Motorsnelheidsregeling met MOSFET

Er zijn veel toepassingen van MOSFET van de industriële sector tot huishoudelijke apparaten zoals motortoerentalregeling, lichtdimmen, versterken en schakelen van elektronische signalen binnen elektronische apparaten, als omvormer, hoogfrequente versterker en nog veel meer. Over het algemeen zijn deze verkrijgbaar in verschillende maten om te voldoen aan de benodigdheden van verschillende elektronische projecten. MOSFET's worden gebruikt wanneer we grote spanningen en stromen moeten regelen met een klein signaal. Dit artikel biedt korte informatie over een van de MOSFET-toepassingen, zoals het ontwerpen van een motortoerentalregeling met MOSFET .

Motorsnelheidsregeling met MOSFET

In de moderne samenleving is de snelheidsregeling van elektromotoren overal aanwezig, omdat deze van belang is voor verschillende machines. De vereiste functie en prestaties van elektromotoren zijn veelomvattend. Wanneer we ons concentreren op het snelheidsregelingsgedeelte van de motor, kan de snelheidsregeling van stappen- en servomotoren worden gedaan door een pulstrein, terwijl de snelheidsregeling van de borstelloze DC- en inductiemotoren kan worden gedaan met gelijkspanning of een externe weerstand. Momenteel worden in veel industrieën elektrische motoren gebruikt als een onmisbare krachtbron. Maar motortoerentalregeling is noodzakelijk omdat dit rechtstreeks van invloed is op de werking, kwaliteit en het resultaat van het werk van de machine.

De belangrijkste bedoeling hiervan is om een ​​circuit te ontwerpen voor het regelen van de snelheid van een gelijkstroommotor met een MOSFET. Een MOSFET is een type transistor dat wordt gebruikt om spanningen binnen circuits te versterken of te schakelen. Het type MOSFET dat in dit circuit wordt gebruikt, is de Enhancement Mode-MOSFET, die alleen in de Enhancement-modus werkt. Dit betekent dat deze transistor wordt uitgeschakeld wanneer er geen spanning wordt geleverd aan de gate-terminal en wordt ingeschakeld wanneer er wel spanning wordt geleverd. Dit maakt de transistor ideaal om te gebruiken als schakelaar voor het aansturen van een gelijkstroommotor.

Een gelijkstroommotor wordt gebruikt in verschillende toepassingen, zoals robots, apparaten, speelgoed, enz. Bij veel gelijkstroommotortoepassingen is controle van de motorsnelheid en -richting dus essentieel. Hier gaan we uitleggen hoe je een eenvoudige DC-motorcontroller met een MOSFET ontwerpt.

Vereiste componenten:

De benodigde componenten om deze DC-motorcontroller te maken zijn onder meer een 12V-batterij, 100K potentiometer , IRF540N E-MOSFET, een gelijkstroommotor en een schakelaar.

Aansluitingen:

De aansluitingen van deze DC-motor toerentalregeling met IRF540N-EMOSFET volgen als;

De IRF540 E-MOSFET-poortterminal is verbonden met de potentiometer, de bronterminal is verbonden met de positieve draad van de motor en de drain-terminal van de MOSFET is via een schakelaar verbonden met de positieve pool van de batterij.

De negatieve draad van de motor is verbonden met de negatieve pool van de accu.

De uitgangsterminal van de potentiometer is verbonden met de poortterminal van MOSFET, GND is verbonden met de negatieve pool van de batterij via een negatieve draad van de motor, en de VCC-pin is verbonden met de positieve pool van de batterij via een afvoerterminal van MOSFET en schakelen.

Werken

Zodra de schakelaar 'S' is gesloten, veroorzaakt de spanningstoevoer op de MOSFET-poortaansluiting de stroomtoevoer van de afvoeraansluiting (D) naar de bron (S). Daarna begint er stroom door de DC-motor te stromen en begint de motor te draaien. De som van de stroom die aan de gelijkstroommotor wordt geleverd, kan eenvoudig worden geregeld door simpelweg de potentiometer aan te passen, waarna deze de aangelegde spanning aan de poortaansluiting van de MOSFET verandert. We kunnen dus de snelheid van een gelijkstroommotor regelen door de spanning aan de poortterminal in de MOSFET te regelen. Om de snelheid van de DC-motor te verhogen, moeten we de aangelegde spanning op de gate-aansluiting van de MOSFET verhogen.

Hier werd het op IRF540N MOSFET gebaseerde DC-motorcontrollercircuit ontworpen om de snelheid te regelen de motor . Dit circuit is heel eenvoudig te ontwerpen met behulp van een MOSFET en een potentiometer. We kunnen de motorsnelheid regelen door eenvoudigweg de aangelegde spanning op de gate-aansluiting van de MOSFET te regelen.

Voordelen van MOSFET's voor motorsnelheidsregeling:

Transistors spelen een fundamentele rol in motorsnelheidsregelcircuits, en MOSFET's (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) krijgen om verschillende redenen vaak de voorkeur boven andere typen transistors zoals BJT's (Bipolar Junction Transistors) en IGBT's (Insulated Gate Bipolar Transistors). . In dit artikel zullen we de voordelen en toepassingen onderzoeken van het gebruik van MOSFET's voor motorsnelheidsregeling ten opzichte van andere transistors.

