¿Cómo conducir un MOSFET con un optoacoplador?

¿Cuál es el esquema adecuado para conducir este MOSFET desde un pin del microcontrolador a través de este o este optoacoplador? El MOSFET impulsará un motor a 24V, 6A.

El MOSFET sugerido no es adecuado para esta aplicación. Existe un grave riesgo de que el resultado sea una ruina humeante :-(. Principalmente, que el FET es muy, muy marginalmente adecuado para la tarea. Podría funcionar si fuera todo lo que tenía, pero hay mucho, mucho más. FET adecuados disponibles, probablemente a bajo costo o sin costo adicional.

Los principales problemas son que el FET tiene una resistencia muy mala (= alta), lo que conduce a una alta disipación de potencia y un nivel reducido de accionamiento al motor. Este último no es demasiado significativo pero es innecesario.

Considere: la hoja de datos dice que la resistencia de encendido (Rdson, especificada en la parte superior derecha de la página 1) = $0.18 \Omega$ . La disipación de potencia = $I^2 \times R$ por lo que en la pérdida de potencia 6A será $(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W$ . Eso se maneja fácilmente en un paquete TO220 con un disipador térmico adecuado (algo mejor que un tipo de bandera preferiblemente) pero esta gran disipación es totalmente innecesaria ya que hay muchos FET de Rdson más bajos disponibles. La caída de voltaje será $V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V$ . Eso es$\frac{1}{24} =~ 4%$de la tensión de alimentación. Eso no es vasto, pero toma innecesariamente el voltaje que podría aplicarse al motor.

Ese MOSFET está en stock en digikey por $ 1.41 en 1.s.

PERO

Por 94 centavos en 1 también en stock en Digikey , puede tener el ultra magnífico MOSFET IPP096N03L. Esto solo tiene una clasificación de 30 V , pero tiene , R D S ( o n ) de 10 m Ω (!!!) y un voltaje de umbral máximo (encienda el voltaje de 2.2 voltios. Esto es absolutamente excelente FET tanto por el dinero como en términos absolutos.$I_{max} = 35A$$R_{DS(on)}$$10 m \Omega$

En 6A obtienes disipación. Se sentirá cálido al tacto cuando se ejecute sin un disipador térmico.$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW$

IPP096N03L hoja de datos

Si desea un poco más de margen de voltaje, puede obtener los 97 centavos en existencia 55V, 25A, IPB25N06S3-2 , aunque el umbral de la puerta se está volviendo marginal para la operación de 5V.$25 m \Omega$

Usando el sistema de selección de parámetros de Digikey especifiquemos el "FET ideal para esta y otras aplicaciones similares. 100V, 50A, puerta lógica (bajo voltaje de encendido, < 50 m Ω .$R_{ds(on)}$$50 m \Omega$

Un poco más caro a $ 1.55 en 1 de Digikey en stock, al PERO 100V, 46A, R d s ( O n ) típica, 2V V t h ... lo totalmente excelente BUK95 / 9629-100B donde no consiguen estos números de parte de ? :-)$24 m \Omega$ $R_{ds(on)}$$V_{th}$

Incluso con solo una unidad de puerta de 3V, a 6A será de aproximadamente 35 m Ω o aproximadamente 1,25 vatios de disipación. En la puerta de 5V, impulsión R d s ( o n ) = 25 m Ω dando unos 900 mW de disipación. Un paquete TO220 estaría demasiado caliente, demasiado táctil al aire libre con una disipación de 1 a 1.25 vatios, digamos un aumento de 60 a 80 ° C. Aceptable pero más caliente de lo necesario. Cualquier tipo de disipador térmico de flad lo reduciría a "agradable y cálido".$R_{ds(on)}$$35 m \Omega$$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega$

Este circuito desde aquí es casi exactamente lo que quieres y me ahorra dibujar uno :-).

Reemplace BUZ71A con MOSFET de su elección como se indicó anteriormente.

