Mosfet come relè

[Darlington]

Ho un dispositivo (un soffiatore) alimentato a batteria che come interruttore originale ha un pulsante momentaneo da 20A.

 

Per ragioni di praticità vorrei rendere l'interruttore bistabile, esclusa la possibilità di sostituire il pulsante con uno con ritenuta (è un modello di pulsante strano), ho pensato a un circuito con un 4096 e pochi componenti esterni che ho già usato con successo, accoppiato a un mosfet in luogo di un relè.

 

E qui vengono i dubbi; non ho mai lavorato coi mosfet, ho letto alcuni tutorial in rete ma non spiegano come dimensionare le resistenze in gate.. l'unica cosa che ho capito è che la RDSon più è bassa e meglio è. 

 

Non so di preciso quanto assorba il motore, sicuramente meno di 20A a giudicare dalla sezione dei fili, ma mi riservo di misurare l'assorbimento a banco. 

 

Come mos ho pensato a un IRF3710 che posso reperire facilmente, costo sugli 80 cents; ne troverei anche con resistenze più basse, ma il costo sale fino a 1.60€

 

Il motore è alimentato a 16V, ma ancora non mi è chiaro come collegare il mos; ho capito che mandando una certa tensione in gate questo satura e lavora come un interruttore chiuso, analogamente ai transistor ma non in corrente; ho visto qualche applicazione dove mandano la tensione al gate attraverso un resistore da 100 ohm o giù di lì, qualcuno mette anche un resistore di pulldown e un resistore di valore più alto tra D e S, ma ho le idee più confuse di prima...

[Livio Orsini]

I mosfet hanno bisogno di una discreta enrgia sia per saturare sia per apririsi.

Se sono mal pilotati i tempi di commutazione si allungano e dissipano troppa potenza, inoltre anche la rdson può risultare più elevata del dovuto, con conseguente dissipazione maggiore.

Purtroppo in rete si trova una miriade di circuiti, specie tra i cultori di arduino, in cui transistor e mosfet sono mal pilotati.

 

Semplificando il concetto, il modo migliore di pilotare un mosfet come interruttore, è quello di usare una coppia di transistori complementari incircuitazione sigle ended o totempole.

 

Se ti fai una piccola ricerca in questa sezione, trovi delle vecchie discussioni di Mirko Ceronti dove il pilotaggio del mosfet è ben fatto.

C'è anche una discussione più recente, anche se risale ad oltre un anno addietro, dove io ed il dott.cicala abbiamo tentato di spiegare a Luigi Marchi come andava usato un mosfet; li trovi alcuni circuiti ed i relitavi diagrammi di simulazione.

[gabri-z]

Da qui si può partire :

...al indietro  .

[Livio Orsini]

Sfruttiamo il lavoro di ricerca di gabri ed inseriamo l'immagine.

Questo è un mosfet ben pilotato ed il circuito è stato provato e riprovato da parecchie persone.

Notare il diodo in parallelo al resistore d a10ohm, serve affinchè il BC327 possa drenare più corrente estraendo più velocemente le gariche dal gate.

 

 

[Darlington]

Grazie, il circuito me lo ricordo, però io non devo variare la velocità, c'è la possibilità di semplificare, magari usando un solo transistor?

[gabri-z]

Lo schema presenta il modo giusto di comandare il MOS .

 

[gabri-z]

Uno schema di base potrebbe essere questo :

 

 

 

I commenti sono qui :

 

[Darlington]

Grazie, era quello a cui pensavo.. il video lo vedo domani da pc che sono a casa, però il fatto di usare un mos a canale P mi interessa perché richiede anche meno modifiche all'originale.. in base al transistor potrei mettere anche il flip flop col 4096, però pure lo schema mostrato è interessante dal punto di vista dei componenti (ne richiede pochi quindi occupa poco spazio)

[Livio Orsini]

Quel pilotaggio è adatto per correnti non molto elevate.

Ha energia sufficiente per chiudere il mosfet velocemente, ma l'apertura è affidata al solo resistore da 100k e, se la corrente drain-source è di qualche ampere il tempo di apertura comincerà ad essere troppo elevato.

 

L'uso di un sigle ended o di un totem pole è necessario per avere energia nei due sensi.

