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Electrónica => Electrónica Geral => Tópico iniciado por: Kristey em 27 de Fevereiro de 2017, 12:35
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Boas,
Estou aqui com um problema pratico que sei que vai funcionar mas não sei explicar a teoria nem provar por cálculos o porque de funcionar.
Tenho um mosfet para fazer o ON/OFF de uma bobine actuando na Gate com 5V de uma PIC:
(https://lusorobotica.com/proxy.php?request=http%3A%2F%2Fi.stack.imgur.com%2Fp6WtJ.png&hash=d6adf07271c703580edab1fc56e8b14719896fbd)
Mosfet N: IRFU3518
http://www.mouser.com/catalog/specsheets/international%20rectifier_irfr3518pbf.pdf (http://www.mouser.com/catalog/specsheets/international%20rectifier_irfr3518pbf.pdf)
Bobine:
12V, 27ohm -> ou seja tenho de fazer passar uma corrente de aproximadamente 0,5A
Antes eu ia à tabela do Vgs por Id e via na cuva para 5V e via se a corrente era suficiente.
É suficiente? (Penso que tenho de analisar mais coisas)
Mas agora tenho de fazer o circuito equivalente da bobine e do mosfet (Serie da resistência da bobine com RDS [27 ohm + 29mOhm])
Se eu calcular a tensão VDSvejo que a tensão dos 12V caem todos na bobine.
E dessa forma se for ao datasheet aos gráficos do VDS por ID, não vou ter corrente suficiente pois tenho um VDS de 0,01V
Ou seja nao estou a perceber como é que provo teoricamente que este mosfet vai servir, para actuar esta bobina, com 5V na Gate!
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Eu nao percebo nada de electronica analogica. A cadeira de Mosfets foi a ultima a fazer na universidade :O
No entanto acho que sou capaz de responder às tuas duvidas (se bem que nao entendi muito bem a pergunta ou a duvida)
Nao entendo nada disso, mas neste caso so precisas de saber:
- Qual a tensao de alimentacao do rele
- Qual a corrente do rele
Para a questao 1., a resposta na datasheet esta aqui:
Drain-to-Source Voltage 80 V
Para a questao 2., a resposta na datasheet esta aqui:
ID @ TC = 25°C Continuous Drain Current, VGS @ 10V 38
ID @ TC = 100°C Continuous Drain Current, VGS @ 10V 27 A
Ou seja, esse MOSFET aguenta até 27 A continuos para as condicoes exemplificadas.
> Ou seja nao estou a perceber como é que provo teoricamente que este mosfet vai servir, para actuar esta bobina, com 5V na Gate!
Se nao estaou em erro, isto responde à tua pergunta:
VGS(th) Gate Threshold Voltage 2.0 ––– 4.0 V VDS = VGS, ID = 250µA
Porque 5V é maior que o maximo threshould 4V.
Esta é a resposta simples.
A resposta mais complicada passaria por sugerir que aumentasses o Vgs:
- Tentasses usar a tensao de alimentacao da bobine aplicada na gate (< 20V)
Isso melhora o estado de saturacao e dissipa menos calor.
Depois disso, as contas sao feitas tendo em conta a corrente que vai passar / consumir e as caracteristicas do mosfet (maxima dissipacao... temperatura nas juncoes..etc)
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Tás a ler mal o gráfico.
O que o gráfico te diz é que para determinada corrente qual é que vai ser o teu VDS.
Como a tua corrente máxima (se o VDSfosse 0) é de menos de 0,5A (12V/27Ohm da bobine), e o gráfico para um VGS de 5V começa com uma corrente de pouco mais de 1A, é garantido que o VDS vai ser inferior 0.1V. Quanto não podes determinar pelo gráfico porque estás a puxar pouca corrente. Logo está demonstrado que funciona 5*.
Para determinares o VDS num circuito que gasta mais corrente o que fazes é desenhar uma linha com a corrente que é pedida ao MOSFET conforme o valor do VDS, e onde essa linha intersetar a linha que está no gráfico (passa de cima da linha do gráfico para baixo), é a tensão de VDS que vais ter em funcionamento.
Agora vou almoçar, mas se quiseres uma explicação mais detalhada com um desenhinho, pede que logo faço :D
Edit: Adicionei o grafico que deves estar a falar e a que me refiro. Por exemplo se tivesses uma carga de corrente constante de 0,5A e um VGS de 4.5V, o teu VDS rondaria 0,7-0,8V (ponto onde cruza a linha dos 4.5V e os 0,5A).
