Υπάρχουν πολλές εφαρμογές του MOSFET από τον βιομηχανικό τομέα έως τις οικιακές συσκευές όπως έλεγχος ταχύτητας κινητήρα, μείωση φωτός, ενίσχυση και εναλλαγή ηλεκτρονικών σημάτων σε ηλεκτρονικές συσκευές, ως μετατροπέας, ενισχυτής υψηλής συχνότητας και πολλά άλλα. Γενικά, αυτά είναι διαθέσιμα σε διαφορετικά μεγέθη για να ταιριάζουν με τις ανάγκες διαφόρων ηλεκτρονικών έργων. Τα MOSFET χρησιμοποιούνται κάθε φορά που χρειάζεται να ελέγξουμε μεγάλες τάσεις & ρεύματα με μικρό σήμα. Αυτό το άρθρο παρέχει σύντομες πληροφορίες για μία από τις εφαρμογές MOSFET, όπως πώς να σχεδιάσετε ένα έλεγχος ταχύτητας κινητήρα με MOSFET .
Έλεγχος ταχύτητας κινητήρα με MOSFET
Στη σύγχρονη κοινωνία, ο έλεγχος της ταχύτητας των ηλεκτρικών κινητήρων είναι παντού, επειδή είναι σημαντικός για διαφορετικές μηχανές. Η απαιτούμενη λειτουργία και η απόδοση των ηλεκτροκινητήρων είναι ευρείας κλίμακας. Όταν εστιάζουμε στο τμήμα ελέγχου ταχύτητας του κινητήρα, ο έλεγχος της ταχύτητας των βηματικών και σερβοκινητήρων μπορεί να γίνει με παλμική σειρά, ενώ ο έλεγχος ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος και επαγωγής χωρίς ψήκτρες μπορεί να γίνει με τάση DC ή εξωτερική αντίσταση. Επί του παρόντος, σε πολλές βιομηχανίες, οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται ως απαραίτητη πηγή ενέργειας. Όμως, ο έλεγχος της ταχύτητας του κινητήρα είναι απαραίτητος γιατί επηρεάζει άμεσα τη λειτουργία, την ποιότητα και το αποτέλεσμα της εργασίας του μηχανήματος.
Η κύρια πρόθεση αυτού είναι να σχεδιάσει ένα κύκλωμα για έλεγχος ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος με MOSFET. Το MOSFET είναι ένας τύπος τρανζίστορ που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση ή την εναλλαγή τάσεων εντός κυκλωμάτων. Ο τύπος του MOSFET που χρησιμοποιείται σε αυτό το κύκλωμα είναι η λειτουργία βελτίωσης MOSFET που λειτουργεί μόνο στη λειτουργία βελτίωσης Αυτό σημαίνει ότι αυτό το τρανζίστορ θα απενεργοποιείται όποτε δεν παρέχεται τάση στον ακροδέκτη της πύλης και θα ενεργοποιείται κάθε φορά που παρέχεται τάση. Έτσι, το τρανζίστορ είναι ιδανικό για χρήση ως διακόπτης για τον έλεγχο ενός κινητήρα DC.
Ο κινητήρας συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιείται σε διάφορες εφαρμογές όπως ρομπότ, συσκευές, παιχνίδια κ.λπ. Έτσι, σε πολλές εφαρμογές κινητήρων συνεχούς ρεύματος, ο έλεγχος ταχύτητας και κατεύθυνσης κινητήρα είναι απαραίτητος. Εδώ θα εξηγήσουμε πώς να σχεδιάσουμε έναν απλό ελεγκτή κινητήρα DC με ένα MOSFET.
Απαιτούμενα εξαρτήματα:
Τα απαραίτητα εξαρτήματα για την κατασκευή αυτού του ελεγκτή κινητήρα συνεχούς ρεύματος περιλαμβάνουν μια μπαταρία 12V, 100K ποτενσιόμετρο , IRF540N E-MOSFET, κινητήρας συνεχούς ρεύματος και διακόπτη.
Συνδέσεις:
Οι συνδέσεις αυτού του ελέγχου ταχύτητας κινητήρα συνεχούς ρεύματος με IRF540N EMOSFET ακολουθήστε ως?
Ο ακροδέκτης της πύλης IRF540 E-MOSFET συνδέεται στο ποτενσιόμετρο, ο ακροδέκτης πηγής συνδέεται στο θετικό καλώδιο του κινητήρα και ο ακροδέκτης αποστράγγισης του MOSFET συνδέεται στον θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας μέσω ενός διακόπτη.
Το αρνητικό καλώδιο του κινητήρα συνδέεται στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας.
