Почему эта схема не может работать для индуктивной нагрузки?

9

Управление напряжением переменного тока с помощью MOSFET

Я использую аналогичную схему для управления скоростью вращения вентилятора переменного тока мощностью 60 Вт с использованием управления фазой. В отличие от TRIAC , подача на вентилятор осуществляется в начале цикла. Я думал, что это минимизирует шум переключения, обычно слышимый в элементах управления TRIAC.

ШИМ составляет от 0 до 10 миллисекунд. При низком ШИМ MOSFET сильно нагревается при индуктивной нагрузке, но не при резистивной нагрузке . Амортизатор с использованием конденсатора 0,1 мкФ и резисторов сопротивлением 100 или 39 Ом подключен к выводам истока и заземления MOSFET.

Что мне делать?

Mitz
источник
2
Может случиться так, что на индуктивной нагрузке фазовое соотношение между напряжением и током сдвинуто на 90 градусов, то есть, когда вы запускаете полевой МОП-транзистор при пересечении нуля, вероятно, что ток максимален и, следовательно, потери при переключении больше.
Энди ака
1
Это индуктивная нагрузка или асинхронный двигатель? Совершенно иные характеристики, особенно когда ротор остановлен (или на очень низкой скорости): ближе к короткому замыканию, чем к индуктору!
Брайан Драммонд
@ Брайан Драммонд: Это потолочный вентилятор переменного тока 230 В 50 Гц
Миц
проверить эту ссылку: freescale.com/files/microcontrollers/doc/ref_manual/DRM039.pdf привет Денис

Ответы:

5

Посмотрите эту статью AC PWM Dimmer for Arduino , в которой говорится:

начинаются проблемы, потому что он питает затвор от полевого МОП-транзистора напряжением, которое замыкается тем же полевым полевым МОП-транзистором. Другими словами, если MOSFET полностью открыт, напряжение постоянного тока, поступающее от выпрямителя, полностью замыкается. Поэтому на затвор больше не будет напряжения, и MOSFET снова заблокируется. Этот эффект может быть не столь очевидным из-за низкого рабочего цикла (= лампа низкой интенсивности) из-за присутствия С1, который будет некоторое время сохранять заряд и получит новый заряд благодаря низкому рабочему циклу, но при 25 -80% рабочего цикла, напряжение на С1 больше не может поддерживаться, и лампа может начать мерцать. Хуже всего то, что в моменты, когда напряжение на затворе падает, на некоторое время МОП-транзистор все еще будет проводящим, но не будет полностью насыщенным: он будет медленно падать от своего номинального 0. 04 Ом сопротивление бесконечному сопротивлению, и чем медленнее это происходит, тем выше мощность, которая должна рассеиваться в MOSFET. Это значит много тепла. МОП-транзисторы - хорошие выключатели, но плохие резисторы. Их нужно быстро включать и выключать. В настоящее время схема в большой степени полагается на D1, чтобы поддерживать напряжение на затворе T1 в приемлемых пределах, в то время как напряжение колеблется между 0 Вольт и полным пиком. В пике выпрямленное напряжение составляет 230x1,4 = 330 В. Среднее выпрямленное напряжение составляет 230x0,9 =. 207V

Если на время забыть о сглаживающем эффекте конденсатора и предположить, что оптопара полностью разомкнута, среднее напряжение на конденсаторе составит 22/88 * 207 = 52 Вольт, а в пике 22/88 * 330 = 83 Вольт. Это не из-за D1 и того факта, что MOSFET закоротит напряжение.

Если оптрон не находится в состоянии насыщения, а его полное сопротивление, следовательно, бесконечно, конденсатор C1 будет заряжаться до полного выпрямленного напряжения, если не для D1. В среднем 3 мА будет протекать через R3, R4 и R5 (207-10) / 66k, что равняется потребляемой мощности 0,6 Вт в резисторах R3, R4, R5

Хамид Сафари
источник
4

Прежде всего, эта схема не может использоваться для управления индуктивными нагрузками. T1 переключается асинхронно с частотой сети, и это может привести к постоянному току. Причина того, что вы можете увидеть этот эффект при низком ШИМ, заключается в том, что напряжение на D1 остается тем же (10 В) до примерно 90% диапазона рабочих циклов. Таким образом, T1 проводит немного дольше, чем вы ожидаете от ШИМ. При большем рабочем цикле напряжение падает, и Т1 начинает проводить достаточно.

Кроме того, демпфер рассеивает энергию в виде тепла. Снуббер будет иметь разную эффективность на разных частотах. Вам нужно выбрать значения R и C, чтобы они соответствовали частотам, с которыми вы хотите работать.