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Só por curiosidade, porque como disse nao percebo nada disto :P, porque é que precisam de saber o Vds para este caso (ou outros)?
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Acho que é só uma forma alternativa a olhar para a resistência do canal. Eu olharia apenas para a resistência, costuma haver outro gráfico com isso. Depois dava-lhe um ajuste por causa da temperatura (costuma haver outro gráfico para isso). Também podes olhar para o gráfico do SOA para confirmação adicional.
Se calhar queres uma resistência em série com a gate, que o gajo liga/desliga depressa e depois cria-te transientes grandes nas inductâncias parasitas do layout.
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Só por curiosidade, porque como disse nao percebo nada disto :P, porque é que precisam de saber o Vds para este caso
Isso tens de perguntar ao Kristey :D
(ou outros)?
Isso já posso ajudar. Para mim só tem interesse quando começas a trabalhar com cargas mais "pesadas", senão estás sempre bem metido na saturação e não varia muito.
O mais típico será para calcular a potência dissipada pelo MOSFET em condução, e assim saber se é necessária dissipação extra e capacidade térmica do dissipador para não queimar.
Outra situação é para saber se vais precisar de um driver para a gate do MOSFET, ou se o nível lógico do IC basta. Por exemplo no MOSFET dado se tiveres uma carga de 10A com 5V de VGS vai queimar (não interseta a linha no gráfico e está sempre acima dela), mas se meteres um driver que suba o VGS para 5.5V dissipas: 10A*0.35V=3.5W (3.5V tirado do gráfico), e com um dissipador para que não aqueça demasiado já não queima.
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Mesmo assim não precisas do Vds, Pd = I^2 x R, é o que uso com MOSFETs. É mais uma questão de preferência, acho eu.
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Tanto faz, cada um escolhe o caminho que gostar mais. Convém até saber mais que um método porque nem sempre as datasheets vem com um conjunto completo de gráficos.
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Isso já posso ajudar. Para mim só tem interesse quando começas a trabalhar com cargas mais "pesadas", senão estás sempre bem metido na saturação e não varia muito.
O mais típico será para calcular a potência dissipada pelo MOSFET em condução, e assim saber se é necessária dissipação extra e capacidade térmica do dissipador para não queimar.
Outra situação é para saber se vais precisar de um driver para a gate do MOSFET, ou se o nível lógico do IC basta. Por exemplo no MOSFET dado se tiveres uma carga de 10A com 5V de VGS vai queimar (não interseta a linha no gráfico e está sempre acima dela), mas se meteres um driver que suba o VGS para 5.5V dissipas: 10A*0.35V=3.5W (3.5V tirado do gráfico), e com um dissipador para que não aqueça demasiado já não queima.
Pois, por isso é que falei no meu post em colocar o Vgs mais alto para ficar bem saturado e suportar a corrente maxima.
Se considerar que o meu Vgs está sempre ao maximo possivel, entao "basta" ter em orientacao a corrente e ver se está dentro do limite do grafico permitido.
Para calculo da dissipacao: P = R * I^2, <- aqui usa-se o RdsOn.
(este valor da Potencia é usado para ver se o aquecimento fica nos limites de funcionamento do package)
btw, acho que esse MOSFET é demasiado sobredimensionado para usar com 12V 0.5A
nao?
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Pode ser um pouco sobre-dimensionado mas as specs dos MOSFETs enganam pa caraças...
Sabes como é que eles mantêm um package daqueles a 25ºC para os testes enquanto dissipam os 100W que indicam na datasheet? Há uma APPNOTE da IRF sobre isso, e tem qualquer coisa a ver com ter um fluído a evaporar ("nucleated boiling" ou coisa do género). Na prática vais ver e se calhar esse FET serve para 10A com dissipador. Quantos A achas que umas patinhas daquelas aguentam antes de ficarem a ferver (e passar a temperatura ao silício que depois aumenta a Rds)? E os bound wires que ligam as patas ao silício? Muito há a dizer sobre isso.
A 80ºC no silicio desse MOSFET o Rds é 1.5x o Rds máximo a 25ºC.
update: Olha o gráfico que o jm deixou. Agora imagina, para 10A, já precisas de um Vgs >= 5.5V, mas vamos para o melhor caso, 15V. O Vds para 10A são pouco mais de 0.2V, portanto > 2W a dissipar. Se não tiveres nenhum dissipador, com uma resistência térmica de 110ºC/W (junctio2ambient), diz-me lá a qtos ºC está o silicio acima da temperatura ambiente... e isto é não corrigido para a temperatura, porque o gráfico é a 25ºC....
