Aiuto Mosfet si riscalda molto

Buona sera Ragazzi,

Da molti giorni sto cercando di risolvere un problema con il mio circuito che serve per pilotare un motore , precisamente un motore tergicristalli , che consuma 8A.

Il circuito è molto semplice fatto da 3 potenziometri un arduino nano ed un mosfet. I tre potenziometri servono a dare dei segnali d'ingresso all'arduino che dal suo pin 3 fa uscire un segnale in PWM(4,83 V) per azionare il mosfet. Il mosfet a seconda sel segnale Pwm avvia il il motore e gli cambia la velocità.

Il problema del mio circuito è che funziona correttamente ma il mosfet si riscalda molto, facendo riscaldare anche l'aletta di raffreddamento.

IL mosfet ultilizzato è IRL520N
Motore tergicristalli di una macchiana che consuma 8A e 12V

Ho provato a fare molti test per capire quale fosse il motivo dell'eccessivo riscaldamento ma purtroppo non ci sono riuscito , così mi sono rivolto a voi gentilissimi nella speranza di trovare insieme una via di uscita da questo incubo.

Grazie in anticipo

Sarebbe bastato dare un'occhiata al datasheet per vedere che non era il componente adatto ...

RdsON di 0.27 ohm, corrente massima continua di 9.2A, gia questo lo squalifica per pilotare carichi ad elevata corrente ... se poi calcoli la caduta sul mosfet e la potenza dissipata ad 8A (caduta sul mosfet 8x.27=2.16V, quindi potenza dissipata in calore 8*2.15=17.2W), ti accorgi che oltre a dover dissipare piu di 17W in calore, ti "toglie" poco piu di 2V dall'alimentazione del motore, anche ...

Dovresti usare, COME MINIMO, un'IRL540 (0.077ohm RdsON, caduta circa 0.6V, dissipazione circa 5W, comunque scalderebbe), ma la scelta migliore sarebbe un mosfet ad alta corrente e bassa RdsON, tipo ad esempio IRLU3705 (8 milliohm RdsON, caduta di circa 0.065V, dissipazione di circa mezzo W), oppure IRL40B215 (RdsON 2.7 milliohm, caduta circa 0.02V, dissipazione circa 0.2W), o simili ...

Si possono anche usare due IRL540 in parallelo, vero Etem?

Grazie per avermi risposto ,
penso che sostituiro il mio mosfet con il IRL40B215.

Navigando per internet ho trovato un link interessante :

in questo link è riportato un modulo di potenza per Arduino che secondo me è ben fatto , volevo chiedervi se potevo utilizzare questo nel mio circuito ?

Grazie

E schema e lista componenti dove sono?

cyberhs:
Si possono anche usare due IRL540 in parallelo, vero Etem?

Quella e' una delle cose belle dei mosfet ... se sono identici (posibilmente dello stesso lotto), li paralleli al volo e raddoppi la portata in corrente :wink:

L'unica cosa da prendere in considerazione, in quei casi, e' che raddoppi (o triplichi, o piu, se ne paralleli piu di due) la capacita' di gate, quindi se poi li devi usare in PWM, servira' per forza un driver o un circuito equivalente, ma come interruttori non creano problemi ...

cyberhs:
E schema e lista componenti dove sono?

Forse mi sbaglio, ma dal video mi da l’impressione che ci siano un paio di errori … supponendo che abbia usato un mosfet logic-level, non ci sono molti modi in cui possa averlo collegato, pero’ nel video io vedo 2 led, ma solo 3 resistenze … ammesso che uno dei led sia per vedere se c’e’ alimentazione (o magari se c’e’ l’uscita quando viene pilotato) e l’altro per vedere se c’e’ segnale dal pin (ognuno con la sua resistenza), resta una sola resistenza, quindi o l’ha messa fra gate e massa, e manca quella il serie al pin, o l’ha messa in serie al pin, ed allora manca quella fra gate e massa … e non puo essere un canale P, perche’ allora andrebbe solo a 5V, senza disaccoppiamento, quindi deve essere per forza un canale N … (sempre ammesso che sia un mosfet, ovviamente :stuck_out_tongue: :D)

Poi sono tutte supposizioni, intendiamoci, dire “modulo di potenza”, e’ un po come dire “rele”, se non ci danno le specifiche, come facciamo a sapere quanto regge e per cosa puo essere usato ? :wink:

