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12/10/2010 #1

Avatar de martincruz

Cálculo mosfet para PWM
Si bien hay bastante información sobre este tema me gustaría centrarme solamente en un punto, que son los mosfet. Yo estoy intentando construir un controlador para un motor de 12V de aproximadamente 10hp. Lo que hace que necesite manejar una corriente asquerosamente alta (Llegaría a los 600A). Hice en primera instancia el circuito que adjunté, la verdad funciona bastante bien, pero en la prueba que hice hace trabajar al mosfet demasiado tiempo en la zona lineal y disiparon tanto calor que literalmente se prendieron fuego. Esto me llamó mucho la atención, ya que por mi inexperiencia no lo había tenido en cuenta. Entonces leyendo vi que hay que usar un IR2110 para hacerlos trabajar al corte y saturación y así poder usar el máximo potencial de los mosfet. En primer lugar todavía no se bien como usar el IR2110 si alguien me ilumina sobre el tema sería genial, pq en el datasheet aparece un circuito típico, pero me parece que no me sirve porque es como el que usan las fuentes conmutadas, entonces calculo que tengo que usar solo la parte de arriva, pero no se en fin.
Y el segundo tema es que yo estaba usando unos mosfet IRFP064N los cuales tienen una resistencia interna de 0.008, manejan 110A y pueden disipar una potencia de 200W. Mirando los IRF1404, tienen un empaquetado mas chico (lo que me sorprendió), vi que pueden manejar 202A, resistencia interna de 0.004 y pueden disipar 333W. Por lo que me voy a inclinar a usar 4 de estos en la siguiente prueba. La duda en esto se genera a partir de cómo puedo calcular la potencia que se va a disipar en los mosfet usando el IR2110 para así decidir si es viable o no, porque no me gustaría volver a gastar varios pesos para que se prendan fuego. La otra opción es usar un IGBT pero son muy caros y le estoy esquivando a esa opción. Desde ya gracias a cualquier ayuda. Saludos
12/10/2010 #2
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Los Mosfets tenés que manejarlos con onda cuadrada , sinó disipan una monstruosidad de corriente . En general se utiliza algo de +12V para saturarlos.

El datasheet del transistor que utilices tiene un gráfico que se llama SOA (Área Segura de Operación) , dónde intervienen el voltaje , la corriente , y el tiempo de conmutación.

¿ Tu motor debe variar las rpm y girar en un solo sentido o en ambos ?

Saludos !
12/10/2010 #3

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
No hace falta que gire en ambos sentido, solo en uno, asique en ese sentido es menos complicado. Influye mucho la resistencia de gate con lo que valla a disipar el mosfet o es solo para limitar la corriente o algo así? Tenes idea de como utilizar bien el IR2110 para estos fines. Muchas gracias por tu rápida respuesta

Estuve mirando el datasheet y no sale el gráfico que mencionas, pero puede ser que este los llame Typical Output Characteristics?
12/10/2010 #4
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Datasheet - IRF1404 -

Página 4




Saludos !
Imágenes Adjuntas
Tipo de Archivo: gif IRF1404-SOA.GIF (34,1 KB (Kilobytes), 1089 visitas)
12/10/2010 #5

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Soy un pavo, genial. Ahora estoy tratando de usarlo, y por lo que veo tendría que medir la diferencia de potencial entre drain y source que a mi parecer debería ser muy poca, y mirando con un osciloscopio que frecuencia meto yo en gate,los gráficos me darían el límite de corriente que puedo manejar verdad?

O también podría pensar el gráfico que mientras más frecuencia tengo, menos diferencia de potencial voy a tener entre drain y source y más corriente voy a poder manejar? Ahora, el IR2110 no sube ninguna frecuencia no? que es bien lo que hace? Gracias saludos. Me esta sirviendo mucho tu ayuda
14/10/2010 #6

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Tengo muchas dudas con el IR2110, usandolo, me aseguro de que el mosfet va a trabajar al corte y la saturación? En mi circuito si no me equivoco el que genera las ondas es un LM324 dice: Wide bandwidth (unity gain) 1 MHz, eso quiere decir que puede hacer swichear a los mosfet con esa frecuencia? Y por último, no se como intercalarle el IR2110 y no se si necesita una cada mosfet o uno sirve para todos... Cualquier info que encuentre también la subo. Saludos
14/10/2010 #7

Avatar de cosmefulanito04

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
LM324 dice: Wide bandwidth (unity gain) 1 MHz
Ese es el ancho de banda del operacional a lazo unitario (ganancia = 1). Pero eso solo se aplica en señales senoidales, NO CUADRADAS.

