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Autor Tópico: Dimensionar mosfet  (Lida 942 vezes)

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Offline Kristey

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Dimensionar mosfet
« em: 27 de Fevereiro de 2017, 12:35 »
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:


Mosfet N: IRFU3518
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!
« Última modificação: 27 de Fevereiro de 2017, 12:51 por Kristey »

Offline KammutierSpule

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #1 em: 27 de Fevereiro de 2017, 12:55 »
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)

Online jm_araujo

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #2 em: 27 de Fevereiro de 2017, 13:01 »
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).
« Última modificação: 27 de Fevereiro de 2017, 14:21 por jm_araujo »

Offline KammutierSpule

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #3 em: 27 de Fevereiro de 2017, 15:00 »
Só por curiosidade, porque como disse nao percebo nada disto :P, porque é que precisam de saber o Vds para este caso (ou outros)?

Offline Njay

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #4 em: 27 de Fevereiro de 2017, 15:10 »
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.
« Última modificação: 27 de Fevereiro de 2017, 15:15 por Njay »

Online jm_araujo

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #5 em: 27 de Fevereiro de 2017, 15:20 »
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

Citar
(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.
 

Offline Njay

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #6 em: 27 de Fevereiro de 2017, 15:22 »
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.
« Última modificação: 27 de Fevereiro de 2017, 15:25 por Njay »

Online jm_araujo

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #7 em: 27 de Fevereiro de 2017, 15:30 »
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.

Offline KammutierSpule

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #8 em: 27 de Fevereiro de 2017, 16:00 »
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?

Offline Njay

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #9 em: 27 de Fevereiro de 2017, 16:17 »
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....
« Última modificação: 27 de Fevereiro de 2017, 16:40 por Njay »

Online jm_araujo

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #10 em: 27 de Fevereiro de 2017, 16:33 »

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.

Offline KammutierSpule

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #11 em: 27 de Fevereiro de 2017, 17:55 »
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

Offline KammutierSpule

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #12 em: 27 de Fevereiro de 2017, 17:57 »
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 :)

Offline Njay

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #13 em: 27 de Fevereiro de 2017, 18:49 »
Enganam à 1ª vista.... tá lá tudo, claro... mas tens que cavar, as 1ªs 2 páginas têm mto engodo.

Offline Kristey

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Re: Dimensionar mosfet
« Responder #14 em: 06 de Março de 2017, 03:37 »

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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