Buonasera,

sotto il video erano riportati i link con le specifiche :

Etemenanki:
nel video io vedo 2 led, ma solo 3 resistenze ...

no, vedi bene, uno non è un LED, è un diodo 1N4007.. ;D

Poi sono tutte supposizioni, intendiamoci, dire "modulo di potenza", e' un po come dire "rele", se non ci danno le specifiche, come facciamo a sapere quanto regge e per cosa puo essere usato ? :wink:

Concordo. Anche se con un fusibile da 6.3A sicuramente quello è il limite :smiley: Anceh cambiando il fusibile, direi che dipende dal MOSFET scelto, dal tipo di raffreddamento, dal cablaggio, dai fili... :wink:

Buonasera ,

ragazzi gentilmente mi potreste consigliare il modulo di qui vi ho inviato il link

se potete datemi anche un consiglio se ci sono delle modifiche da apportare su di esso.

Io sono molto interessato a questo modulo in quanto mi gestisce anche l'alimentazione per Arduino.
Altrimenti dovro prendere un modulo apparte per questo.

Grazie in anticipo

Eviterei di usare il pin 13 poiché usato dalle routine diagnostiche: usa un'altra uscita PWM.

Il pilotaggio del gate mi risulta sbagliato: all'uscita digitale connetti un resistore da 470 ohm per il LED connesso a ground ed un 220 ohm connesso direttamente al gate.

Se usi quel circuito con resistenza di ingresso di 1300 ohm, il pilotaggio PWM a frequenze maggiori di 3kHz potrebbe non commutare bene in quanto il tempo di carica/scarica della capacità in ingresso sarebbe troppo lungo.

Anziché mettere un solo diodo 1N4007 mettine 4 in serie: ti abbasseranno la tensione di circa 2.8V portandola a circa 9V, ottimale per il regolatore interno di Arduino

Personalmente se dovessi fare un modulo simile, lo farei come nello schema che ti allego … :wink:

Grazie per i vostri consigli,

Etemenanki ha proposto un circuito indubbiamente molto carino sono indeciso se utilizzare uno o l'altro, ma penso che opterò più per il * esempio-arduino-mosfet-alim.png .

Etemenanki mi potresti gentilmente dire nel tuo circuito che tipo di mosfet devo utilizzare?
In piu di che potenza devono essere le resistenze?
In fine volevo sapere se questo circuito è stato già testato ?

Per il mosfet va bene un qualsiasi logic-level, dipende dalle potenze che ci devi comandare ... direi per un'impiego "generico" il IRL540 e' ok, per impieghi piu pesanti si puo optare per un modello con corrente maggiore e RdsON minore ... le resistenze vanno bene da 1/4 di W standard, ma puoi usare anche componenti SMD se ci lavori ... il circuito in se non l'ho testato, non questo specifico circuito, ma e' il modo classico in cui collego i mosfet e di solito funzionano :wink:

Unica cosa, e' previsto per l'utilizzo come interruttore o come PWM a bassa frequenza, se ci devi far funzionare qualcosa in PWM ad una frequenza superiore a 200 / 300 Hz, io userei un driver, invece di pilotare direttamente il gate dal pin :wink:

Etemenanki:
Unica cosa, e' previsto per l'utilizzo come interruttore o come PWM a bassa frequenza, se ci devi far funzionare qualcosa in PWM ad una frequenza superiore a 200 / 300 Hz, io userei un driver, invece di pilotare direttamente il gate dal pin :wink:

Ho visto anche io il circuito, in sostanza è composto da 2 sezioni, una con il regolatore di tensione per alimentare Arduino (cosa che non ho capito se il nostro amico abbia già, ma sicuramente è utile e forse conveniente fare tutto in un unico circuito), l'altra per interfacciare il carico.
Però volevo chiederti una cosa, mia curiosità: salvo modifiche specifiche, il PWM di Arduino ha una frequenza fissa (488 o 976 Hz) superiore ai 200/300 Hz da te citati, quindi consigli di inserire un driver? Se si, di quale tipo?

docdoc:
salvo modifiche specifiche, il PWM di Arduino ha una frequenza fissa (488 o 976 Hz) superiore ai 200/300 Hz da te citati, quindi consigli di inserire un driver? Se si, di quale tipo?

