Istnieje wiele zastosowań MOSFET od sektora przemysłowego po sprzęt gospodarstwa domowego, taki jak kontrola prędkości silnika, przyciemnianie światła, wzmacnianie i przełączanie sygnałów elektronicznych w urządzeniach elektronicznych, jako falownik, wzmacniacz wysokiej częstotliwości i wiele innych. Ogólnie rzecz biorąc, są one dostępne w różnych rozmiarach, aby dopasować je do różnych potrzeb projektów elektronicznych. Tranzystory MOSFET są używane zawsze, gdy potrzebujemy kontrolować duże napięcia i prądy za pomocą małego sygnału. Artykuł ten zawiera krótkie informacje na temat jednego z zastosowań MOSFET-ów, np. sposobu projektowania kontrola prędkości silnika za pomocą MOSFET-u .
Sterowanie prędkością silnika za pomocą MOSFET-u
We współczesnym społeczeństwie kontrola prędkości silników elektrycznych jest wszędzie, ponieważ ma znaczenie dla różnych maszyn. Wymagane funkcje i wydajność silników elektrycznych są bardzo zróżnicowane. Kiedy skupiamy się na części sterującej prędkością silnika, sterowanie prędkością silników krokowych i serwomotorów może odbywać się za pomocą ciągu impulsów, natomiast bezszczotkowe sterowanie prędkością silnika prądu stałego i silnika indukcyjnego można realizować za pomocą napięcia stałego lub rezystora zewnętrznego. Obecnie w wielu gałęziach przemysłu silniki elektryczne stanowią niezastąpione źródło zasilania. Jednak kontrola prędkości silnika jest konieczna, ponieważ bezpośrednio wpływa na działanie maszyny, jakość i wynik pracy.
Głównym celem jest zaprojektowanie obwodu dla sterowanie prędkością silnika prądu stałego z MOSFET-em. MOSFET to rodzaj tranzystora używanego do wzmacniania lub przełączania napięć w obwodach. Typ MOSFET-u zastosowany w tym obwodzie to MOSFET w trybie wzmocnienia, który działa tylko w trybie wzmocnienia. Oznacza to, że tranzystor ten zostanie wyłączony, gdy do zacisku bramki nie zostanie dostarczone napięcie, i będzie włączony, gdy zostanie dostarczone napięcie. Dzięki temu tranzystor idealnie nadaje się do wykorzystania jako przełącznik do sterowania silnikiem prądu stałego.
Silnik prądu stałego jest używany w różnych zastosowaniach, takich jak roboty, urządzenia, zabawki itp. Dlatego w wielu zastosowaniach silników prądu stałego niezbędna jest kontrola prędkości i kierunku silnika. Tutaj wyjaśnimy, jak zaprojektować prosty sterownik silnika prądu stałego z MOSFET-em.
Wymagane komponenty:
Elementy wymagane do wykonania tego sterownika silnika prądu stałego obejmują akumulator 12 V, 100 tys potencjometr , IRF540N E-MOSFET, silnik prądu stałego i przełącznik.
Znajomości:
Połączenia tego sterownika prędkości silnika prądu stałego z IRF540N EMOSFET podążaj za;
Zacisk bramki E-MOSFET IRF540 jest podłączony do potencjometru, zacisk źródła jest podłączony do dodatniego przewodu silnika, a zacisk drenu MOSFET-u jest podłączony do dodatniego zacisku akumulatora za pomocą przełącznika.
Przewód ujemny silnika jest podłączony do ujemnego bieguna akumulatora.
Zacisk wyjściowy potencjometru jest podłączony do zacisku bramki MOSFET-u, GND jest podłączony do ujemnego bieguna akumulatora poprzez ujemny przewód silnika, a pin VCC jest podłączony do dodatniego bieguna akumulatora poprzez zacisk drenu MOSFET-u i przełącz.
Pracujący
Po zamknięciu przełącznika „S” napięcie na zacisku bramki MOSFET powoduje przepływ prądu z zacisku drenu (D) do źródła (S). Następnie prąd zacznie płynąć przez silnik prądu stałego i silnik zacznie się obracać. Sumę prądu dostarczanego do silnika prądu stałego można w prosty sposób regulować, po prostu regulując potencjometr, po czym zmienia on przyłożone napięcie na zacisku bramki tranzystora MOSFET. Możemy zatem kontrolować prędkość silnika prądu stałego, kontrolując napięcie na zacisku bramki w MOSFET-ie. Aby zwiększyć prędkość silnika prądu stałego, musimy zwiększyć przyłożone napięcie na zacisku bramki tranzystora MOSFET.
W tym przypadku obwód sterownika silnika prądu stałego oparty na MOSFET IRF540N został zaprojektowany do sterowania prędkością silnik . Obwód ten jest bardzo prosty do zaprojektowania przy użyciu MOSFET-u i potencjometru. Możemy kontrolować prędkość silnika, po prostu kontrolując przyłożone napięcie na zacisku bramki tranzystora MOSFET.
Zalety tranzystorów MOSFET do sterowania prędkością silnika:
Tranzystory odgrywają zasadniczą rolę w obwodach sterowania prędkością silnika, a tranzystory MOSFET (tranzystory polowe z tlenkiem metalu i półprzewodnikami) są często preferowane w porównaniu z innymi typami tranzystorów, takimi jak BJT (tranzystory bipolarne) i IGBT (tranzystory bipolarne z izolowaną bramką) z kilku powodów . W tym artykule zbadamy zalety i zastosowania stosowania tranzystorów MOSFET do sterowania prędkością silnika w porównaniu z innymi tranzystorami.
