In dieser Studie wurde versucht, einen einfachen, aber effektiven MOSFET-Schaltkreis zu entwerfen, der zum Auslösen elektromagnetischer Starter verwendet werden kann. MOSFET ist eine Halbleiterkomponente, die aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads und ihrer schnellen Schalteigenschaften häufig zum Leistungsschalten verwendet wird. Das Hauptziel dieser Studie besteht darin, einen Schaltkreis zu entwerfen, der in Zukunft zum Auslösen eines elektromagnetischen Werfers verwendet werden soll. Die erfolgreiche Auslösung wird jedoch von der LED und nicht von den Spulen kontrolliert. Wir können die Arbeit also tatsächlich als allgemeine Triggerschaltung mit MOSFETs angehen.
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ist eine weit verbreitete Komponente beim Hochleistungs-Halbleiterschalten. In diesem Artikel werden die Verwendung von MOSFET beim Schalten und seine Vorteile gegenüber anderen Halbleiterelementen diskutiert und ein einfacher MOSFET-Schaltkreis erläutert. MOSFET ist eine Art Transistor und wird in Hochgeschwindigkeitsschaltanwendungen verwendet. Es wird insbesondere in Anwendungen wie Netzteilen, Wechselrichtern, DC-DC-Wandlern und Motorantrieben eingesetzt. Der Vorteil eines MOSFET liegt in seiner geringen Eingangskapazität, seinem hohen Wirkungsgrad, seinen schnellen Schaltvorgängen und seiner geringen Größe. Bei einem MOSFET ist eine über den Halbleitern gebildete dünne Isolierschicht mit der Gate-Elektrode verbunden. Die an diese Gate-Elektrode angelegte Spannung verändert das elektrische Feld in der Isolatorschicht. Dadurch wird die elektrische Leitfähigkeit im Kanalbereich des MOSFET gesteuert. Aufgrund seiner hohen Eingangsimpedanz verbraucht der MOSFET nur sehr wenig Strom.
Die Vorteile von MOSFET gegenüber anderen Halbleiterelementen beim Schalten sind wie folgt:
• Low Input Capacitance : The input capacitance of the MOSFET is lower than that of other semiconductor switchers. This allows the MOSFET to switch quickly and enables higher switching frequencies.
• High Efficiency : The internal resistance of the MOSFET is low, which reduces energy loss. Therefore, MOSFET-based switching circuits have higher efficiency.
• High Switching Speed : MOSFET can be switched faster compared to other semiconductor switchers. Therefore, MOSFET-based switching circuits can operate at higher switching frequencies.
• Small Size : MOSFET is smaller in size compared to other semiconductor switchers. This allows for denser circuit designs.
Da MOSFETs ein breites Anwendungsspektrum haben, arbeiten viele Forscher daran, das Design und die Leistung von MOSFET-basierten Schaltkreisen zu verbessern. In DC/DC-Wandlern werden MOSFETs bei Anwendungen mit hoher Schaltfrequenz gegenüber anderen Halbleiterschaltern bevorzugt. MOSFETs bieten im Vergleich zu anderen Halbleiterschaltern bei Anwendungen mit hoher Schaltfrequenz mehrere Vorteile. Der wichtigste Grund für den Einsatz von MOSFETs in Anwendungen mit hohen Schaltfrequenzen besteht zunächst darin, dass sie bei hohen Schaltfrequenzen eine geringere Verlustleistung aufweisen als bei niedrigen Schaltfrequenzen. Daher stellen MOSFETs eine effizientere Option für Hochfrequenzanwendungen dar. Darüber hinaus haben MOSFETs den Vorteil einer höheren Leistungsdichte als andere Halbleiterschaltgeräte. Durch den Betrieb mit einer höheren Leistungsdichte können MOSFETs bei höheren Strom- und Spannungspegeln schalten. Darüber hinaus lassen sich MOSFETs im Vergleich zu anderen Halbleiterschaltern einfacher und in geringerem Umfang ansteuern. MOSFETs können einfach umgeschaltet werden, wenn die Signale in der Ansteuerschaltung einen hohen oder niedrigen Pegel haben. Dadurch sind MOSFETs effizienter, haben eine höhere Leistungsdichte und sind im Vergleich zu anderen Halbleiterschaltern in Anwendungen mit hoher Schaltfrequenz einfacher anzusteuern. Aus diesen Gründen werden sie häufig in DC/DC-Wandlern, Leistungselektronikanwendungen, Hochgeschwindigkeitsschaltungen, Leistungsverstärkern und vielen anderen Anwendungen eingesetzt.
