Mosfet, controlador por tensión? mentira!

[chclau]

El ton no depende de la frecuencia, el MOSFET no "sabe" que le estas haciendo PWM, para el solo existe el encendido y el apagado.

 

[ruben90]

Eso lo entiendo, pero si afecta las capacitancias parásitas, por el tiempo de carga y descarga. Mejor me quito la duda y pruebo. A ver si se calienta el mosfet o no.

Es que me entró la duda, arme el circuito para f = 1Mhz, con 2 transistores en totem, y no se calento.
Pero si lo armó con f = 1kHz y tomando un ton = 100us, no necesitaría esos transistores, ya que la señal del microcontrolador sale lo más cuadrada posible y con Vgs = 5V, ya se satura completamente el IRFZ44N.

Quedará pendiente...

 

[seaarg]

Desde mi poca experiencia, 5V no son suficientes para encender "correctamente" el IRFZ44N

El VGS max es de 4V, de acuerdo, pero si miras el grafico de la curva VGS vs Corriente veras que a 4.5V solo puede conducir ~10 Amperes, lo que es "poco" y lento.

No puedo asegurarlo 100% pero estoy casi seguro que termina disipando mucha potencia (calor)

Con solo 2 transistores en totem-pole, configurados como seguidor-emisor, vas a tener en la salida la misma amplitud de entrada. Si lo activas con 5V, los transistores daran 4.4V aprox con mas corriente que el micro, eso si.

Si los tiempos de conmutacion te lo permiten, yo pondria los 2 totem-pole a 12V manejados por un NPN con pull up de unos 560 ohms a 12v y la base de este al micro con una resistencia en serie de, digamos de 1K. Esta solucion me ha funcionado bastante bien en lo personal.

Para chclau: correcto, el ton dependera tanto de voltaje como de corriente y rdsOn. Lo que intentaba decir antes es que, supongamos una aplicacion donde el mosfet es una llave que no conmuta rapido, podrias manejarlo sin problemas con poquisima corriente y si, tardaria en encender por lo que calentaria pero como no enciente / apaga rapido el efecto no se notaria. Una vez cargado el gate esta encendido.

 

[chclau]

La disipacion del Mosfet es solo durante la conmutacion. ton y toff no depende de la frecuencia del PWM, pero la disipacion, si. A mucho menor frecuencia con igual ton y toff la disipacion sera mucho menor

 

[eL1ct]

Yo tambien consideraria que 5v no es suficiente para el IRFZ44N, aunque las caracteristicas de conduccion pudieran ser suficientes, en la conmutacion podrias tener problemas... algo parecido se comento por aqui

chalau, lo que dices es cierto, algo parecido seria decir, que cuanto menos conmutes en un segundo (o en el tiempo en general) menos perdidas (de potencia) de conmutacion tendras. Pero, tambien existen perdidas por conduccion, los cuales, en los MOSFET suelen ser mas importantes, ya que si los conmutas muy rapido, tipicamente las perdidas de conduccion son despreciables.

Por otra parte los t-on, y t-off que te da el fabricante, se dan a unas condiciones concretas (especificadas por el fabricante), donde el fabricante te asegura que el MOSFET funciona bien. No obstante, el MOSFET puede ser conmutado mas lentamente, e incluso mas rapidamente... aunque no recomendaria conmutarlo mas rapido, ya que, por decirlo de algun modo, el MOSFET podria no sobrevivir a los efectos de un transitorio tan rapido. Dependiendo de la aplicacion, a veces es preferible conmutarlo "mas lentamente".

 

[ruben90]

Muchas gracias por responder, sobre los tiempos de conmutación creo que el limite para mosfet de potencia es de 100kHz (no me acuerdo donde lo leí), la capacitancias siempre mantienen los valores que traen el datasheet para un valor de VGS = 0v.

Realice los cálculos para tiempos de retardo tal cual los muestra el datasheet (tr = 60) y con un arreglo push pull, y el mosfet ni se calienta (con 12V/4A, PD = 0,244watts) así que no le moveré.

Ya cuando regrese a la escuela, pediré un osciloscopio para observar la forma de onda de VGS, para sacarme de dudas.

Muchas gracias, por las respuestas.

 

[ruben90]

Bueno, conecte el mosfet al pic directamente y todo perfecto, como la carga solo consume 12V/4A no hubo problema, claro que se calienta ligeramente pero porque con VGS = 5V, la resistencia RDS es ligeramente mayor a 17.6m ohms.
Con los parametros del pic (5V/25mA) obtengo un rise time de 300ns, cosa que no es mucho.

Ahora solo me queda terminar el reporte y rehacer el pcb, cuando lo terminé a ver si lo subo. Tal vez a alguien le sirva, chau.

 

[eL1ct]

Ciertamente, asi queda mas simple, y dependiendo de la aplicacion, me parece razonable que sacrifiques un poco en eficiencia si con eso consigues que el circuito resulte mas simple, siempre que esto no ponga en peligro la fiabilidad del sistema.
Por curiosidad, me gustaria saber, a que frecuencia conmutas? y que tipo de carga es, si tiene parte inductiva, o resistiva pura?
Y por ultimo, tambien seria interesante saber si usas alguna resistencia de puerta... es sobre todo para calcular las perdidas del driver (que si no he entendido mal, en este caso seria el PIC directamente).