De todas formas, ese factor no te modifica en nada, ya que hacer PWM a esas frecuencias deja de ser util por un tema de potencias. Normalmente el PWM se realiza con frecuencias del orden del kHz, 1kHz a 100kHz (como muuucho).

no se como intercalarle el IR2110 y no se si necesita una cada mosfet o uno sirve para todos...
La salida del LM324 debera tener la tension adecuada para conmutar el mos entre corte y saturacion, luego, usando una resistencia de bajo valor al gate de cada mosfet los polarizas por tension (la resistencia lo pondria para evitar que las gates de los transistores esten en corto entre si).

Con eso deberia funcionar.
15/10/2010 #8

Avatar de narcisolara_21

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Para trabajar Mosfet con PWM hay que tener presente varios parametros:
1.- El rating (ID current) que muestra el Datasheet no te sirve, ya que esta basado en corriente continua.
2.- El SOA Tampoco sirve mucho ya que la mayoría de los fabricantes lo hacen con un solo pulso a un Duty cycle =< 1.5%
3.- Protección no necesitaras para 600A?
4.- Genera el PWM con el 555, o algo mejor.
5.- El Rds(on) del Datasheet es casi igual al punto #2, y aumenta a medida que sube Tj (Junction Temperature),@Tj 100ºC se multiplica casi x 2
etc..

Suponiendo que usas cuatro Mosfet y el Duty cycle=50%, la corriente promedio del mosfet es Id=600/4*0.5=75A y la potencia disipada por el mosfet seria de Pmosfet=Id^2*Rds(on)=75^2*0.004=22.5W
Si aumentas el duty cycle a 90%, Pmosfet=72.9W.
Y estoy suponiendo que Ta=25ºC y Rds(on)@25ºC, Te recomiendo usar IGBT.

Busca mas Información técnica en Internet...
15/10/2010 #9

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Muchas gracias por la info. Le estoy tratando lo más posible de escaparle a la compra de un IGBT ya que su precio es bastante elevado, haciendo el intento con mosfet no gasto ni la mitad, y ya que es un proyecto que estoy costeando yo, es un factor muy importante. Ahora quiero entender: Como puedo saber cuanta corriente puedo manejar con el mosfet si la Id no me sirve? Es posible manejar esto con mosfet, o voy a seguir tirando plata? En caso de ser posible, uso o no uso el IR2110? Porque tengo entendido que este integrado, me asegura de hacer traajar al mosfet al corte y la saturación, que es lo que yo necesito.... De verdad muchas gracias por su ayuda

PD: Algun lugar donde encontrar buna información de esto?
15/10/2010 #10
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Bajate el datasheet del IR2110 y miralo bién !

Saludos !
15/10/2010 #11

Avatar de narcisolara_21

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Te sirve el IR2110?, depende mas que todo la frecuencia a usar, te recomiendo una frecuencia baja un compañero del foro dijo esto:
El rango de 5Khz hasta 15Khz es muy bueno pero ojo si es para trabajo pesado (cargas de torque constante) se recomiendan frecuencias de 5 Khz por dejado pero con el sacrificio del ruido audible.Si vas a usar frecuencias por encima de 10 Khz y tiempos de desaceleracion muy cortos (por debajo de 5 seg) se requiere un sistema de frenado dinamico por resistencia para mitigar la regeneración de voltaje generada por el motor que puede causar daños en la etapa de potencia de tu circuito.
Mientras mas baja sea la frecuencia las perdidas de conmutación son menores, y se podría jugar con el Fall/Rise time, y la corriente necesaria para las Capacitancias parásitas serían menores y sería posible manejar mosfet en paralelo con el IR2110.
Un ejemplo:
Mofet elegido IRF1404
Ciss= 5669 pF (Input Capacitance)
Crss= 223 pF (Reverse Transfer Capacitance)
C1=Ciss y C2=Crss
tr= 50nS (gate rise time)
dt=tr
Vdc=12

I1=(C1x10)/tr-----> Corriente C1
I1=((5669x10^-12)x10)/(50x10^-9)= 1.14A
I2=C2x(Vdc+10)/dt ----> Corriente C2
I2= (223x10^-12)x(12+10)/(50x10^-9)=0.1A
Ig=I1+I2=1.14+0.1= 1.24A Corriente total
Ecuaciones. Abraham I. Pressman

Suponiendo que la frecuencia es de 5Khz el periodo sería de 200uS, se podría elegir un rise time mas alto, si a 100 Khz recomiendan un rise time de 50nS, se podría elegir 150nS para empezar, claro teniendo presente las perdidas de conmutación, se podrían manejar 8 Mosfet con el IR2110 4 por salida, solo es ir probando, el IR2110 provee 2A por salida
15/10/2010 #12