Circuit Elements:
- ARDUINO MEGA ( Microcontroller)
- IRFZ44N (MOSFET)
- PC817 (Optocoupler)
- LM7812 & LM7805 (Linear Voltage Regulator)
- 330R & 10kR (Resistance)
- 0.1uF & 0.22uF &10uF & 100uF (Capacitor)
- LED
Bei der Erstellung der Schaltung in dieser Studie wurden die Datenblätter aller Komponenten einzeln untersucht. Anschlussstifte, Strom- und Spannungswerte wurden berücksichtigt und ein entsprechendes Design erstellt. Ohne die Datenblattinformationen oder technischen Details in der Anwendung zu erwähnen, werden im Folgenden allgemeine Informationen zu den Materialien aufgeführt. Wer sich die Details ansehen möchte, kann die Datenblätter kostenlos im Internet abrufen, aber wenn Sie Fragen oder Anregungen haben, können Sie mich über die Kommunikationskanäle kontaktieren, die ich am Ende hinterlassen habe.
IRFZ44N ist ein N-Kanal-Leistungs-MOSFET-Transistor. Dieser Transistor ist eine beliebte Wahl für Hochstrom- und Niederfrequenzschaltungen. IRFZ44N zeichnet sich durch hohe Leitfähigkeit, geringen Widerstand und schnelle Schalteigenschaften aus. Der IRFZ44N wird in einem TO-220-Gehäuse geliefert und hat typischerweise eine maximale Strombelastbarkeit von 55 V und 49 A. Darüber hinaus kann dieses Bauteil dank seiner geringen Eingangskapazität auch in schnell schaltenden Anwendungen eingesetzt werden.
Arduino Mega ist ein erweitertes Mikrocontroller-Board der Arduino-Plattform. Es bietet mehr Ein-/Ausgabeanschlüsse (I/O) und mehr Speicherkapazität. Der Mega verfügt über 54 digitale Ein-/Ausgangspins (14 davon können als PWM-Ausgänge verwendet werden), 16 analoge Eingänge, 4 UART-Anschlüsse (serielle Kommunikation), 4 externe Interrupt-Pins und mehr. Diese Funktionen machen Arduino Mega ideal für komplexere Projekte und Anwendungen, die mehr Ein-/Ausgangsverbindungen erfordern. Arduino Mega bietet ein breites Anwendungsspektrum. Es wird insbesondere in Anwendungen wie Robotik, automatischer Steuerung, Sensornetzwerken und Datenloggern eingesetzt. In einem Projekt wurde es jedoch nur zur digitalen Triggerung verwendet. Die Funktionen und der breite Einsatzbereich von Mega ermöglichen eine fortschrittlichere und umfassendere Gestaltung von Projekten. In dieser Studie wurde es jedoch nur zur digitalen Triggerung verwendet. Der PC817 ist ein optischer Isolator und dient zur Isolierung des Eingangssignals. Es stellt eine sichere Verbindung zwischen Geräten mit geringem Stromverbrauch und Geräten mit hohem Stromverbrauch her und kann auch in Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungsanwendungen verwendet werden.