- Wysoka wydajność :
- Tranzystory MOSFET charakteryzują się bardzo niską rezystancją włączenia (RDS(on)), co prowadzi do minimalnego rozpraszania mocy i wysokiej wydajności w obwodach sterowania silnikiem.
- Ta wysoka wydajność oznacza, że wytwarza się mniej ciepła, co zmniejsza potrzebę stosowania skomplikowanych systemów chłodzenia, dzięki czemu tranzystory MOSFET nadają się do zastosowań o dużej mocy.
- Szybka prędkość przełączania :
- Tranzystory MOSFET charakteryzują się bardzo dużą szybkością przełączania, zazwyczaj w zakresie nanosekund.
- Ta szybka reakcja pozwala na precyzyjną kontrolę prędkości i kierunku silnika, dzięki czemu nadają się do zastosowań, w których wymagane są szybkie zmiany.
- Niska moc napędu bramy :
- Tranzystory MOSFET wymagają minimalnej mocy napędu bramki do przełączania między stanami włączenia i wyłączenia.
- Ta cecha minimalizuje moc potrzebną do sterowania tranzystorem, co skutkuje energooszczędnymi systemami sterowania silnikiem.
- Nie jest wymagany prąd bramki :
- W przeciwieństwie do BJT, tranzystory MOSFET nie wymagają ciągłego prądu bramki, aby pozostać w stanie włączenia, co zmniejsza zużycie energii przez obwód sterujący.
- Jest to szczególnie korzystne w zastosowaniach zasilanych bateryjnie, gdzie efektywność energetyczna ma kluczowe znaczenie.
- Tolerancja temperatury :
- Tranzystory MOSFET mogą pracować w szerokim zakresie temperatur, dzięki czemu nadają się zarówno do ekstremalnie zimnych, jak i gorących środowisk.
- Ta funkcja jest cenna w zastosowaniach takich jak systemy samochodowe i maszyny przemysłowe.
- Zmniejszone zakłócenia elektromagnetyczne :
- Tranzystory MOSFET generują mniej zakłóceń elektromagnetycznych (EMI) w porównaniu do tranzystorów BJT i IGBT.
- Ma to kluczowe znaczenie w zastosowaniach, w których zakłócenia elektromagnetyczne mogą zakłócać pobliskie urządzenia lub systemy elektroniczne.
Zastosowania sterowania prędkością silnika za pomocą tranzystorów MOSFET:
- Pojazdy elektryczne (EV) i pojazdy hybrydowe :
- Tranzystory MOSFET są powszechnie stosowane w układach sterowania silnikami pojazdów elektrycznych i hybrydowych.
- Zapewniają wydajną i precyzyjną kontrolę nad silnikami elektrycznymi, przyczyniając się do poprawy osiągów i zasięgu pojazdu.
- Automatyka przemysłowa :
- W przemyśle sterowanie prędkością silnika oparte na MOSFET jest stosowane w przenośnikach taśmowych, ramionach robotycznych i innych zautomatyzowanych systemach.
- Duża prędkość przełączania tranzystorów MOSFET zapewnia precyzyjną i responsywną kontrolę w procesach produkcyjnych.
- Sprzęt AGD :
- Tranzystory MOSFET można znaleźć w urządzeniach gospodarstwa domowego, takich jak pralki, klimatyzatory i wentylatory, służących do sterowania prędkością silnika.
- Ich wydajność i niska emisja ciepła sprawiają, że idealnie nadają się do urządzeń energooszczędnych.
- Systemy HVAC :
- Systemy ogrzewania, wentylacji i klimatyzacji (HVAC) wykorzystują tranzystory MOSFET do sterowania prędkością silników wentylatorów i sprężarek.
- Przyczynia się to do oszczędności energii i precyzyjnej regulacji temperatury.
- Napęd drona :
- Drony wymagają skutecznej kontroli prędkości silnika, aby zachować stabilność i zwrotność.
- Tranzystory MOSFET są preferowane w obwodach sterowania silnikami dronów ze względu na ich niską wagę i wysoką wydajność.
- Komputerowe systemy chłodzenia :
- Tranzystory MOSFET są stosowane w wentylatorach chłodzących komputery do regulacji prędkości wentylatora w zależności od temperatury, zapewniając optymalną wydajność chłodzenia przy minimalnym poziomie hałasu.
- Pociągi elektryczne i lokomotywy :
- Tranzystory MOSFET są stosowane w układach sterowania silnikami pociągów elektrycznych i lokomotyw w celu skutecznej regulacji prędkości i kierunku.
- Systemy energii odnawialnej :
- Turbiny wiatrowe i systemy śledzenia energii słonecznej wykorzystują tranzystory MOSFET do kontrolowania prędkości silników, optymalizując wytwarzanie energii.
Podsumowując, tranzystory MOSFET oferują wiele korzyści w zakresie sterowania prędkością silnika, w tym wysoką wydajność, dużą prędkość przełączania, niskie wymagania dotyczące mocy napędu bramki i zmniejszone zakłócenia elektromagnetyczne. Te zalety sprawiają, że są one preferowanym wyborem w szerokim zakresie zastosowań, od pojazdów elektrycznych i automatyki przemysłowej po sprzęt gospodarstwa domowego i systemy energii odnawialnej. Wszechstronność i niezawodność tranzystorów MOSFET czynią je kamieniem węgielnym nowoczesnej technologii sterowania silnikami.
