본 연구에서는 전자기 발사 장치를 트리거하는 데 사용할 수 있는 간단하지만 효과적인 MOSFET 스위칭 회로를 설계하려는 시도가 이루어졌습니다. MOSFET은 높은 효율과 빠른 스위칭 특성으로 인해 전원 스위칭에 자주 사용되는 반도체 부품입니다. 본 연구의 주요 목표는 미래에 전자기 발사 장치를 작동시키는 데 사용될 스위칭 회로를 설계하는 것입니다. 그러나 성공적인 트리거링은 코일이 아닌 LED에 의해 제어됩니다. 따라서 실제로 MOSFET을 사용하는 일반적인 트리거링 회로로 작업에 접근할 수 있습니다.
MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)는 고성능 반도체 스위칭에 널리 사용되는 부품입니다. 본 논문에서는 스위칭에 MOSFET을 사용하는 방법과 다른 반도체 소자에 비해 장점이 논의되고 간단한 MOSFET 스위칭 회로가 설명됩니다. MOSFET은 트랜지스터의 일종으로 고속 스위칭 애플리케이션에 사용됩니다. 특히 전원 공급 장치, 전력 인버터, DC-DC 컨버터 및 모터 드라이브와 같은 애플리케이션에 사용됩니다. MOSFET은 낮은 입력 정전 용량, 높은 효율, 빠른 스위칭 및 작은 크기로 인해 유리합니다. MOSFET에서는 반도체 위에 형성된 얇은 절연층이 게이트 전극에 연결됩니다. 이 게이트 전극에 인가된 전압은 절연체 층의 전기장을 변화시킵니다. 따라서 MOSFET의 채널 영역의 전기 전도도가 제어됩니다. MOSFET은 높은 입력 임피던스로 인해 매우 적은 양의 전력을 소비합니다.
스위칭에서 다른 반도체 소자에 비해 MOSFET의 장점은 다음과 같습니다.
• 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.
MOSFET은 다양한 응용 분야를 갖고 있기 때문에 많은 연구자들이 MOSFET 기반 스위칭 회로의 설계 및 성능을 개선하기 위해 노력하고 있습니다. DC/DC 컨버터에서 MOSFET은 높은 스위칭 주파수 애플리케이션에서 다른 반도체 스위치보다 선호됩니다. MOSFET은 높은 스위칭 주파수 애플리케이션에서 다른 반도체 스위치에 비해 여러 가지 장점을 제공합니다. 우선, 높은 스위칭 주파수 애플리케이션에 MOSFET을 사용하는 가장 중요한 이유는 낮은 스위칭 주파수보다 높은 스위칭 주파수에서 전력 소비가 적다는 것입니다. 따라서 MOSFET은 고주파 애플리케이션에서 더욱 효율적인 옵션으로 돋보입니다. 또한 MOSFET은 다른 반도체 스위칭 소자보다 전력 밀도가 높다는 장점이 있습니다. MOSFET은 더 높은 전력 밀도에서 작동함으로써 더 높은 전류 및 전압 레벨에서 전환할 수 있습니다. 또한 MOSFET은 다른 반도체 스위치에 비해 더 쉽게, 더 적은 범위로 구동할 수 있습니다. 구동 회로의 신호가 높거나 낮은 레벨이면 MOSFET을 쉽게 전환할 수 있습니다. 결과적으로 MOSFET은 높은 스위칭 주파수 애플리케이션에서 다른 반도체 스위치에 비해 더 효율적이고 더 높은 전력 밀도를 가지며 구동하기가 더 쉽습니다. 이러한 이유로 DC/DC 컨버터, 전력 전자 애플리케이션, 고속 스위칭, 전력 증폭기 및 기타 여러 애플리케이션에 널리 사용됩니다.
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
본 연구에서는 회로를 작성하는 동안 모든 구성요소의 데이터시트를 하나씩 검사했습니다. 연결 핀, 전류 및 전압 값을 고려하고 그에 따라 설계했습니다. 신청서에 데이터시트 정보나 기술적 세부사항을 언급하지 않고 재료에 대한 일반적인 정보를 아래에 언급합니다. 세부 사항을 보고 싶은 분들은 인터넷을 통해 무료로 데이터시트에 접속하실 수 있지만, 질문이나 제안 사항이 있으시면 제가 마지막에 남긴 커뮤니케이션 채널을 통해 저에게 연락하실 수 있습니다.