Ο ακροδέκτης εξόδου του ποτενσιόμετρου συνδέεται στον ακροδέκτη πύλης του MOSFET, το GND συνδέεται στον αρνητικό πόλο της μπαταρίας μέσω ενός αρνητικού καλωδίου του κινητήρα και ο πείρος VCC συνδέεται στον θετικό ακροδέκτη της μπαταρίας μέσω ενός ακροδέκτη αποστράγγισης του MOSFET και διακόπτης.
Εργαζόμενος
Μόλις κλείσει ο διακόπτης «S», η παροχή τάσης στον ακροδέκτη της πύλης MOSFET προκαλεί την παροχή ρεύματος από τον ακροδέκτη αποστράγγισης (D) στην πηγή (S). Μετά από αυτό το ρεύμα αρχίζει να ρέει σε όλο τον κινητήρα συνεχούς ρεύματος και ο κινητήρας αρχίζει να περιστρέφεται. Το άθροισμα του ρεύματος που παρέχεται στον κινητήρα συνεχούς ρεύματος μπορεί απλά να ρυθμιστεί ρυθμίζοντας απλώς το ποτενσιόμετρο, μετά από αυτό αλλάζει την εφαρμοζόμενη τάση στον ακροδέκτη πύλης του MOSFET. Έτσι μπορούμε να ελέγξουμε την ταχύτητα ενός κινητήρα συνεχούς ρεύματος ελέγχοντας την τάση στον ακροδέκτη της πύλης στο MOSFET. Για να αυξήσουμε την ταχύτητα του κινητήρα συνεχούς ρεύματος, πρέπει να αυξήσουμε την εφαρμοζόμενη τάση στον ακροδέκτη πύλης του MOSFET.
Εδώ, το κύκλωμα ελεγκτή κινητήρα DC με βάση το IRF540N MOSFET σχεδιάστηκε για να ελέγχει την ταχύτητα ο κινητήρας . Αυτό το κύκλωμα είναι πολύ απλό στη σχεδίαση χρησιμοποιώντας ένα MOSFET & ένα ποτενσιόμετρο. Μπορούμε να ελέγξουμε την ταχύτητα του κινητήρα ελέγχοντας απλώς την εφαρμοζόμενη τάση στον ακροδέκτη πύλης του MOSFET.
Πλεονεκτήματα των MOSFET για έλεγχο ταχύτητας κινητήρα:
Τα τρανζίστορ διαδραματίζουν θεμελιώδη ρόλο στα κυκλώματα ελέγχου ταχύτητας κινητήρα και τα MOSFET (Transistors Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) προτιμώνται συχνά έναντι άλλων τύπων τρανζίστορ όπως τα BJT (Bipolar Junction Transistors) και τα IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors) για διάφορους λόγους . Σε αυτό το άρθρο, θα διερευνήσουμε τα πλεονεκτήματα και τις εφαρμογές της χρήσης MOSFET για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα σε σχέση με άλλα τρανζίστορ.
- Υψηλής απόδοσης :
- Τα MOSFET παρουσιάζουν πολύ χαμηλή αντίσταση on-resistance (RDS(on)), που οδηγεί σε ελάχιστη απαγωγή ισχύος και υψηλή απόδοση στα κυκλώματα ελέγχου κινητήρα.
- Αυτή η υψηλή απόδοση σημαίνει ότι παράγεται λιγότερη θερμότητα, μειώνοντας την ανάγκη για περίτεχνα συστήματα ψύξης, καθιστώντας τα MOSFET κατάλληλα για εφαρμογές υψηλής ισχύος.
- Γρήγορη ταχύτητα εναλλαγής :
- Τα MOSFET έχουν πολύ γρήγορη ταχύτητα μεταγωγής, συνήθως στην περιοχή νανοδευτερόλεπτων.
- Αυτή η γρήγορη απόκριση επιτρέπει τον ακριβή έλεγχο της ταχύτητας και της κατεύθυνσης του κινητήρα, καθιστώντας τον κατάλληλο για εφαρμογές όπου απαιτούνται γρήγορες αλλαγές.
- Χαμηλή ισχύς κίνησης πύλης :
- Τα MOSFET απαιτούν ελάχιστη ισχύ κίνησης πύλης για εναλλαγή μεταξύ των καταστάσεων ενεργοποίησης και απενεργοποίησης.
- Αυτό το χαρακτηριστικό ελαχιστοποιεί την ισχύ που απαιτείται για τον έλεγχο του τρανζίστορ, με αποτέλεσμα τα ενεργειακά αποδοτικά συστήματα ελέγχου κινητήρα.
- Δεν απαιτείται ρεύμα πύλης :
- Σε αντίθεση με τα BJT, τα MOSFET δεν απαιτούν συνεχές ρεύμα πύλης για να παραμείνει στην κατάσταση λειτουργίας τους, γεγονός που μειώνει την κατανάλωση ισχύος του κυκλώματος ελέγχου.
- Αυτό είναι ιδιαίτερα πλεονεκτικό σε εφαρμογές με μπαταρίες όπου η ενεργειακή απόδοση είναι κρίσιμη.