[Darlington]

Per troppo elevato cosa intendi? Tieni presente che non devo fare decine o centinaia di commutazioni al secondo, l'attrezzo andrà acceso, lasciato acceso fino a che non avrà finito il suo lavoro (qualche minuto) e poi spento, quindi alcuni ms di ritardo allo spegnimento non dovrebbero comportare problemi di riscaldamento del componente. 

[Darlington]

Mi sono praticamente convinto ad usare lo schema di Ceronti comandato da uno dei flip flop di Crapella, solo che già che ci siamo vorrei usare un mosfet a canale P per semplicità; se "giro" lo schema di Ceronti spostando la R da 1K sul positivo, basta? Attualmente se non ho visto male il mos va in conduzione con 0V in base ai BC

[Livio Orsini]

Darlington, il problema non è la quantità di commutazioni, potrebbe anche essere sufficente una sola commutazione; se durante la commutazione il mosfet esce dalla SOA (Safety Operation Area), ovvero dall'area di sicurezza, il semiconduttore si degrada in modo irreversibile.

 

Il circuito di Mirko dovrebbe funzionare anche come vorresti fare tu, devi anche girare il diodo in parallelo alla R da 10ohm.

 

Se riesco più tardi provo la simulazione conil mosfet a canale P.

 

Domada: hai dei problemi a chiudere verso lo zero volt?

[Darlington]

Problemi no, solo che l'interruttore originale è sul positivo e quindi usando un mosfet P devo fare meno modifiche al cablaggio (ed è più veloce da ripristinare nel caso debba mandarlo in assistenza)

[Livio Orsini]

L'ho provato con LTSpice e sembra funzionare ottimamente. La R8 è per simulare un carico.

 

[dott.cicala]

Ma quanto spazio c'è in questo soffiatore? 

 

La prima controindicazione che mi balza all'occhio è che il circuito, qualsiasi esso sia, assorbirà sempre un minimo di corrente e per tale ragione i componenti devono essere ridotti all'osso.

 

Ecco la mia proposta con flip-flop D cmos e mosfet a canale N

 

con impulso di attivazione che chiude sul positivo

 

con impulso di attivazione che chiude sul negativo

 

R1-R2 potrebbero anche essere portate a 47K volendo....

[GianFiu]

Scusate se intervengo, gli schemi sono interessanti, ma mi chiedo quante commutazioni deve fare questo povero Mosfet per giustificare due transistori di pilotaggio: non basterebbe la semplice resistenza ? Anche se l'onda non e' perfettemante quadra, quale motivo richiede questa configurazione  data la bassa frequenza di intervento su questo interrurrore ? Parlo data la mia scarsa conoscenza in materia.

[dott.cicala]

Melius est abundare quam deficere

 

La resistenza dove?

 

Magari tra gate e massa e portare con un bell'interruttore il positivo. Sarebbe più semplice.

Con un +12 diretto al gate il mosfet saturerebbe di sicuro, il più è spegnerlo visto il carico induttivo...e se non si spegne alla svelta, passa per la zona lineare e dissipa un bel po', magari brucia pure.

 

Questa è la ragione per la quale, se si vuole evitare di passare in zona lineare durante l'accensione/spegnimento, è importante che il segnale sul gate abbia i fronti il più possibile ripidi.

 

Magari poi gli viene voglia di modulare in pwm 

 

[gabri-z]

Scusate l'ignoranza , ho una domanda sui flip-flop ( CMOS ) :

L'ingressi R ed S in questa configurazione devono o possono restare flottanti ? Oppure altro ?

Quote

Magari poi gli viene voglia di modulare in pwm 

 

 

E' qui che vuole arrivare .

[Darlington]

Tranquilli, visto l'apparecchio la regolazione di velocità è inutile.. se non fosse per la garanzia avrei già fatto un buco sulla scocca e messo un interruttore a leva da 16A 

[GianFiu]

>Melius est abundare quam deficere

>La resistenza dove?

>Magari tra gate e massa e portare con un bell'interruttore il positivo. Sarebbe più semplice.

 

(scusate ma non ho capito come fare il quoting)

 

Io stavo pensando in serie al gate, per indicare che , a mio discutibile parere basterebbe un pilotaggio molto semplice. Poi un diodo in parallelo come dallo schema di Gabri-z

La resistenza di massa ovviamente ci vuole, ma se vogliamo una commutazione ancora piu' istantanea invce di un interruttore, un bel commutatore, un capo al positivo, il centrale al gate, e l'ultimo a massa per scaricare il gate, velocemente se questo e' indispensabile.