IRFZ44N은 N채널 전력 MOSFET 트랜지스터입니다. 이 트랜지스터는 고전류 및 저주파 스위칭에 사용되는 인기 있는 선택입니다. IRFZ44N은 높은 전도성, 낮은 저항 및 빠른 스위칭 특성이 특징입니다. IRFZ44N은 TO-220 패키지로 제공되며 일반적으로 최대 전류 전달 용량은 55V 및 49A입니다. 또한 이 구성 요소는 낮은 입력 정전 용량 덕분에 빠른 스위칭 애플리케이션에도 사용할 수 있습니다.
Arduino Mega는 Arduino 플랫폼의 향상된 마이크로컨트롤러 보드입니다. 더 많은 입출력(I/O) 포트와 더 많은 메모리 용량을 제공합니다. Mega에는 54개의 디지털 입력/출력 핀(그 중 14개는 PWM 출력으로 사용 가능), 16개의 아날로그 입력, 4개의 UART(직렬 통신) 연결, 4개의 외부 인터럽트 핀 등이 포함되어 있습니다. 이러한 기능을 통해 Arduino Mega는 더 많은 입력/출력 연결이 필요한 더 복잡한 프로젝트 및 애플리케이션에 이상적입니다. Arduino Mega에는 다양한 응용 분야가 있습니다. 특히 로봇 공학, 자동 제어, 센서 네트워크 및 데이터 로거와 같은 응용 분야에 사용됩니다. 그러나 한 프로젝트에서는 디지털 트리거링에만 사용되었습니다. Mega의 기능과 넓은 사용 영역을 통해 프로젝트를 더욱 발전되고 포괄적으로 만들 수 있습니다. 그러나 본 연구에서는 디지털 트리거링에만 사용하였다. PC817은 광 아이솔레이터이며 입력 신호를 분리하는 데 사용됩니다. 저전력 장치와 고전력 장치 간의 안전한 연결을 제공하며 고속 데이터 전송 애플리케이션에도 사용할 수 있습니다.
LM7812 및 LM7805는 전자 장치에 사용되는 다양한 전압 출력을 갖춘 선형 전압 조정기입니다. LM7812는 12V 출력을 제공하며 무선 송신기, 증폭기 등과 같이 12V 전원 공급 장치가 필요한 애플리케이션에 사용되는 반면, LM7805는 5V 출력을 제공하며 디지털과 같은 5V 전원 공급 장치가 필요한 애플리케이션에 선호됩니다. 회로, LED 조명, 스마트 홈 장치 등. 두 전압 조정기는 입력 전압을 일정한 출력 전압으로 낮추는 데 사용되며 정확하고 안전하게 작동하는 전자 장치에 중요합니다. 광범위한 애플리케이션을 갖춘 LM7812 및 LM7805는 전자 프로젝트에서 자주 사용되는 구성 요소입니다.
스위칭 회로에서는 LED를 사용하여 스위치가 켜져 있는지 또는 꺼져 있는지 확인합니다. 스위치가 켜져 있으면 LED가 켜지고 스위치가 꺼지면 꺼진 상태를 유지합니다. 이를 통해 회로 상태를 시각적으로 모니터링할 수 있습니다. 높은 전류 소모를 방지하기 위해 스위칭에 사용되는 트랜지스터(예: MOSFET)를 통해 흐르는 전류를 제한하는 저항기를 사용합니다. 이는 트랜지스터의 과열 및 손상을 방지합니다. 또한 높은 전류로 인해 다른 구성 요소가 손상되는 것을 방지합니다. 저항의 값은 회로의 요구 사항과 사용되는 트랜지스터의 특성에 따라 선택됩니다. 연구에서는 동일한 마이크로프로세서로 2개의 서로 다른 LED가 순차적으로 트리거되었습니다. 즉, 주어진 실제 응용에서의 회로는 이론적 연구가 주어진 회로의 2개를 구축함으로써 형성된다. 전자기 발사기는 매우 흥미로운 장치이며 미래의 기술로 보여집니다. 이 장치는 자기장을 사용하여 물체를 고속으로 발사합니다. 자신만의 전자기 발사기를 만들고 싶다면 MOSFET 스위칭 회로를 사용하여 이 장치를 만들 수 있습니다. 이것이 완료된 작업의 주요 요소입니다. 저는 향후 TÜBİTAK 2209-A 프로젝트의 전자기 발사기 회로로 공유한 이 회로를 개발하고 구현할 계획입니다.
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