トランジスタとPWM

私はこれについて少し混乱していて、どこから始めればいいのかわかりません。アイデアは、マイクロコントローラーまたはFPGA出力PWM信号（PWMが100％のときに5Vまたは3.3V）を使用し、トランジスターを使用して12Vを実行する必要がある人工呼吸器に電力を供給することです。

人工呼吸器の電源とFPGA（またはμC）の電源のグラウンドを一緒に接続する必要があることを知っています。その後、トランジスタのコレクタと直列に抵抗を使用して電流を制限します。

私を悩ませているのは、ベースとPWM出力ピンの接続方法です。3.3Vを100％にするには、どの抵抗値を選択する必要がありますか？5Vを100％にするにはどの値が必要ですか？つまり、人工呼吸器に100％の容量で電力を供給する必要があるときに、3.3V（または動作している他の電圧）のトランジスタを「伝える」にはどうすればよいですか。

私の質問を理解していただければ幸いです。回答ありがとうございます!!

（2レベル）PWM信号には、ハイとローの2つの状態があります。FPGA / MCUの電源が5 Vであるか3.3 Vであるかに関係なく、低状態をファン全体で0 Vに、高状態をファン全体で12 Vに（またはその逆）にする必要があります。このように、PWM信号のデューティサイクルを変化させることにより、ファンをその動作範囲全体にわたって駆動できます。

トランジスタ（BJTまたはMOSFETの場合もあります）は、可能な限り最小の電力を消費するために、完全にオフまたは完全にオンのいずれかで動作する必要があります。電源が12 Vの場合、ファンと直列の抵抗は必要ありません。トランジスタのコレクタまたはドレインはファンに直接接続されます。また、ファンと並列にショットキーダイオードを使用して、カソードが+12 Vノードにあり、アノードがコレクターまたはドレインにあるようにします。ファンは誘導性負荷であり、トランジスタをオフにしたら、電流の経路を提供する必要があります。トランジスタのコレクタ/ドレインに過大な電圧が発生し、破壊する恐れがあります。

BJTを想定：ベース電流を制限するために、ベースと直列の抵抗のみが必要です。12 V（をと呼ぶことにします）でファンが消費する電流量と、トランジスタの（からへの電流ゲイン）を知る必要があります。この方法で抵抗を選択します。$I_{fan}$$\beta$$I_{base}$$I_{collector}$

$R_1 = \dfrac{V_{supply}-0.7}{10*\dfrac{I_{fan}}{\beta}}$

$V_{supply}$は3.3または5です。係数10は、BJTが線形領域で動作しないようにするために十分なマージンを持たせるためのものです。

テラクラボがバイポーラトランジスタに良い答えを与えてくれたと思います。適切な種類のFETを使用すると、次のようになります。

12 Vのような低電圧の場合、ゲートに5Vまたは3.3Vさえあれば十分にオンになるFETが利用可能です。これらは、ロジックレベル FET と呼ばれることもあります。次に、ゲートをCMOSデジタル出力から直接駆動できます。

ダイオードはFETを損傷しないために不可欠です。モーターは誘導性のように見えるので、スイッチをオフにしようとすると、結果として生じる逆電圧によって電流が最終的に0になるまで、電流を維持するために必要な電圧まで電圧が上昇します。これは、誘導性キックバックと呼ばれることもあります。ダイオードがなければ、そのキックバック電流は行き場がなく、FETドレインを高電圧に上昇させるため、FETは最終的にブレークダウンし、それによって電流が流れることができます。これはFETには適していません。ショットキーダイオードは高速であり、低電圧では適切な特性をすぐに利用できるため、ここでは良いアイデアです。

私があなたの質問を正しく理解していれば、PWMを使用して人工呼吸器全体の電力を制御しようとしています。

この場合、デューティサイクルを100％にすることでトランジスタがオンになり、12Vでベンチレータがオンになります。

http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_4.html

この問題の別の角度は、専用のPWM入力を備えたファンを使用することです。多くのサプライヤーがこれを標準機能として提供しています。

私の経験では、多くのブラシレスDCファンは、細断された入力電力での動作を好みません。RPMを細かく制御することはできません。専用のPWM入力を使用すると、速度を非常に細かく制御でき、デジタル入力（チョッピング電力ではない）を制御しているため、適度なMOSFETのみが必要であり、クランプダイオードは必要ありません。