Dalam penelitian ini, upaya telah dilakukan untuk merancang rangkaian switching MOSFET yang sederhana namun efektif yang dapat digunakan untuk memicu peluncur elektromagnetik. MOSFET adalah komponen semikonduktor yang sering digunakan untuk peralihan daya karena efisiensinya yang tinggi dan karakteristik peralihan yang cepat. Tujuan utama dari penelitian ini adalah merancang rangkaian switching yang akan digunakan untuk memicu peluncur elektromagnetik di masa depan. Namun, pemicuan yang berhasil akan dikontrol oleh LED dan bukan oleh kumparan. Jadi kita bisa mendekati pekerjaan ini sebagai rangkaian pemicu umum dengan MOSFET.
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah komponen yang banyak digunakan dalam peralihan semikonduktor kinerja tinggi. Pada tulisan ini akan dibahas penggunaan MOSFET dalam switching dan kelebihannya dibandingkan elemen semikonduktor lainnya serta dijelaskan rangkaian switching MOSFET sederhana.MOSFET adalah salah satu jenis transistor dan digunakan dalam aplikasi switching berkecepatan tinggi. Secara khusus, ini digunakan dalam aplikasi seperti catu daya, inverter daya, konverter DC-DC, dan penggerak motor. MOSFET menguntungkan karena kapasitansi masukannya yang rendah, efisiensi tinggi, peralihan cepat dan ukuran kecil. Dalam MOSFET, lapisan isolasi tipis yang terbentuk di atas semikonduktor dihubungkan ke elektroda gerbang. Tegangan yang diberikan pada elektroda gerbang ini mengubah medan listrik pada lapisan isolator. Dengan demikian, konduktivitas listrik di wilayah saluran MOSFET dikontrol. MOSFET mengkonsumsi daya yang sangat kecil karena impedansi masukannya yang tinggi.
Keunggulan MOSFET dibandingkan elemen semikonduktor lainnya dalam switching adalah sebagai berikut:
• 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.
Karena MOSFET memiliki beragam aplikasi, banyak peneliti berupaya meningkatkan desain dan kinerja rangkaian switching berbasis MOSFET. Dalam konverter DC/DC, MOSFET lebih disukai daripada sakelar semikonduktor lainnya dalam aplikasi frekuensi switching tinggi. MOSFET menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan sakelar semikonduktor lainnya dalam aplikasi frekuensi switching tinggi. Pertama-tama, alasan paling penting untuk menggunakan MOSFET dalam aplikasi frekuensi switching tinggi adalah karena MOSFET memiliki disipasi daya yang lebih kecil pada frekuensi switching tinggi dibandingkan pada frekuensi switching rendah. Oleh karena itu, MOSFET menonjol sebagai pilihan yang lebih efisien dalam aplikasi frekuensi tinggi. Selain itu, MOSFET memiliki keunggulan kepadatan daya yang lebih tinggi dibandingkan perangkat switching semikonduktor lainnya. Dengan beroperasi pada kepadatan daya yang lebih tinggi, MOSFET dapat beralih pada tingkat arus dan tegangan yang lebih tinggi. Selain itu, MOSFET dapat digerakkan dengan lebih mudah dan pada tingkat yang lebih rendah dibandingkan sakelar semikonduktor lainnya. MOSFET dapat dengan mudah dialihkan jika sinyal dalam rangkaian penggerak berada pada level tinggi atau rendah. Hasilnya, MOSFET lebih efisien, memiliki kepadatan daya lebih tinggi, dan lebih mudah dikendarai dibandingkan sakelar semikonduktor lainnya dalam aplikasi frekuensi peralihan tinggi. Karena alasan ini, mereka banyak digunakan dalam konverter DC/DC, aplikasi elektronika daya, peralihan kecepatan tinggi, amplifier daya dan banyak aplikasi lainnya.
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
Saat membuat rangkaian dalam penelitian ini, lembar data seluruh komponen diperiksa satu per satu. Pin koneksi, nilai arus dan tegangan dipertimbangkan dan desain dibuat sesuai. Tanpa menyebutkan informasi datasheet atau detail teknis dalam aplikasi, informasi umum tentang materi disebutkan di bawah ini. Mereka yang ingin melihat detailnya dapat mengakses lembar data secara gratis dari internet, tetapi jika Anda memiliki pertanyaan atau saran, Anda dapat menghubungi saya melalui saluran komunikasi yang saya tinggalkan di akhir.
