Силовые драйверы на MOSFET: использование и переделка


Некоторые компоненты для экспериментов с электроникой довольно дорогостоящие. Поэтому когда появляется новая идея, выгодной стратегией будет переделка некоторого оборудования, которое по определенной причине было отложено. В этой статье в общих чертах рассказывается о некоторых практических моментах по перепрофилированию дешевого, но мощного модуля адаптера, предназначенного для использования с 3D-принтерами.

Модуль является подделкой Makerbase MKS-MOS25, что представляет собой обычную силовую плату MOSFET, используемую для модернизации 3D-принтера до более мощной головки, как правило, с большей областью печати.

Итак, небольшой модуль, показанный ниже, представляет собой модуль расширения мощности МОП-транзистора с подогревом другого производителя, которым можно управлять с помощью существующего выхода с подогреваемым слоем или логических сигналов с главной платы управления. Он оснащен сложным механизмом оптопары переменного тока на входе для управления силовым МОП-транзистором, поэтому силовой МОП-транзистор можно включать различными способами. Технология гальванической развязки позволяет нагреваемому столу работать при напряжении, отличном от напряжения основной платы управления.


Его ключевыми компонентами являются:

  • Мосфет мощности HA210N06
  • Мостовой выпрямитель MB6S
  • Оптопара PC817

Модуль на картинке выше — очень распространенный и недорогой китайский продукт, поэтому его можно найти на Banggood, AliExpress и во многих других местах. Тем не менее, обратите внимание, что ключевая часть — HA210N06 — это N-канальный силовой МОП-транзистор с напряжением 210 А/60 В, но модуль может выдерживать только токи, значительно меньшие этого значения (ограничивающим фактором является печатная плата и разъемы проводов).

Вот примерная схема модуля.

Когда на управляющий вход модуля поступает соответствующий управляющий сигнал, силовой МОП-транзистор включится. Если вы заметили, на входе установлен мостовой выпрямитель. Это делает полярность сигнала управления подогреваемым столом неважной (управляющий сигнал включит силовой МОП-транзистор через оптрон, независимо от того, как вы его подадите).

Вот ещё пару модулей драйверов с подогревом. Как вы можете видеть, эти платы немного отличаются от других модулей, показанных ранее.

Интересное на схемафоруме:
Операционные усилители для высоковольтных схем

Об этом модуле стоит упомянуть то, что он оснащен другим силовым МОП-транзистором 210 А/60 В – IRFB3206. Кроме того, в ответ на мой более поздний вопрос известный продавец сказал мне, что модуль предназначен для работы от источника питания постоянного тока от 12 В до 24 В, который может выдерживать только ток возбуждения, близкий к максимальному 20 А (конечно, надежный). Принципиальную схему можете увидеть ниже.

Как уже отмечалось, расчеты конструкции очень похожи на расчеты ранее упомянутых модулей. Есть некоторые незначительные изменения, которые необходимо внести, но не будем сейчас вдаваться в подробности. Несмотря на то, что эти модули были разработаны для удовлетворения потребности в компактных драйверах питания для нагревательных слоев или горячих концов 3D-принтеров, их также можно разумно использовать для управления мощными резистивными (неиндуктивными) нагрузками во многих экспериментах с силовой электроникой. Проще говоря, это решает проблемы простоты подключения и стоимости, связанные с обычной практикой самостоятельного изготовления модулей драйверов силовых МОП-транзисторов из дискретных частей. Стоимость такого готового модуля значительно ниже, чем у одиночного мощного мосфета. Управляющего тока до 20 А при 24 В (~ 480 Вт) более чем достаточно для большинства проектов силовой электроники.

Теперь еще несколько важных моментов, на которые стоит обратить внимание. Типичное сопротивление «статического стока к истоку при сопротивлении» МОП-транзистора IRFB3206 составляет 2,4 мОм при 10 В GS (R DS on = 2,4 мОм при 10 В GS, 75 А I D). Это примерно 3,2 мОм для МОП-транзистора HA210N06 (R DS on = 3,2 мОм при 10 В В GS, 75 А I D). Максимальное напряжение «затвор-исток» (VGS) составляет ±20 В и ±25 В соответственно. Следует также отметить, что R DS(0N) не является постоянной величиной, поскольку увеличивается с уменьшением V GS (также зависит от температуры).

Более того, как видно из таблицы данных IRFB3206, его I D составляет 120 А. Обратите внимание: это максимальный теоретический ток стока для корпуса, поэтому вы ни в коем случае не можете превысить это значение. Но это не значит, что вы можете управлять нагрузкой таким током (устройство почти всегда сгорит от нагрева до достижения этого уровня). Поэтому к этому следует относиться с недоверием.

Оптрон PC817 имеет максимальный номинальный ток коллектора 30 мА (I F = 5 мА, V CE = 5 В). Его минимальный коэффициент передачи тока (CTR) составляет 50 % при I F =5 мА (V CE = 5 В).

Также обратите внимание, что коэффициент передачи тока — это просто отношение выходного тока к входному току (IC / IF), обычно выражаемое в процентах. Можно ожидать, что коэффициент передачи тока со временем уменьшится, поэтому рекомендуется выбирать значение входного тока несколько ниже максимального, чтобы запланированная работа могла быть достигнута в течение запланированного срока службы устройства.

Далее подключил валявшуюся у меня автомобильную галогенную лампу мощностью 12 В/35 Вт к выходу питания модуля, чтобы проверить, работает ли она.

Интересное на схемафоруме:
Схема электронного измерителя эмоций

Забыл упомянуть один важный момент: использовал импульсный источник питания 12 В постоянного тока/5 А в качестве основного источника питания для своих быстрых тестов и подал стабилизированное напряжение 5 В постоянного тока на сигнальный вход модуля (вход управления) от источника питания макетной платы. Но испытание показало, что постоянное напряжение выше 7,6 В требуется на управляющем входе, чтобы даже частично разбудить модуль, а для оптимального управления МОП-транзистором (и управления выходной нагрузкой) необходимо гораздо более высокое входное напряжение.

Перепрофилирование этого модуля иногда требует небольших модификаций схемы. Будьте готовы правильно изменить номиналы резисторов, включенных в модуль для управления оптопарой и силовым МОП-транзистором, когда это необходимо. Но перед выполнением обновления лучше убедиться, что исходный модуль работает правильно.