Regulácia otáčok motora s MOSFET

Existuje veľa aplikácií MOSFET od priemyselného sektora až po domáce spotrebiče, ako je ovládanie otáčok motora, stmievanie svetla, zosilňovanie a prepínanie elektronických signálov v rámci elektronických zariadení, ako sú menič, vysokofrekvenčný zosilňovač a mnohé ďalšie. Vo všeobecnosti sú k dispozícii v rôznych veľkostiach, aby zodpovedali potrebám rôznych elektronických projektov. MOSFETy sa používajú vždy, keď potrebujeme ovládať veľké napätia a prúdy malým signálom. Tento článok poskytuje stručné informácie o jednej z aplikácií MOSFET, napríklad ako navrhnúť a regulácia otáčok motora s MOSFET .

Regulácia otáčok motora s MOSFET

V modernej spoločnosti je ovládanie rýchlosti elektromotorov všade, pretože je dôležité pre rôzne stroje. Požadované funkcie a výkon elektromotorov sú široké. Keď sa zameriame na časť riadenia otáčok motora, riadenie otáčok krokových a servomotorov sa môže vykonávať pomocou sledu impulzov, zatiaľ čo bezkomutátorové riadenie otáčok jednosmerného a indukčného motora sa môže vykonávať pomocou jednosmerného napätia alebo externého odporu. V súčasnosti sa v mnohých priemyselných odvetviach používajú elektromotory ako nepostrádateľný zdroj energie. Regulácia otáčok motora je však potrebná, pretože priamo ovplyvňuje činnosť stroja, kvalitu a výsledok práce.

Hlavným zámerom je navrhnúť obvod pre ovládanie otáčok jednosmerného motora s MOSFETom. MOSFET je typ tranzistora, ktorý sa používa na zosilnenie alebo prepínanie napätia v obvodoch. Typ MOSFET použitý v tomto obvode je MOSFET v režime vylepšenia, ktorý funguje iba v režime vylepšenia. To znamená, že tento tranzistor sa vypne vždy, keď na svorku brány nie je žiadne napätie a zapne sa vždy, keď bude k dispozícii napätie. Vďaka tomu je tranzistor ideálny na použitie ako spínač na ovládanie jednosmerného motora.

Jednosmerný motor sa používa v rôznych aplikáciách, ako sú roboty, spotrebiče, hračky atď. Takže v mnohých aplikáciách jednosmerného motora je ovládanie rýchlosti a smeru motora nevyhnutné. Tu vysvetlíme, ako navrhnúť jednoduchý regulátor jednosmerného motora s MOSFET.

Požadované komponenty:

Požadované komponenty na výrobu tohto ovládača jednosmerného motora zahŕňajú 12V batériu, 100K potenciometer , IRF540N E-MOSFET, jednosmerný motor a spínač.

Spojenia:

Pripojenia tohto riadenia otáčok jednosmerného motora s IRF540N EMOSFET nasledovať ako;

Svorka brány IRF540 E-MOSFET je pripojená k potenciometru, svorka zdroja je pripojená ku kladnému vodiču motora a svorka vypúšťania MOSFET je pripojená ku kladnej svorke batérie pomocou spínača.

Záporný vodič motora je pripojený k zápornému pólu batérie.

Výstupná svorka potenciometra je pripojená ku svorke brány MOSFET, GND je pripojená k zápornej svorke batérie cez záporný vodič motora a kolík VCC je pripojený ku kladnej svorke batérie cez odtokovú svorku MOSFET. a prepnúť.

Pracovné

Keď je spínač „S“ zatvorený, zdroj napätia na svorke brány MOSFET spôsobí napájanie prúdu z odtokovej svorky (D) do zdroja (S). Potom začne prúdiť prúd cez jednosmerný motor a motor sa začne otáčať. Súčet prúdu dodávaného do jednosmerného motora sa dá jednoducho regulovať jednoduchým nastavením potenciometra, potom sa zmení privedené napätie na svorke brány MOSFET. Takže môžeme ovládať rýchlosť jednosmerného motora riadením napätia na svorke brány v MOSFET. Aby sme zvýšili rýchlosť jednosmerného motora, musíme zvýšiť aplikované napätie na svorke brány MOSFET.

Tu bol obvod regulátora jednosmerného motora na báze MOSFET IRF540N navrhnutý na riadenie rýchlosti motor . Tento obvod je veľmi jednoduchý na návrh pomocou MOSFET a potenciometra. Rýchlosť motora môžeme ovládať jednoduchým ovládaním aplikovaného napätia na svorke brány MOSFET.

Výhody MOSFETov pre riadenie rýchlosti motora:

Tranzistory hrajú zásadnú úlohu v obvodoch riadenia rýchlosti motora a MOSFET (metal-oxid-polovodičové tranzistory s efektom poľa) sú často uprednostňované pred inými typmi tranzistorov, ako sú BJT (bipolárne tranzistory) a IGBT (bipolárne tranzistory s izolovanou bránou) z niekoľkých dôvodov. . V tomto článku preskúmame výhody a aplikácie použitia MOSFETov na riadenie rýchlosti motora oproti iným tranzistorom.