IRFZ44N adalah transistor MOSFET daya saluran-N. Transistor ini adalah pilihan populer yang digunakan dalam peralihan arus tinggi dan frekuensi rendah. IRFZ44N dicirikan oleh konduktivitas tinggi, resistansi rendah, dan karakteristik peralihan cepat. IRFZ44N hadir dalam paket TO-220 dan biasanya memiliki daya dukung arus maksimum 55V dan 49A. Selain itu, berkat kapasitansi inputnya yang rendah, komponen ini juga dapat digunakan dalam aplikasi peralihan cepat.
Arduino Mega adalah papan mikrokontroler yang disempurnakan dari platform Arduino. Ia menawarkan lebih banyak port input/output (I/O) dan kapasitas memori lebih banyak. Mega mencakup 54 pin input/output digital (14 di antaranya dapat digunakan sebagai output PWM), 16 input analog, 4 koneksi UART (komunikasi serial), 4 pin interupsi eksternal, dan banyak lagi. Fitur-fitur ini menjadikan Arduino Mega ideal untuk proyek dan aplikasi yang lebih kompleks yang memerlukan lebih banyak koneksi input/output. Arduino Mega memiliki berbagai macam aplikasi. Hal ini terutama digunakan dalam aplikasi seperti robotika, kontrol otomatis, jaringan sensor dan pencatat data. Namun, dalam satu proyek, ini hanya digunakan untuk pemicuan digital. Fitur Mega dan area penggunaan yang luas memungkinkan proyek dibuat lebih maju dan komprehensif. Namun, dalam penelitian ini hanya digunakan untuk pemicuan digital. PC817 adalah isolator optik dan digunakan untuk mengisolasi sinyal input. Ini menyediakan koneksi aman antara perangkat berdaya rendah dan perangkat berdaya tinggi dan juga dapat digunakan dalam aplikasi transmisi data berkecepatan tinggi.
LM7812 dan LM7805 adalah pengatur tegangan linier dengan keluaran tegangan berbeda yang digunakan pada perangkat elektronik. LM7812 memberikan keluaran 12 volt dan digunakan pada aplikasi yang memerlukan catu daya 12 volt seperti pemancar radio, amplifier, dll, sedangkan LM7805 memberikan keluaran 5 volt dan lebih disukai untuk aplikasi yang memerlukan catu daya 5 volt seperti digital. sirkuit, lampu LED, perangkat rumah pintar, dll. Kedua pengatur tegangan tersebut digunakan untuk menurunkan tegangan masukan ke tegangan keluaran yang konstan dan penting agar perangkat elektronik dapat beroperasi dengan benar dan aman. Dengan beragam aplikasi, LM7812 dan LM7805 merupakan komponen yang sering digunakan dalam proyek elektronik.
Pada rangkaian switching, LED digunakan untuk melihat apakah saklar hidup atau mati. LED menyala saat sakelar hidup dan tetap mati saat sakelar mati. Hal ini memungkinkan untuk memantau keadaan sirkuit secara visual. Untuk mencegah penarikan arus yang tinggi, digunakan resistor untuk membatasi arus yang mengalir melalui transistor (misalnya MOSFET) yang digunakan dalam switching. Ini mencegah panas berlebih dan kerusakan pada transistor. Ini juga mencegah arus tinggi merusak komponen lainnya. Nilai resistor dipilih tergantung pada kebutuhan rangkaian dan karakteristik transistor yang digunakan. Dalam penelitian tersebut, 2 LED berbeda dipicu secara berurutan dengan mikroprosesor yang sama. Dengan kata lain, rangkaian dalam penerapan nyata dibentuk dengan membangun 2 rangkaian yang diberikan kajian teoritisnya. Peluncur elektromagnetik adalah perangkat yang sangat menarik dan ditampilkan sebagai teknologi masa depan. Perangkat ini menggunakan medan magnet untuk meluncurkan benda dengan kecepatan tinggi. Jika Anda ingin membuat peluncur elektromagnetik sendiri, Anda dapat membuat perangkat ini menggunakan rangkaian switching MOSFET. Ini adalah elemen utama dari pekerjaan yang dilakukan. Saya berencana untuk mengembangkan dan mengimplementasikan sirkuit yang saya bagikan ini sebagai sirkuit peluncur elektromagnetik untuk proyek TÜBİTAK 2209-A saya di masa depan.
Jika Anda memiliki masukan, silakan hubungi saya di alamat email [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.