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btw, acho que esse MOSFET é demasiado sobredimensionado para usar com 12V 0.5A
nao?
Teóricamente até pode estar, mas na prática tens outras variáveis a ter em consideração que se podem sobrepor, como o preço (nem sempre os componentes mais "potentes" são os mais caros), margem de segurança (podes querer um dia mudar o relé), disponibilidade (um componente em stock é sempre melhor que um no distribuidor), e eventualmente outras que me estou a esquecer.
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Pode ser um pouco sobre-dimensionado mas as specs dos MOSFETs enganam pa caraças...
A informacao está la toda, nao vao enganar as pessoas com os dados :)
ou entao a engenharia electronica usava componentes com datasheets com fake facts (esta na moda fake facts :O)
Para aplicacoes mais simples (como exemplo e tipico on/off switching a baixa frequencia e baixos Amp) é mais facil estarmos descansados no caso de se usar um componente com uma boa margem.
Em coisas mais complicadas (eg: cargas pesadas, switching para fontes..etc) entao é preciso ir aos detalhes todos :S
update: Olha o gráfico que o jm deixou. Agora imagina, para 10A, já precisas de um Vgs >= 5.5V, mas vamos para o melhor caso, 15V. O Vds para 10A são pouco mais de 0.2V, portanto > 2W a dissipar. Se não tiveres nenhum dissipador, com uma resistência térmica de 110ºC/W (junctio2ambient), diz-me lá a qtos ºC está o silicio acima da temperatura ambiente... e isto é não corrigido para a temperatura, porque o gráfico é a 25ºC....
Pronto, mas ele so precisa de 0.5A nao de 10A :)
Mas para o caso dos 10A, 0.029×10×10 = 2.9W
Junction-to-Ambient 110 * 2.9W 319ºC
Como o maximo da Tj é 175ºC entao nao funciona neste caso :)
Nota: a este valor ainda se teria de somar a temperatura ambiente. E nao se entra com o derating to Rds
Fazendo a conta ao contrario, para saber quantos A aguenta sem dissipador:
(175-Ta=25) / 110 = 1.36W
6,8A
mas considerando o derating do Rds:
1.36/(0.029*2.5) = I^2
I = 4,3A
bom.. a informacao está toda la.. como dizia o outro Engenheiro "é fazer as contas" :P
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Teóricamente até pode estar, mas na prática tens outras variáveis a ter em consideração que se podem sobrepor, como o preço (nem sempre os componentes mais "potentes" são os mais caros), margem de segurança (podes querer um dia mudar o relé), disponibilidade (um componente em stock é sempre melhor que um no distribuidor), e eventualmente outras que me estou a esquecer.
True... mas nao sabemos essas variaveis :)
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Enganam à 1ª vista.... tá lá tudo, claro... mas tens que cavar, as 1ªs 2 páginas têm mto engodo.
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A pergunta era mais para saber como é porque usar aquele mosfet. Nos BJTs sei a corrente que preciso, então ic=Beta*ib
E assim cálculo qual a corrente que preciso isso de dar na base.
Para os mosfet já percebi que a escolha é ver se aguenta.
Contudo:
Já aprendi pelo menos isso da potência e da dissipacao.
Só não percebi ali aquelas contas em que relacionam os Watts dissipados com os graus de temperatura.
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o chip só aguenta funcionar ate uma temperatura.. se meteres o chip num sitio mt quente essa temperatura soma à temperatura dissipada pelos W.
na datasheet diz quanto é q a temperatura na junção sobe por cada Watt e diz qual é o maximo que essa temperatura pode ser.
iato quer dizer que se a tua temperatura ambiente for muito alta.. entao nao vais poder usar toda a capacidade em Watts do chip..
isto tb está relacionado como o chip faz a dissipação (p o ar ou dissipador)
a datasheet da todos estes valores p os diferentes cálculos
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A pergunta era mais para saber como é porque usar aquele mosfet. Nos BJTs sei a corrente que preciso, então ic=Beta*ib
E assim cálculo qual a corrente que preciso isso de dar na base.
Para os mosfet já percebi que a escolha é ver se aguenta.
Nos BJT também tens que ter em conta a dissipação... ou achas que ele aguenta todo o (Vce(sat) x Ic + Vbe x Ib) que lhe quiseres dar ;) ?...
Tem também em conta que estamos a falar de casos relativamente "estáticos". Se é para usar "em PWM", há outros termos a contribuir (significativamente) para o aquecimento (do FET ou do BJT/IGBT).