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Excelente información narcisolara_21, voy a investigar más sobre lo que has puesto. Cualquier cosa te aviso. Entonces con una fracuencia de 5Khz podría manejar los mosfet en paralelo. El control de PWM que subí no tengo ni idea que frecuencia maneja, pero el hermano de un amigo me va a prestar un osciloscopio y voy a medir la frecuencia, y sacar esas cuentas. gracias a sido de mucha ayuda tu información saludos.
15/10/2010 #13

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Cuento lo que tengo pensado hacer: Mañana voy a comprar 4 IRF1404, y un IR2110. Voy a medir la frecuencia de mi viejo control de PWM el que va a manejar al IR2110 y lo voy a dejar en 5KHz (o me conviene llevarlo a 100KHz como en el calculo de narcisolara_21?). Viendo en el datasheet del IR2110 me fije y voy a usar la parte de Ho digamos. Lo alimento con 12V por la pata 9 (Vdd), la pata 11 y 13 (SD y Vss respectivamente) a masa. Por la pata 10 (HIN, la que maneja la salida de Ho) entra la señal del PWM que ya tengo o el que haré de 5KHz. La pata 7 (Ho) al los 4 Mosfet en paralelo. La pata 6 (VB) toca a través de un cap de 100nF el drain de los mosfet; La pata 5 (Vs) toca directamente la salida de drain de los mosfet. La pata 3 (Vcc) va a 12V, y la pata 2 a masa y entr la pata dos y tres unos capacitores de 100uF y uno de 100nF. En principio voy a probar esto con baja potencia, algun motor chiquito y después con el grande.
Alguien tiene alguna objeción? Les parece bien? Funcionará?
Gracias Saludos
15/10/2010 #14

Avatar de narcisolara_21

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Lo de 100khz es un ejemplo para un rise time de 50nS, usa 5Khz o menos, Las entradas Hin y Lin pueden tener la misma señal por lo tanto HO y LO se activaran al mismo tiempo, Vcc y Vb van juntos ya que trabajará de forma sencilla no en fuente flotante, lo mismo que Vs y COM.
Si te fijas en el Functional Block Diagram del Datasheet veras que las salidas son simples driver Totem pole
15/10/2010 #15

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Genial entonces. Mañana compro las cosas, hago las pruebas y te cuento como me fue. Muchas gracias tus comentarios han sido de mucha ayuda
16/10/2010 #16

Avatar de narcisolara_21

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
En vez de usar el IR2110 podrías hacer driver totem-pole con transistores BD139/140, creo que saldría mas económico que el integrado y como la frecuencia no es muy alta no habría problema, y tendrías unos 3A de corriente pico.
16/10/2010 #17

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Huy ya lo compre al IR2110, pero igual gracias y voy a buscar información sobre el driver totem-pole, hay que aprender... El IR2110 aca en Argentina Mendoza donde yo vivo cueta $18, es caro, pero nada del otro mundo, un trgo en un boliche es mas caro que eso; y si es seguro y me va a servir, vale la pena. muchas gracias. En la casa de electronica no tenian los IRF1404, pero me dijo que el martes le llegan, asique voy a tener que esperar, te aviso cuando los tenga y pruebo. Saludos

Ahi estube viendo que es un driver totem-pole y sería como transitorizar la base, o sea a través de transistores potenciar la señal de la base. En verdad si es mucho mas barato, es buena idea. Igual voy a probar con el IR2110, además ya lo compre, gracias buen aporte
16/10/2010 #18
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Acordate que no podés sacarle 50 amperes al transistor que la hoja de datos diga 50 amperes , tenés que ver el SOA
20/10/2010 #19

Avatar de martincruz

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Ya tengo los 4 IRF1404, mañana seguro me pongo y el viernes tengo una cita con un osciloscopio jaja Alguien tiene la formula para calcular las resistencias de gate? Es alguna especial? o solo ley de ohm? me voy a poner a buscar como se hace para calcularla si alguien lo tiene a mano lo agradezco, pruebo y comento como me fue saludos
20/10/2010 #20
Moderador general

Avatar de DOSMETROS

Respuesta: Cálculo mosfet para PWM
Estoy segurísimo que en éste post . . . en algún lado explican las ventajas y desventajas de una resistencia de gate baja o alta y sus efectos sobre la temperatura del transistor o del inductor.

Ampli HighEnd ClaseD UCD de 25W a 1250Wrms sólo con 2 mosfets N

A leer MUCHO .

Saludos !
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