Entrada:

• O bien: X3 es la entrada del microcontrolador. Esto se conduce alto para encendido y bajo para apagado. "PWM5V" está conectado a tierra.

• O: X3 está conectado a Vcc. PWM5V es accionado por el pin del microcontrolador: bajo = encendido, alto = apagado.

$R1 = 270 \Omega$

• $I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}$

• $R = \frac{(Vcc-1.4)}{I}$

$270 \Omega$$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega$

Salida:

R3 tira de la puerta FET a tierra cuando está apagada. Por sí solo 1K a 10k estaría bien: el valor afecta el tiempo de apagado, pero no es demasiado importante para la unidad estática. PERO lo usaremos aquí para hacer un divisor de voltaje para reducir el voltaje de la puerta FET cuando esté encendido. Por lo tanto, haga que R3 tenga el mismo valor que R2: consulte el siguiente párrafo.

R2 se muestra en +24 V CC, pero esto es demasiado alto para la clasificación de puerta máxima FET. Llevarlo a +12 Vdc sería bueno y + 5Vdc estaría bien si se usan los FET de puerta lógica mencionados. PERO aquí usaré 24 Vcc y utilizaré R2 + R3 para dividir el voltaje de suministro por 2 para limitar Vgate a un valor seguro para el FET.

R2 establece la corriente de carga del condensador de compuerta FET. El conjunto R2 = 2k2 da ~ 10 mA de accionamiento. Establezca R3 = R2 como arriba.

Además, agregue un zener de 15V a través de R3, cátodo a la puerta FET, Ánodo o tierra, esto proporciona. protección de puerta contra sobretensiones transitorias.

El motor se conecta como se muestra.

DEBE incluirse D1: esto proporciona protección contra el pico de fem posterior que se produce cuando se apaga el motor. Sin esto, el sistema morirá casi al instante. El diodo BY229 que se muestra está bien pero es excesivo. Cualquier diodo de corriente nominal de 2A o mayor servirá. Un RL204 es solo uno de una amplia gama de diodos que sería adecuado. Un diodo de alta velocidad aquí puede ayudar un poco, pero no es esencial.

Velocidad de conmutación : como se muestra, el circuito es adecuado para el control de encendido / apagado o PWM lento. Cualquier cosa de hasta aproximadamente 10 kHz debería funcionar correctamente. Para un PWM más rápido, se requiere un controlador diseñado adecuadamente.

En lo que respecta al MOSFET, un optoacoplador es solo un transistor.

En lo que respecta al microcontrolador, un optoacoplador es solo un LED.

Por lo tanto, todo lo que necesita es un circuito MOSFET controlado por transistor normal y un circuito LED controlado por microcontrolador normal.

Aquí hay un ejemplo de conducir un MOSFET con un transistor:

Entonces Q2 es el lado de salida del opto-couper. R2 sería reemplazado por el lado LED de entrada del optoacoplador y su resistencia limitadora de corriente.

El aislamiento del optoacoplador le brinda la ventaja de que puede colocar su transistor de salida en cualquier lugar que desee, independientemente de la tensión de alimentación del microcontrolador.
Conducir el optoacoplador significa conducir su LED. Si el microcontrolador no puede manejarlo directamente, necesitará un pequeño transistor para eso.
A continuación, coloque el transistor de salida del optoacoplador en el MOSFET: colector en V +, emisor en la puerta. Coloque una resistencia entre la puerta y la tierra. De esta manera, cambiará la puerta del MOSFET entre V + y tierra. El MOSFET no necesita 24 V para cambiar 6 A, sin embargo, 5 V es suficiente. Puede limitar el voltaje de la puerta al tener una resistencia en serie con el transistor del optoacoplador. Si el transistor a tierra es 4k7, puede elegir 10k para esto.

Si el LED del optoacoplador está encendido, el transistor conducirá y elevará la puerta, encendiendo el MOSFET. Si el LED está apagado, el transistor estará apagado, y la resistencia bajará la compuerta.