¿Es una buena práctica ejecutar grandes cantidades de corriente a través de un MOSFET?

He estado buscando una buena manera de controlar el flujo de mucha corriente en mi proyecto. En algunos puntos, esto puede ser de 40-50 amperios a 12-15 V. Si bien los relés son una buena opción, son mecánicos y, por lo tanto, toman tiempo para activarse y desgastarse con el tiempo.

He visto MOSFET (como este IRL7833 ) que se anuncian para poder manejar tareas tan exigentes. Sin embargo, teniendo en cuenta el tamaño del FET, me incomoda ponerle tanta potencia. ¿Es esta una preocupación valida?

¿Por qué un cable de cobre grueso puede manejar una corriente grande?

Porque tiene una baja resistencia. Siempre que mantenga la resistencia baja (encienda el MOSFET por completo, por ejemplo, use V _gs = 10 V como en la hoja de datos del IRL7833), entonces el MOSFET no disipará mucha potencia.

La potencia disipada es: P = I 2 ∗ R, por lo que si R se mantiene lo suficientemente bajo, el MOSFET puede manejar esto.$P$$P = I^2 * R$

Sin embargo, hay algunas advertencias:

Veamos la hoja de datos del IRL7833 .

Que 150 A está a una temperatura de caja de 25 grados C. Esto significa que probablemente necesitará un buen disipador térmico. Cualquier calor que se disipe debería poder "escapar" a medida que la R _{ds, una} de las NMOS aumente con el aumento de la temperatura. Lo que aumentará la disipación de energía ... ¿Ves a dónde va eso? Se llama fugitivo termal .

Esas corrientes muy altas son a menudo corrientes pulsadas , no corrientes continuas.

Página 12, punto 4: la corriente de limitación de paquete es de 75 A

Entonces, en la práctica con un IRL7833, está limitado a 75 A, si puede mantener el MOSFET lo suficientemente frío.

Desea operar a 40 - 50 A, eso es menos que 75 A. Cuanto más lejos se mantenga alejado de los límites del MOSFET, mejor. Por lo tanto, puede considerar usar un MOSFET aún más potente o usar dos (o más) en paralelo.

Tampoco está poniendo tanta potencia a través del MOSFET, y el MOSFET no maneja 50 A * 15 V = 750 vatios.

Cuando está apagado, el MOSFET manejará 15 V casi sin corriente (solo fugas), debido a la baja corriente que no será suficiente para calentar el MOSFET.

Cuando esté en el MOSFET manejará 50 A, pero tendrá menos resistencia que 4 mohm (cuando hace frío), lo que significa 10 vatios. Está bien, pero debes mantener el MOSFET fresco.

Preste especial atención a la figura 8 de la hoja de datos, "Área de operación segura máxima", debe permanecer dentro de esa área o arriesgarse a dañar el MOSFET.

Conclusión: ¿tú también puedes? Sí, puedes, pero tienes que hacer un poco de "tarea" para determinar si vas a estar dentro de los límites de seguridad. Simplemente suponiendo que un MOSFET puede manejar una cierta corriente porque se anuncia como tal, es una receta para el desastre. Tienes que entender lo que sucede y lo que estás haciendo.

Por ejemplo: dado que 50 A a 4 mohms ya dan una disipación de potencia de 10 W, ¿qué significa esto para todas las conexiones y trazas en una PCB? ¡Deben tener una resistencia muy baja!

Complementando la buena respuesta de @Bimpelrekkie, me gustaría llamar su atención sobre la necesidad de una ruta alternativa al flujo de corriente cuando apaga la carga.

Incluso si está controlando la corriente para una carga resistiva (teóricamente) pura, puede incluir cierta inductancia parásita. Por lo tanto, cuando apaga el 15A, esta inductancia causará una sobretensión de voltaje en los terminales de mosfet, lo que podría provocar una falla y la consiguiente destrucción. Incluso la autoinducción de los cables puede causar algún problema con esta cantidad de corriente.

La solución típica es colocar un diodo en antiparalelo con la carga, como en el diagrama a continuación:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Además, como le preocupa la disipación de energía, es importante mencionar también la energía disipada cuando el mosfet se enciende y apaga. Se disipa algo de energía cada vez que se forma o bloquea el canal.

La potencia disipada debido a la conmutación es aproximadamente:

$P_{switching} = \frac{1}{2}\cdot V\cdot I_{load}\cdot f_{switching}\cdot t_{switching}$

Como puede ver, si pasa mucho tiempo en el proceso de conmutación, el mosfet podría disiparse a mucha potencia y será un problema.

Para hacer las transiciones rápidas, debe usar un circuito de controlador de puerta entre el arduino y el mosfet. Además, el circuito del controlador de puerta es obligatorio si está planeando usar el mosfet conectado al terminal positivo de la fuente de alimentación. En esta situación, el arduino no puede generar un voltaje positivo entre la puerta y el terminal de la fuente, ya que la fuente flotará dependiendo de la condición de la corriente de carga.

Google "retransmisión de estado sólido", y encontrará más de lo que quería saber. Y trabajan con AC, si alguna vez surge la necesidad. Son independientes y requieren circuitos de protección integrados.