- Ανοχή θερμοκρασίας :
- Τα MOSFET μπορούν να λειτουργήσουν σε ένα ευρύ φάσμα θερμοκρασιών, καθιστώντας τα κατάλληλα τόσο για ακραία κρύα όσο και για ζεστά περιβάλλοντα.
- Αυτό το χαρακτηριστικό είναι πολύτιμο σε εφαρμογές όπως συστήματα αυτοκινήτων και βιομηχανικά μηχανήματα.
- Μειωμένο EMI :
- Τα MOSFET παράγουν λιγότερες ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές (EMI) σε σύγκριση με τα BJT και IGBT.
- Αυτό είναι ζωτικής σημασίας σε εφαρμογές όπου το EMI μπορεί να παρεμβαίνει σε κοντινές ηλεκτρονικές συσκευές ή συστήματα.
Εφαρμογές ελέγχου ταχύτητας κινητήρα με MOSFET:
- Ηλεκτρικά Οχήματα (EV) και Υβριδικά Οχήματα :
- Τα MOSFET χρησιμοποιούνται συνήθως στα συστήματα ελέγχου κινητήρα ηλεκτρικών και υβριδικών οχημάτων.
- Προσφέρουν αποτελεσματικό και ακριβή έλεγχο των ηλεκτροκινητήρων, συμβάλλοντας στη βελτιωμένη απόδοση και αυτονομία του οχήματος.
- Βιομηχανικός αυτοματισμός :
- Στις βιομηχανίες, ο έλεγχος ταχύτητας κινητήρα με βάση το MOSFET χρησιμοποιείται για μεταφορικούς ιμάντες, ρομποτικούς βραχίονες και άλλα αυτοματοποιημένα συστήματα.
- Η γρήγορη ταχύτητα μεταγωγής των MOSFET εξασφαλίζει ακριβή και ανταποκρινόμενο έλεγχο στις διαδικασίες κατασκευής.
- Οικιακές συσκευές :
- Τα MOSFET βρίσκονται σε οικιακές συσκευές όπως πλυντήρια ρούχων, κλιματιστικά και ανεμιστήρες για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα.
- Η απόδοσή τους και η χαμηλή παραγωγή θερμότητας τα καθιστούν ιδανικά για ενεργειακά αποδοτικές συσκευές.
- Συστήματα HVAC :
- Τα συστήματα θέρμανσης, εξαερισμού και κλιματισμού (HVAC) χρησιμοποιούν MOSFET για τον έλεγχο της ταχύτητας των κινητήρων σε ανεμιστήρες και συμπιεστές.
- Αυτό συμβάλλει στην εξοικονόμηση ενέργειας και στην ακριβή ρύθμιση της θερμοκρασίας.
- Drone Propulsion :
- Τα drones απαιτούν αποτελεσματικό έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα για τη διατήρηση της σταθερότητας και της ικανότητας ελιγμών.
- Τα MOSFET προτιμώνται σε κυκλώματα ελέγχου κινητήρα drone λόγω του μικρού βάρους και της υψηλής απόδοσης τους.
- Συστήματα Ψύξης Υπολογιστών :
- Τα MOSFET χρησιμοποιούνται σε ανεμιστήρες ψύξης υπολογιστών για τη ρύθμιση της ταχύτητας του ανεμιστήρα με βάση τη θερμοκρασία, εξασφαλίζοντας βέλτιστη απόδοση ψύξης με ελάχιστο θόρυβο.
- Ηλεκτρικά τρένα και ατμομηχανές :
- Τα MOSFET χρησιμοποιούνται στα συστήματα ελέγχου κινητήρα ηλεκτρικών τρένων και μηχανών για τη ρύθμιση της ταχύτητας και της κατεύθυνσης αποτελεσματικά.
- Συστήματα Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας :
- Οι ανεμογεννήτριες και τα ηλιακά συστήματα παρακολούθησης χρησιμοποιούν MOSFET για τον έλεγχο της ταχύτητας των κινητήρων, βελτιστοποιώντας την παραγωγή ενέργειας.
Συνοπτικά, τα MOSFET προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα για τον έλεγχο της ταχύτητας του κινητήρα, συμπεριλαμβανομένης της υψηλής απόδοσης, της γρήγορης ταχύτητας μεταγωγής, των χαμηλών απαιτήσεων ισχύος μετάδοσης κίνησης πύλης και του μειωμένου EMI. Αυτά τα πλεονεκτήματα τα καθιστούν την προτιμώμενη επιλογή σε ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από ηλεκτρικά οχήματα και βιομηχανικούς αυτοματισμούς έως οικιακές συσκευές και συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας. Η ευελιξία και η αξιοπιστία των MOSFET τα καθιστούν ακρογωνιαίο λίθο της σύγχρονης τεχνολογίας ελέγχου κινητήρα.