LM7812 und LM7805 sind lineare Spannungsregler mit unterschiedlichen Spannungsausgängen, die in elektronischen Geräten verwendet werden. Der LM7812 bietet einen 12-Volt-Ausgang und wird in Anwendungen verwendet, die eine 12-Volt-Stromversorgung erfordern, wie z. B. Funksender, Verstärker usw., während der LM7805 einen 5-Volt-Ausgang bietet und für Anwendungen bevorzugt wird, die eine 5-Volt-Stromversorgung erfordern, wie z. B. digitale Schaltkreise, LED-Beleuchtung, Smart-Home-Geräte usw. Beide Spannungsregler dienen der Reduzierung der Eingangsspannung auf eine konstante Ausgangsspannung und sind wichtig für den korrekten und sicheren Betrieb elektronischer Geräte. Mit einem breiten Anwendungsspektrum sind LM7812 und LM7805 häufig verwendete Komponenten in elektronischen Projekten.
Im Schaltkreis wird eine LED verwendet, um zu erkennen, wann der Schalter ein- oder ausgeschaltet ist. Die LED leuchtet, wenn der Schalter eingeschaltet ist, und bleibt aus, wenn der Schalter ausgeschaltet ist. Dadurch ist es möglich, den Zustand des Stromkreises visuell zu überwachen. Um eine hohe Stromaufnahme zu verhindern, werden Widerstände verwendet, um den Strom zu begrenzen, der durch den beim Schalten verwendeten Transistor (z. B. MOSFET) fließt. Dies verhindert eine Überhitzung und Beschädigung des Transistors. Außerdem wird verhindert, dass der hohe Strom andere Komponenten beschädigt. Die Werte der Widerstände werden je nach den Anforderungen der Schaltung und den Eigenschaften des verwendeten Transistors gewählt. In der Studie wurden zwei verschiedene LEDs nacheinander mit demselben Mikroprozessor angesteuert. Mit anderen Worten, die Schaltung in der gegebenen realen Anwendung wird durch den Aufbau 2 der Schaltung gebildet, deren theoretische Untersuchung gegeben wird. Elektromagnetische Trägerraketen sind sehr spannende Geräte und gelten als Technologie der Zukunft. Diese Geräte nutzen das Magnetfeld, um Objekte mit hoher Geschwindigkeit abzufeuern. Wenn Sie Ihren eigenen elektromagnetischen Starter herstellen möchten, können Sie dieses Gerät mithilfe eines MOSFET-Schaltkreises herstellen. Dies ist das Hauptelement der geleisteten Arbeit. Ich habe vor, diese Schaltung, die ich geteilt habe, in Zukunft als elektromagnetische Startschaltung für mein TÜBİTAK 2209-A-Projekt zu entwickeln und zu implementieren.
Wenn Sie Feedback haben, kontaktieren Sie mich bitte unter der E-Mail-Adresse [email protected].
[1] Chen, Y., & Liu, Q. (2017). Design and implementation of high frequency full-bridge DC/DC converter based on MOSFET. Journal of Physics: Conference Series, 927(1), 012074.
[2] Hua, M., Wang, Z., Shen, Z., & Zhang, Y. (2017). Zero-current-switching full-bridge PWM converter with MOSFET synchronous rectifier. IEEE Transactions on Power Electronics, 33(5), 4145-4155.
[3] Liu, J., & Wang, L. (2019). A new three-phase soft-switching DC/DC converter using MOSFET and synchronous rectifier. Journal of Power Electronics, 19(4), 1064-1074.
[4] Mazumder, S. K., & Pal, A. K. (2018). Dynamic model and control of a single phase MOSFET inverter for renewable energy application. International Journal of Electrical Power & Energy Systems, 98, 437-449.
[5] Razavi, B. (2016). Fundamentals of microelectronics. Wiley.
[6] Sedra, A. S., & Smith, K. C. (2016). Microelectronic circuits: theory and applications. Oxford University Press.
[7] Streetman, B. G., & Banerjee, S. K. (2015). Solid state electronic devices. Pearson.
[8] Zhang, C., Zou, L., Jiao, L., & Zhang, X. (2021). A MOSFET-based DC-DC converter with an ultra-low input voltage. Journal of Power Electronics, 21(1), 198-206.