GR Tech
источник
@ GR Tech: Есть идеи изменить эту схему для индуктивной нагрузки?
Миц
ХОРОШО. Я могу понять. Это схема с минимальным количеством компонентов, дешевая и хорошая НО для переключения света, поскольку вы точно не знаете, когда включать / выключать нагрузку. Идея состоит в том, чтобы исключить D1C1 и добавить последовательно катушку индуктивности к затвору T1, чтобы включить его на 90 градусов, когда напряжение достигает своего пика ..... ИЛИ заменить T1 на coolMOS, такой как 20N60S5 .... ИЛИ используйте опцию пересечения нуля, т. е. MOC3031M. Извините, но у меня нет времени паять все выше. Просто идея!
GR Tech
упс ... время редактирования прошло ... но вы можете посмотреть здесь techome.de/manuals/85829_DI200AB_KM_UM.pdf
GR Tech
1
Если частота ШИМ намного выше, чем в сети, я не думаю, что постоянный ток будет представлять проблему; более серьезная проблема, которую я вижу, заключается в том, что индуктивные нагрузки необходимо переключать между режимами «ток течет через питание к нагрузке и обратно к питанию» и «ток течет через нагрузку, обходя питание». Обратный диод может обеспечить эту последнюю функцию при управлении нагрузкой постоянного тока, но по понятным причинам не будет работать с переменным током.
суперкат
1

Для индукторов,

Взнак равноLdяdT

ШИМ представляет собой двухпозиционный выключатель, и мгновенное отключение тока питания от индуктора приведет к созданию огромного обратного напряжения, которое, скорее всего, сломает ваш полевой МОП-транзистор.

Pyxzure
источник
2
Вы понимаете, что это приложение переменного тока, а не DC, верно? Куда бы вы положили такой диод?
Дэйв Твид
@ Энди ака: Как я уже говорил, для резистивной нагрузки MOSFET это круто. Даже при высоких широтах MOSFET отлично подходит для индуктивной нагрузки. @ Pyxzure: Поскольку эта индуктивная нагрузка использует переменный ток, я не уверен в использовании обратного диода. Если возможно, пожалуйста, покажите схему.
Миц
Извините, удалено во избежание недоразумений
Pyxzure
1

схематический

смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab

Рис. 1. Схема, урезанная до существенного пути тока с полевым МОП-транзистором, представленным переключателем и реорганизованная для ясности.

Рисунок 1 может помочь понять проблему.

  • T1 представлен SW1.
  • Когда L положительный, а T1 включен, ток течет через D3 и D4 к лампе. (Рисунок 1b.)
  • Когда L отрицателен, а T1 включен, ток течет через D2 и D5 от лампы. (Рисунок 1с.)

В схеме постоянного тока на рис. 1б диод-заглушка должен быть подключен параллельно с LAMP2 и направлен вверх (анод к N). Рисунок 1c будет иметь направление вниз (катод к N). Должно быть ясно, что у нас не может быть диода, указывающего в обоих направлениях, и поэтому мы не можем использовать демпфирующий диод для индуктивной нагрузки.

Вы могли бы использовать демпфер RC, но у нас недостаточно информации, чтобы помочь вам в этом.

транзистор
источник
0

Если вы используете это для управления индуктивной нагрузкой, вы, скорее всего, пожарите T1.

Когда сигнал ШИМ понижается, T1 будет пытаться прерывать ток, пока нагрузка пытается его поддерживать. Результат: высокое напряжение будет наведено, пока что-то не сломается.

Вы можете использовать стабилитрон с большой задницей (фактически лавинный диод) через транзистор в качестве демпфера. Это ограничит напряжение обратной ЭДС от нагрузки до безопасного уровня.

Было бы неплохо иметь некоторую емкость параллельно индуктивной нагрузке.

Оскар Ског
источник
-2

Этот диммер выводит выпрямленное переменное напряжение, которое в основном является нефильтрованным постоянным током. Ток индуктивной нагрузки с источником постоянного тока ограничен только сопротивлением катушки. Это создает сильный ток через компоненты, что вызывает перегрев и в конечном итоге разрушение двигателя и Mosfet.

Эли Хаванд
источник
Улучшите свой краткий ответ, включив в него проблемы с фазовым сдвигом в некоторых двигателях для вращения, обратной ЭДС, и для правильной работы требуется синусоида. Диммеры и многие схемы ШИМ плохо работают с однополюсными двигателями переменного тока.
Sparky256
1
« Этот диммер выводит выпрямленное переменное напряжение ... ». Нет, это не так. МОП-транзистор находится внутри выпрямителя, но нагрузка находится вне его и получает питание переменного тока. Редактировать требуется. Проследите, как течет ток на каждом полупериоде. Добро пожаловать в EE.SE.
Транзистор