[dott.cicala]

Quote

L'ingressi R ed S in questa configurazione devono o possono restare flottanti ? Oppure altro ?

Nel simulatore sì, non essendoci "disturbi", nella realtà meglio di no, vanno collegati a gnd essendo attivi alti.

 

Quote

se non fosse per la garanzia avrei già fatto un buco

 

...e un bell' elastico?

[Livio Orsini]

Quote

La resistenza di massa ovviamente ci vuole, ma se vogliamo una commutazione ancora piu' istantanea invce di un interruttore, un bel commutatore, un capo al positivo, il centrale al gate, e l'ultimo a massa per scaricare il gate, velocemente se questo e' indispensabile.

 

Come ho scritto in precedenza e come ha ripetuto Stefano, se non si vuole lavorare in zona lineare ed uscire dalal SOA, bisogna pilotare il MOSFET con la dovuta energia; non importa quante commutazioni dovrà fare ne basta una sbagliata ed il mosfet si degrada e poi muore.

 

Il problema maggiore nei commutatori di potenza, sia che si usi un BJT o un MOSFET, è lo spegnimento.

Vedere sul web tanti circuiti mal progettati induce a pensare che un transistor in commutzione sia un circuito semplicissimo.

Sin a che devi pilotare un LED da pochi mA con un PWM avente una frequenza base di qualche kHz, anche un circuitino mal fatto riesce a fare (male) il suo lavoro.

Ma se devi commutare qualche Ampere con un carico induttivo, le cose cominciano a diventare un poco più complicate.

 

Scaricati il simulatore LTSpice, è gratuito e facilissimo da usare, poi prova a fare qaulche simulazione e vedi come cambiano le cose tra un commutatore ben pilotato ed uno con circuitazione "allegra"

 

Qui puoi vedere cosa succede ad un mosfet mal pilotato.

L'immagine è tratta da una simulazione fatta da Stefano per cercare di spiegare ad un utente perchè il suo circuito non poteva funzionare bene. L'intera discussione

 

[Darlington]

La soluzione del Dott. mi pare la migliore, specie perché il flip flop accetta fino a 20V a differenza di buona parte degli ic logici dove il datasheet raccomanda di non andare oltre i 15V (mentre io entro con 16V)

 

Il mos a canale P da quanto ho capito comporta un consumo maggiore perché rimane interdetto se collegato al positivo, e quindi a questo punto, canale N sia.. lo sperimenterò con l'unica modifica del 3710 come finale, per ragioni di reperibilità; ora manca il tempo di dedicarci 

 

Ho provato a misurare la corrente del motore alimentandolo con l'alimentatore da banco ma va in current limit (non alla partenza), quindi sicuramente assorbe più di 5A, d'altronde il precedente soffiatore (Intex a 12V più lento di questo) ne assorbiva circa 6, e aveva un fusibile da 8..

[Livio Orsini]

Quote

...specie perché il flip flop accetta fino a 20V a differenza di buona parte degli ic logici dove il datasheet raccomanda di non andare oltre i 15V (mentre io entro con 16V)

 

Attenzione che, superando i 15 V è possibile un degrado che può abbreviare di molto la vita del dispositivo. Basta un piccolo spike per farlo passare a miglior vita. Sarebbe meglio mettere uno zener con Vz < 15V.

 

Quote

Il mos a canale P da quanto ho capito comporta un consumo maggiore ....

 

No.

Il consumo dipende solo dalle caratteristiche di R_DSOn del Mosfet e dal suo pilotaggio.

Quando il Mos è interdetto non conuma nulla perchè il MOSFET è quasi un interruttore ideale, a sua corrente di fuga ha valori trascurabili.

Quando è saturo la dissipazione dipende, oltre cha dalla corrente che lo attraversa, dalla sua resitenza.

Durante le fasi di transizione la dissipazione dipende solo dal tempo di salita e discesa.

A parità di condizione e di caratteristeche un PMos dissipa una potenza uguale ad un NMos.

[Darlington]

Grazie dei chiarimenti Livio, per curiosità allora quale è il motivo per cui è preferibile chiudere verso il negativo?