VCC je připojen ke kladné svorce baterie prostřednictvím vypouštěcí svorky MOSFET. a přepnout.
Pracovní
Jakmile je spínač „S“ sepnutý, zdroj napětí na svorce brány MOSFET způsobí dodávku proudu ze svodu (D) do zdroje (S). Poté začne proudit stejnosměrným motorem a motor se začne otáčet. Součet proudu přiváděného do stejnosměrného motoru lze jednoduše regulovat jednoduchým nastavením potenciometru, poté změní přivedené napětí na hradlové svorce MOSFETu. Takže můžeme ovládat rychlost stejnosměrného motoru ovládáním napětí na svorce brány v MOSFETu. Abychom zvýšili otáčky stejnosměrného motoru, musíme zvýšit aplikované napětí na svorce hradla MOSFETu.
Zde byl obvod řízení stejnosměrného motoru na bázi MOSFET IRF540N navržen k řízení rychlosti motoru . Tento obvod je velmi jednoduchý na návrh pomocí MOSFETu a potenciometru. Otáčky motoru můžeme řídit jednoduchým ovládáním přivedeného napětí na hradlové svorce MOSFETu.
Výhody MOSFETů pro řízení rychlosti motoru:
Tranzistory hrají zásadní roli v obvodech řízení rychlosti motoru a MOSFETy (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Tranzistors) jsou často upřednostňovány před jinými typy tranzistorů, jako jsou BJT (bipolární tranzistory) a IGBT (bipolární tranzistory s izolovanou bránou) z několika důvodů. . V tomto článku prozkoumáme výhody a aplikace použití MOSFETů pro řízení rychlosti motoru oproti jiným tranzistorům.
- Vysoká účinnost :
- MOSFETy vykazují velmi nízký odpor při zapnutí (RDS(on)), což vede k minimálnímu ztrátovému výkonu a vysoké účinnosti v obvodech řízení motoru.
- Tato vysoká účinnost znamená, že se generuje méně tepla, což snižuje potřebu komplikovaných chladicích systémů, díky čemuž jsou MOSFETy vhodné pro aplikace s vysokým výkonem.
- Rychlá rychlost přepínání :
- MOSFETy mají velmi vysokou rychlost přepínání, typicky v rozsahu nanosekund.
- Tato rychlá odezva umožňuje přesné řízení rychlosti a směru motoru, takže jsou vhodné pro aplikace, kde jsou vyžadovány rychlé změny.
- Nízký výkon pohonu brány :
- MOSFETy vyžadují minimální výkon pohonu brány pro přepínání mezi stavy zapnuto a vypnuto.
- Tato charakteristika minimalizuje výkon potřebný k ovládání tranzistoru, což vede k energeticky účinným systémům řízení motoru.
- Není vyžadován žádný proud brány :
- Na rozdíl od BJT nevyžadují MOSFETy trvalý hradlový proud, aby zůstaly v zapnutém stavu, což snižuje spotřebu energie řídicího obvodu.
- To je zvláště výhodné v aplikacích napájených bateriemi, kde je energetická účinnost kritická.
- Teplotní tolerance :
- MOSFETy mohou pracovat v širokém teplotním rozsahu, díky čemuž jsou vhodné pro extrémně chladná i horká prostředí.
- Tato funkce je cenná v aplikacích, jako jsou automobilové systémy a průmyslové stroje.
- Snížené EMI :
- MOSFETy generují méně elektromagnetického rušení (EMI) ve srovnání s BJT a IGBT.
- To je zásadní v aplikacích, kde EMI může rušit okolní elektronická zařízení nebo systémy.
Aplikace řízení otáček motoru s MOSFETy:
- Elektrická vozidla (EV) a hybridní vozidla :
- MOSFETy se běžně používají v řídicích systémech motoru elektrických a hybridních vozidel.
- Nabízejí efektivní a přesné ovládání elektromotorů, což přispívá ke zlepšení výkonu vozidla a dojezdu.
- Průmyslová automatizace :
- V průmyslových odvětvích se řízení rychlosti motoru na bázi MOSFET používá pro dopravníkové pásy, robotická ramena a další automatizované systémy.
- Vysoká rychlost přepínání MOSFETů zajišťuje přesné a citlivé řízení ve výrobních procesech.
- Domácí spotřebiče :
- MOSFETy se nacházejí v domácích spotřebičích, jako jsou pračky, klimatizace a ventilátory pro ovládání otáček motoru.
- Díky své účinnosti a nízkému vývinu tepla jsou ideální pro energeticky úsporné spotřebiče.
- HVAC systémy :
- Systémy vytápění, ventilace a klimatizace (HVAC) využívají MOSFETy pro řízení rychlosti motorů ventilátorů a kompresorů.
- To přispívá k úspoře energie a přesné regulaci teploty.
- Pohon dronem :
- Drony vyžadují účinnou regulaci rychlosti motoru pro udržení stability a manévrovatelnosti.
- MOSFETy jsou preferovány v obvodech řízení motorů dronů kvůli jejich nízké hmotnosti a vysoké účinnosti.
- Počítačové chladicí systémy :
- MOSFETy se používají v chladicích ventilátorech počítačů k nastavení rychlosti ventilátoru na základě teploty, což zajišťuje optimální chladicí výkon s minimální hlučností.
- Elektrické vlaky a lokomotivy :
- MOSFETy se používají v řídicích systémech motorů elektrických vlaků a lokomotiv k efektivní regulaci rychlosti a směru.
- Systémy obnovitelné energie :
- Větrné turbíny a solární sledovací systémy používají MOSFETy k řízení rychlosti motorů, což optimalizuje výrobu energie.
Stručně řečeno, MOSFETy nabízejí četné výhody pro řízení rychlosti motoru, včetně vysoké účinnosti, rychlé spínací rychlosti, nízkých požadavků na napájení hradla a sníženého EMI. Tyto výhody z nich činí preferovanou volbu v široké škále aplikací, od elektrických vozidel a průmyslové automatizace až po domácí spotřebiče a systémy obnovitelné energie. Všestrannost a spolehlivost MOSFETů z nich činí základní kámen moderní technologie řízení motoru.