• Hoge efficiëntie :
  • MOSFET's vertonen een zeer lage aan-weerstand (RDS(on)), wat leidt tot minimale vermogensdissipatie en hoge efficiëntie in motorregelcircuits.
  • Dit hoge rendement betekent dat er minder warmte wordt gegenereerd, waardoor er minder uitgebreide koelsystemen nodig zijn, waardoor MOSFET's geschikt zijn voor toepassingen met hoog vermogen.
• Snelle schakelsnelheid :
  • MOSFET's hebben een zeer hoge schakelsnelheid, doorgaans in het bereik van nanoseconden.
  • Deze snelle reactie maakt nauwkeurige controle van de snelheid en richting van de motor mogelijk, waardoor deze geschikt is voor toepassingen waarbij snelle veranderingen vereist zijn.
• Laag aandrijfvermogen :
  • MOSFET's hebben minimaal poortaandrijfvermogen nodig om te schakelen tussen hun aan- en uit-status.
  • Deze eigenschap minimaliseert het vermogen dat nodig is om de transistor te besturen, wat resulteert in energiezuinige motorbesturingssystemen.
• Geen poortstroom vereist :
  • In tegenstelling tot BJT's hebben MOSFET's geen continue poortstroom nodig om in hun aan-status te blijven, wat het stroomverbruik van het regelcircuit vermindert.
  • Dit is met name voordelig bij toepassingen op batterijen, waarbij energie-efficiëntie van cruciaal belang is.
• Temperatuurtolerantie :
  • MOSFET's kunnen over een breed temperatuurbereik werken, waardoor ze geschikt zijn voor zowel extreem koude als warme omgevingen.
  • Deze functie is waardevol in toepassingen zoals autosystemen en industriële machines.
• Verminderde EMI :
  • MOSFET's genereren minder elektromagnetische interferentie (EMI) vergeleken met BJT's en IGBT's.
  • Dit is van cruciaal belang in toepassingen waarbij EMI interferentie kan veroorzaken met elektronische apparaten of systemen in de buurt.

Toepassingen van motorsnelheidsregeling met MOSFET's:

• Elektrische voertuigen (EV's) en hybride voertuigen :
  • MOSFET's worden vaak gebruikt in de motorbesturingssystemen van elektrische en hybride voertuigen.
  • Ze bieden efficiënte en nauwkeurige controle over de elektromotoren, wat bijdraagt ​​aan betere voertuigprestaties en actieradius.
• Industriële automatie :
  • In industrieën wordt op MOSFET gebaseerde motorsnelheidsregeling gebruikt voor transportbanden, robotarmen en andere geautomatiseerde systemen.
  • De hoge schakelsnelheid van MOSFET's zorgt voor nauwkeurige en responsieve controle in productieprocessen.
• Huishoudelijke apparaten :
  • MOSFET's worden aangetroffen in huishoudelijke apparaten zoals wasmachines, airconditioners en ventilatoren voor motorsnelheidsregeling.
  • Hun efficiëntie en lage warmteontwikkeling maken ze ideaal voor energiezuinige apparaten.
• HVAC-systemen :
  • Verwarmings-, ventilatie- en airconditioningsystemen (HVAC) maken gebruik van MOSFET's voor het regelen van de snelheid van motoren in ventilatoren en compressoren.
  • Dit draagt ​​bij aan energiebesparing en nauwkeurige temperatuurregeling.
• Drone-aandrijving :
  • Drones vereisen een efficiënte motorsnelheidsregeling om de stabiliteit en manoeuvreerbaarheid te behouden.
  • MOSFET's hebben de voorkeur in drone-motorbesturingscircuits vanwege hun lage gewicht en hoge efficiëntie.
• Computerkoelsystemen :
  • MOSFET's worden gebruikt in computerkoelventilatoren om de ventilatorsnelheid aan te passen op basis van de temperatuur, waardoor optimale koelprestaties met minimaal geluid worden gegarandeerd.
• Elektrische treinen en locomotieven :
  • MOSFET's worden gebruikt in de motorbesturingssystemen van elektrische treinen en locomotieven om de snelheid en richting efficiënt te regelen.
• Hernieuwbare energiesystemen :
  • Windturbines en volgsystemen voor zonne-energie gebruiken MOSFET's om de snelheid van motoren te regelen, waardoor de energieopwekking wordt geoptimaliseerd.

Samenvattend bieden MOSFET's talloze voordelen voor motorsnelheidsregeling, waaronder hoge efficiëntie, hoge schakelsnelheid, lage vermogensvereisten voor de poortaandrijving en verminderde EMI. Deze voordelen maken ze tot de voorkeurskeuze in een breed scala aan toepassingen, van elektrische voertuigen en industriële automatisering tot huishoudelijke apparaten en duurzame energiesystemen. De veelzijdigheid en betrouwbaarheid van MOSFET's maken ze tot een hoeksteen van de moderne motorbesturingstechnologie.