 

[ruben90]

Es para controlar un Peltier 12706, y utilizó una fuente conmutada de 12V/5A. La resistencia del Peltier es de 3 ohms, así que solo consume 4A. Utilizó el módulo PWM del PIC16F887. No utilizó resistencia de compuerta, pero creo que utilizaré una de 100 ohms, pero como la salida del pic es CMOS, creo que sin ella vendra bien.
La conmutación es a 1kHz ya que el ventilador que utilizó va directo a los 12V (control todo/nada).

 

[eL1ct]

Supongo que los peltier son practicamente cargas resistivas, asi que, no deveria darte muchos problemas...
Ten en cuenta que aunque los FET (Field Effect Transistor) necesitan relativamente poca potencia por puerta, esta potencia existe. Las perdidas de energia que tienes para conmutar el MOSFET son:

P=C*V^2*f => P=1.47nF* 5V^2 *1kHz = 36.75µW

Esto seria la estimacion de la potencia disipada en la salida del PIC (parece que puede soportarlo tranquilamente)

Donde C es la capacidad total del gate (Ciss en el datasheet)
V ens Vgs (del driver)
f es la frecuencia de conmutacion

Definitivamente, parece que en este caso te funcionara mejor sin resistencia de puerta, si

Aunque en este caso parece que no era necesario, siempre me gusta hacer estos calculos para asegurarme de que todo esta en orden

 

[Scooter]

Haz pwm a 100Hz o menos. La inercia térmica será mayor y no se "ve" el parpadeo.

 

[Daniel Lopes]

Hola a todos , yo no creo que celdas Peltier si conporten como resistores eso porque hasta onde se son basadas en semiconductores o sea junciones "P" y "N" , asi su conportamento en termos de curriente absorvida quizaz sea logaritmico.
Se que cuando canbiamos la polaridad de la fuente las "Caras" de la celda tanbien canbiam (caliente y fria)
Att,
Daniel Lopes.

 

[ruben90]

Supongo que los peltier son practicamente cargas resistivas, asi que, no deveria darte muchos problemas...
Ten en cuenta que aunque los FET (Field Effect Transistor) necesitan relativamente poca potencia por puerta, esta potencia existe. Las perdidas de energia que tienes para conmutar el MOSFET son:

P=C*V^2*f => P=1.47nF* 5V^2 *1kHz = 36.75µW

Esto seria la estimacion de la potencia disipada en la salida del PIC (parece que puede soportarlo tranquilamente)

Donde C es la capacidad total del gate (Ciss en el datasheet)
V ens Vgs (del driver)
f es la frecuencia de conmutacion

Definitivamente, parece que en este caso te funcionara mejor sin resistencia de puerta, si

Aunque en este caso parece que no era necesario, siempre me gusta hacer estos calculos para asegurarme de que todo esta en orden

Gracias por tomarte el tiempo para realizar esos cálculos. Si, de hecho tengo entendido que el PIC puede disipar 800uW (o eran 800mW?), gracias.

Daniel López, es correcto, no se comporta como una resistencia, pero para los cálculos lo tome así.
Su analogía más próxima seria la de un motor, ya que si se invierte la corriente, su "giro" cambia igual, y que al dejar de suministrarle corriente, esta produce su propia corriente (por efecto Seebeck) hasta que sus lados llegan al equilibrio térmico (cosa que no le afecta en nada al MOSFET).

Estimado scooter, me sería imposible obtener esa frecuencia mediante el módulo PWM del PIC, tal vez mediante el uso de timers, pero seria agregarle más a mi código y pues el tiempo se me acaba para entregar el proyecto.

 

[Scooter]

No conozco el pic como va pero los módulos pwm suelen tener un preescaler con el que puedes variar la frecuencia. Si la pones todo lo baja que puedas tendrás menos problemas con ese efecto.
No es necesario que sean 100Hz, simplemente lo más baja posible.

 

[eL1ct]

En cuanto a que tipo de carga es, me referia por el echo de que si es inductiva o no, si el comportamiento es logaritmico, como la de una union de semiconductor pues bueno, esta bien tenerlo en cuenta... (casi se podria decir que es una resistencia variable dependiente de la tension, en sus bornas... asi que, se puede tratar como una carga resistiva, supongo)

En cambio, si la carga es inductiva "apareceran" picos de sobretension en el MOSFET al conmutar, y ademas, dependiendo de cuan inuctivo sea, al apagar el trnasistor, requeriria desviar la corriente por algun otro lado (el uso de un diodo flayback, por ejemplo), para que el MOSFET no "sufra".

Yo no diria como la de un motor, ya que un motor es una carga practicamnete inductiva.

Conocia de la existencia del efecto inverso de los peltier, pero no se como funciona exactamente... Aun asi, supongo que tendra una tension, y corrientes maximas (como en las celdas fotovoltaicas), y no afectara a la integridad del MOSFET.

En cuanto a la frecuencia de conmutacion, como dice Scooter, podrias bajarla mucho mas, ya que, devido a la inercia termica, la temperatura se mantiene, y cambia lentamente, de modo que el efecto de estas conmutaciones no son perceptibles termicamente. Bajar la frecuencia tiene muchas ventajas, electricamente hablando, y practicamente ninguna desventaja en cuanto a la salida del aparato (peltier, termicamente hablando) en enste caso.

Aunque si con 1kHz te va bien, y no tienes tiempo para cambiar, pues ningun problema, puede trabajar a 1kHz.