• Vysoká účinnosť :
  • MOSFETy vykazujú veľmi nízky odpor pri zapnutí (RDS(on)), čo vedie k minimálnej strate energie a vysokej účinnosti v riadiacich obvodoch motora.
  • Táto vysoká účinnosť znamená, že sa generuje menej tepla, čím sa znižuje potreba komplikovaných chladiacich systémov, vďaka čomu sú MOSFET vhodné pre aplikácie s vysokým výkonom.
• Rýchla rýchlosť prepínania :
  • MOSFETy majú veľmi vysokú rýchlosť prepínania, zvyčajne v rozsahu nanosekúnd.
  • Táto rýchla odozva umožňuje presné ovládanie rýchlosti a smeru motora, vďaka čomu sú vhodné pre aplikácie, kde sú potrebné rýchle zmeny.
• Nízky výkon pohonu brány :
  • MOSFETy vyžadujú minimálny výkon pohonu brány na prepínanie medzi stavmi zapnutia a vypnutia.
  • Táto charakteristika minimalizuje výkon potrebný na ovládanie tranzistora, výsledkom čoho sú energeticky účinné systémy riadenia motora.
• Nevyžaduje sa prúd brány :
  • Na rozdiel od BJT, MOSFET nevyžadujú nepretržitý hradlový prúd, aby zostal v zapnutom stave, čo znižuje spotrebu energie riadiaceho obvodu.
  • To je obzvlášť výhodné v aplikáciách napájaných z batérie, kde je energetická účinnosť kritická.
• Tolerancia teploty :
  • MOSFETy môžu pracovať v širokom rozsahu teplôt, vďaka čomu sú vhodné do extrémne chladného aj horúceho prostredia.
  • Táto vlastnosť je cenná v aplikáciách, ako sú automobilové systémy a priemyselné stroje.
• Znížené EMI :
  • MOSFETy generujú menej elektromagnetického rušenia (EMI) v porovnaní s BJT a IGBT.
  • To je rozhodujúce v aplikáciách, kde EMI môže rušiť blízke elektronické zariadenia alebo systémy.

Aplikácie riadenia rýchlosti motora pomocou MOSFET:

• Elektrické vozidlá (EV) a hybridné vozidlá :
  • MOSFETy sa bežne používajú v systémoch riadenia motora elektrických a hybridných vozidiel.
  • Ponúkajú efektívne a presné ovládanie elektromotorov, čím prispievajú k zlepšeniu výkonu vozidla a dojazdu.
• Priemyselná automatizácia :
  • V priemyselných odvetviach sa riadenie otáčok motora na báze MOSFET používa pre dopravné pásy, robotické ramená a iné automatizované systémy.
  • Rýchla rýchlosť prepínania MOSFETov zaisťuje presné a citlivé riadenie vo výrobných procesoch.
• Domáce spotrebiče :
  • MOSFETy sa nachádzajú v domácich spotrebičoch, ako sú práčky, klimatizácie a ventilátory na ovládanie rýchlosti motora.
  • Vďaka svojej účinnosti a nízkej tvorbe tepla sú ideálne pre energeticky úsporné spotrebiče.
• HVAC systémy :
  • Systémy vykurovania, ventilácie a klimatizácie (HVAC) využívajú MOSFET na riadenie rýchlosti motorov ventilátorov a kompresorov.
  • To prispieva k úspore energie a presnej regulácii teploty.
• Pohon dronom :
  • Drony vyžadujú efektívne riadenie otáčok motora na udržanie stability a manévrovateľnosti.
  • MOSFETy sú preferované v obvodoch riadenia motorov dronov kvôli ich nízkej hmotnosti a vysokej účinnosti.
• Počítačové chladiace systémy :
  • MOSFETy sa používajú v počítačových chladiacich ventilátoroch na nastavenie rýchlosti ventilátora na základe teploty, čím sa zabezpečuje optimálny chladiaci výkon s minimálnou hlučnosťou.
• Elektrické vlaky a lokomotívy :
  • MOSFETy sa používajú v riadiacich systémoch motora elektrických vlakov a lokomotív na efektívnu reguláciu rýchlosti a smeru.
• Systémy obnoviteľnej energie :
  • Veterné turbíny a solárne sledovacie systémy používajú MOSFET na riadenie rýchlosti motorov, čím sa optimalizuje výroba energie.

Stručne povedané, MOSFETy ponúkajú množstvo výhod pre riadenie rýchlosti motora, vrátane vysokej účinnosti, rýchlej rýchlosti spínania, nízkych požiadaviek na výkon pohonu brány a zníženého EMI. Tieto výhody z nich robia preferovanú voľbu v širokej škále aplikácií, od elektrických vozidiel a priemyselnej automatizácie až po domáce spotrebiče a systémy obnoviteľnej energie. Všestrannosť a spoľahlivosť MOSFET z nich robí základný kameň modernej technológie riadenia motora.