Il problema è dato dalla capacità parassita presente tra gate e source che deve essere caricata e scaricata ogni volta che polarizzi/depolarizzi il gate.
Per via dell'impedenza d'uscita dei GPIO presenti sugli AVR, svariate decine di ohm, e la loro limitata capacità di fornire corrente, porta a tempi di commutazioni del canale drain source relativamente lunghi con la conseguenza che il mos lavora per un certo tempo nella zona linare, dove la Rdson è alta, con il conseguente riscaldamento del mos e spreco di energia in calore.
Tutto dipende dal tipo di mos usato, se parliamo di modelli per piccole correnti la capacità parassita è molto piccola e non ci sono particolari problemi nel pilotarli in PWM direttamente da un GPIO con frequenza 500-600 Hz, a 1000 Hz il problema comincia a farsi sentire.
Se si tratta di mos power, dove la capacità parassita è relativamente grande e servono picchi di corrente, seppure brevissimi, di centinaia di mA, non ci sono problemi per comandarli in ON/OFF tramite GPIO, non si possono comandare in PWM nemmeno a 100 Hz con un GPIO, serve necessariamente un driver.
Quale driver usare dipende dal tipo di mos, dalla frequenza del pwm e altre cosette, esistono molti IC specifici per pilotare i gate dei mos, in linea di massima sono tutti composti da uno stadio finale totem pole con relativo pilota a livelli logici (TTL o CMOS) con alta impedenza d'ingresso.

astrobeed:
Quale driver usare dipende dal tipo di mos, dalla frequenza del pwm e altre cosette, esistono molti IC specifici per pilotare i gate dei mos, in linea di massima sono tutti composti da uno stadio finale totem pole con relativo pilota a livelli logici (TTL o CMOS) con alta impedenza d'ingresso.

Grazie della spiegazione Astro, molto interessante! E mi spiega anche il surriscaldamento eccessivo che ha lamentato l'amico Bill.
Leggo che usa attualmente un IRL520N e il carico assorbe 8A (motore di tergicristallo), e diciamo il PWM standard 488Hz (diciamo pin 3 di Arduino): hai un IC o circuito Darlington da consigliare per questa configurazione?

docdoc:
Ho visto anche io il circuito, in sostanza è composto da 2 sezioni, una con il regolatore di tensione per alimentare Arduino (cosa che non ho capito se il nostro amico abbia già, ma sicuramente è utile e forse conveniente fare tutto in un unico circuito), l'altra per interfacciare il carico.

Glie l'ho disegnato cosi perche' mi sembrava che volesse usarlo anche per alimentarci Arduino, in quel modo avrebbe avuto pronta un'uscita ad 8V (per non surriscaldare troppo il regolatore a bordo di arduino con i 12V)

Però volevo chiederti una cosa, mia curiosità: salvo modifiche specifiche, il PWM di Arduino ha una frequenza fissa (488 o 976 Hz) superiore ai 200/300 Hz da te citati, quindi consigli di inserire un driver? Se si, di quale tipo?

Io userei un driver, magari uno gia fatto, tipo ad esempio IR25600, oppure TC4424, o un qualsiasi altro equivalente (ogni IC contiene 2 driver, e ci sono anche in PDIP da 8 pin, non solo in SMD) ... si possono anche fare con componenti discreti, non e' altro che un driver totem-pole, ma tiene piu spazio ...

Etemenanki:
Io userei un driver, magari uno gia fatto, tipo ad esempio IR25600, oppure TC4424, o un qualsiasi altro equivalente (ogni IC contiene 2 driver, e ci sono anche in PDIP da 8 pin, non solo in SMD)

Si, gli SMD li evito volentieri :wink: il TC4424 sembra fare anche al caso mio, voglio comandare dei piccoli DC motor per un robot arm, che "fischiano" e sembrano non riuscire a muoversi quando scendo troppp con il PWM (diciamo meno di 100): secondo te possono rendere più continua la resa dei motori anche a basse velocità?

docdoc:
quando scendo troppp con il PWM (diciamo meno di 100): secondo te possono rendere più continua la resa dei motori anche a basse velocità?

La frequenza del pwm è molto importante quando si tratta di motori, in linea di massima se è bassa i motori lavorano male, il limite superiore normalmente è dato dal ponte H (banda passante) più che dal motore.
Solitamente non si dovrebbe mai scendere sotto gli 8-9 kHz per i piccoli motori DC, parliamo di motori fino a 20 W (meccanici all’asse), meglio ancora andare ad almeno 20 kHz per evitare i classici “fischi” del pwm. :slight_smile: