フォトカプラでMOSFETを駆動する方法は？

駆動するための適切な概略的な何本を通じてマイクロコントローラ端子からMOSFETをこのまたはこのフォトカプラは？MOSFETはモーターを24V、6Aで駆動します。

推奨されるMOSFETは、このアプリケーションにはあまり適していません。結果が喫煙の台無しになるという深刻なリスクがあります。適切なFETが利用可能で、おそらく追加費用はほとんど、またはまったくかかりません。

主な問題は、FETのオン抵抗が非常に悪い（=高）ため、消費電力が大きくなり、モーターの駆動レベルが低下することです。後者はあまり重要ではありませんが、不要です。

考えてみましょう- = - （1ページの右上にある指定のRdson）がデータシートには、抵抗にと言い。消費電力は、= I 2 × Rので、図6（a）での電力損失は次のようになります（6 A ）2 × 0.18 Ω = 6.5 W。適切なヒートシンクを備えたTO220パッケージで簡単に処理できますが（フラグタイプよりも幾分優れています）、Rdson FETがはるかに低いため、この損失はまったく必要ありません。電圧降下は次のようになりますV = I × R = 6 V × 0.18 Ω $0.18 \Omega$$I^2 \times R$$(6A)^2 \times 0.18 \Omega =~ 6.5W$。それは$V = I \times R = 6V \times 0.18 \Omega =~ 1.1V$電源電圧の4。それは広大ではありませんが、モーターに印加される電圧を不必要に消費します。$\frac{1}{24} =~ 4%$

そのMOSFETは、 1 秒で1.41ドルでdigikeyに在庫があります。

しかし

Digikeyの在庫も1セントで94セントの場合、非常に素晴らしいIPP096N03L MOSFETを使用できます。これは30Vの定格が、有している、R D S （O N ）の10 m個Ωを（!!!）と2.2ボルトの電圧の最大閾値電圧（ターンこれは全く素晴らしいですお金と絶対条件の両方でFET。$I_{max} = 35A$$R_{DS(on)}$$10 m \Omega$

図6（a）にあなたが得る損失。ヒートシンクなしで実行すると、触ると暖かく感じます。$P_{diss} = I^2 \times R = (6A)^2 \times 0.010 \Omega = 360 mW$

IPP096N03Lデータシート

あなたはもう少し電圧ヘッドルームをしたい場合、あなたは得ることができます在庫の97セント 55V、25A、 IPB25N06S3-2をゲートthreshholdは5V動作のための限界になっているが- 。$25 m \Omega$

これと同様の用途のための「理想的なFETはDigikeyのパラメータ選択システムLETの仕様を用いて、100V、50A、論理ゲート（電圧に低いターン、 < 50 のM Ω。$R_{ds(on)}$$50 m \Omega$

少しdearerではDigikeyでの在庫の1人の中に$ 1.55しかし、100V、46A、のR D S （O N ）の典型的な、2V のV Tの時間 ... 全く見事BUK95 / 9629-100B ん彼らはからこれらの部品番号を取得します？:-)$24 m \Omega$ $R_{ds(on)}$$V_{th}$

偶数のみ3Vのゲートドライブと、図6（a）でについてであろう35 のM Ωまたは1.25ワット消費について。で5VのゲートドライブR D S （O 、N ） = 25 m個Ω 900ミリワットのdssipationについて与えます。TO220パッケージは、1〜1.25ワットの消費電力で、自由空気中で非常に高温になります（60〜80℃上昇など）。許容できるが、必要以上に熱い。あらゆる種類のフラッドヒートシンクは、それを「素敵で温かい」だけにまで引き下げます。$R_{ds(on)}$$35 m \Omega$$R_{ds(on)} ~=25 m \Omega$

ここからのこの回路は、まさにあなたが望むものであり、私がそれを描くのを救います:-)。

BUZ71Aを上記のように選択したMOSFETに置き換えます。

入力：

• いずれか：X3はマイクロコントローラーからの入力です。これは、オンの場合は高く、オフの場合は低くなります。「PWM5V」は接地されています。

• または：X3はVccに接続されています。PWM5Vは、マイクロコントローラーピンによって駆動されます-低=オン、高=オフ。

$R1 = 270 \Omega$

• $I= \frac{(Vcc-1.4)}{R1}$

• $R = \frac{(Vcc-1.4)}{I}$

$270 \Omega$$R = \frac{(5V-1.4V)}{10mA} = 360 \Omega$

出力：

R3は、オフのときにFETゲートをグランドに引き下げます。1Kから10K自体は問題ありません-値はオフ時間に影響しますが、静的ドライブにとってはあまり重要ではありません。ただし、ここでは、オン時にFETゲート電圧を下げるための分圧器を作成するために使用します。したがって、R3をR2と同じ値にします-次の段落を参照してください。

R2は+24 Vdcになっていますが、これはFETの最大ゲート定格には高すぎます。上記のロジックゲートFETを使用する場合、+ 12 Vdcにすると良いでしょう。ただし、ここでは24 Vdcを使用し、R2 + R3を使用して電源電圧を2で除算し、VgateをFETの安全な値に制限します。

R2は、FETゲートコンデンサの充電電流を設定します。R2 = 2k2と設定すると、約10 mAのドライブが得られます。上記のようにR3 = R2を設定します。

また、R3の15Vツェナー、カソードからFETゲート、アノードまたはグランドを追加します。これにより提供されます。過電圧過渡に対するゲート保護。

モーターは図のように接続します。

D1を含める必要があります-これは、モーターがオフになったときに発生する逆起電力スパイクに対する保護を提供します。これがなければ、システムはほとんど瞬時に死にます。示されているBY229ダイオードは問題ありませんが、過剰です。2A以上の電流定格のダイオードであれば十分です。アンRL204はちょうど合うかダイオードの広大な範囲の一つです。ここでの高速ダイオードは少し役立つかもしれませんが、必須ではありません。

スイッチング速度：示されているように、回路はオン/オフ制御または低速PWMに適しています。約10 kHzまでであれば何でも問題なく動作します。/より高速なPWMを実現するには、適切に設計されたドライバが必要です。

MOSFETに関する限り、フォトカプラは単なるトランジスタです。

マイクロコントローラに関する限り、フォトカプラは単なるLEDです。

したがって、必要なのは、通常のトランジスタ駆動のMOSFET回路と、通常のマイクロコントローラー駆動のLED回路だけです。

トランジスタでMOSFETを駆動する例を次に示します。

したがって、Q2はオプトクーパーの出力側です。R2は、フォトカプラの入力LED側と電流制限抵抗に置き換えられます。

フォトカプラの絶縁は、マイクロコントローラの電源電圧に関係なく、出力トランジスタを好きな場所に配置できるという利点があります。
フォトカプラを駆動するとは、そのLEDを駆動することを意味します。マイクロコントローラが直接駆動できない場合、そのために小さなトランジスタが必要になります。
次に、フォトカプラの出力トランジスタをMOSFETに配置します。V+のコレクタ、ゲートのエミッタ。抵抗をゲートとグランドの間に配置します。このようにして、MOSFETのゲートをV +とグランドの間で切り替えます。MOSFETは6Aを切り替えるために24Vを必要としませんが、5Vで十分です。フォトカプラのトランジスタと直列に抵抗を配置することにより、ゲート電圧を制限できます。グランドへのトランジスタが4k7の場合、これに10kを選択できます。

フォトカプラのLEDが点灯している場合、トランジスタが導通してゲートが高くなり、MOSFETがオンになります。LEDがオフの場合、トランジスタはオフになり、抵抗によってゲートがローにプルされます。