Neste estudo, foi feita uma tentativa de projetar um circuito de comutação MOSFET simples, mas eficaz, que possa ser usado para acionar lançadores eletromagnéticos. MOSFET é um componente semicondutor frequentemente usado para comutação de energia devido à sua alta eficiência e características de comutação rápida. O principal objetivo deste estudo é projetar um circuito de comutação que será utilizado para acionar um lançador eletromagnético no futuro. Porém, o sucesso do disparo será controlado pelo LED e não pelas bobinas. Portanto, podemos realmente abordar o trabalho como um circuito de disparo geral com MOSFETs.
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) é um componente amplamente utilizado na comutação de semicondutores de alto desempenho. Neste artigo, o uso do MOSFET na comutação e suas vantagens sobre outros elementos semicondutores serão discutidos e um circuito de comutação MOSFET simples será explicado. O MOSFET é um tipo de transistor e é usado em aplicações de comutação de alta velocidade. Em particular, é utilizado em aplicações como fontes de alimentação, inversores de potência, conversores CC-CC e acionamentos de motores. O MOSFET é vantajoso devido à sua baixa capacitância de entrada, alta eficiência, comutações rápidas e tamanho pequeno. Em um MOSFET, uma fina camada isolante formada sobre os semicondutores é conectada ao eletrodo da porta. A tensão aplicada a este eletrodo de porta altera o campo elétrico na camada isolante. Assim, a condutividade elétrica na região do canal do MOSFET é controlada. O MOSFET consome uma quantidade muito pequena de energia devido à sua alta impedância de entrada.
As vantagens do MOSFET sobre outros elementos semicondutores na comutação são as seguintes:
• 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.
Como o MOSFET tem uma ampla gama de aplicações, muitos pesquisadores estão trabalhando para melhorar o projeto e o desempenho dos circuitos de comutação baseados em MOSFET. Em conversores DC/DC, os MOSFETs são preferidos a outros interruptores semicondutores em aplicações de alta frequência de comutação. Os MOSFETs oferecem diversas vantagens em comparação com outros interruptores semicondutores em aplicações de alta frequência de comutação. Em primeiro lugar, a razão mais importante para usar MOSFETs em aplicações de alta frequência de comutação é que eles têm menos dissipação de energia em altas frequências de comutação do que em baixas frequências de comutação. Portanto, os MOSFETs destacam-se como uma opção mais eficiente em aplicações de alta frequência. Além disso, os MOSFETs têm a vantagem de maior densidade de potência do que outros dispositivos de comutação semicondutores. Ao operar com uma densidade de potência mais alta, os MOSFETs podem comutar em níveis mais altos de corrente e tensão. Além disso, os MOSFETs podem ser acionados com mais facilidade e em menor grau em comparação com outros switches semicondutores. Os MOSFETs podem ser facilmente comutados se os sinais no circuito de acionamento estiverem em níveis altos ou baixos. Como resultado, os MOSFETs são mais eficientes, têm maior densidade de potência e são mais fáceis de acionar em comparação com outros interruptores semicondutores em aplicações de alta frequência de comutação. Por estas razões, eles são amplamente utilizados em conversores DC/DC, aplicações de eletrônica de potência, comutação de alta velocidade, amplificadores de potência e muitas outras aplicações.
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
Ao criar o circuito neste estudo, as fichas técnicas de todos os componentes foram examinadas uma por uma. Pinos de conexão, valores de corrente e tensão foram levados em consideração e um projeto correspondente foi feito. Sem citar informações da ficha técnica ou detalhes técnicos da aplicação, abaixo são citadas informações gerais sobre os materiais. Quem quiser ver os detalhes pode acessar gratuitamente as fichas técnicas pela internet, mas caso tenha alguma dúvida ou sugestão, pode entrar em contato comigo pelos canais de comunicação que deixei no final.
IRFZ44N é um transistor MOSFET de potência de canal N. Este transistor é uma escolha popular usada em comutação de alta corrente e baixa frequência. IRFZ44N é caracterizado por alta condutividade, baixa resistência e características de comutação rápida. O IRFZ44N vem em um pacote TO-220 e normalmente tem capacidade máxima de corrente de 55V e 49A. Além disso, graças à sua baixa capacitância de entrada, este componente também pode ser utilizado em aplicações de comutação rápida.
Arduino Mega é uma placa microcontroladora aprimorada da plataforma Arduino. Ele oferece mais portas de entrada/saída (E/S) e mais capacidade de memória. O Mega inclui 54 pinos de entrada/saída digital (14 dos quais podem ser usados como saídas PWM), 16 entradas analógicas, 4 conexões UART (comunicação serial), 4 pinos de interrupção externa e muito mais. Esses recursos tornam o Arduino Mega ideal para projetos e aplicações mais complexos que exigem mais conexões de entrada/saída. Arduino Mega possui uma ampla gama de aplicações. É especialmente utilizado em aplicações como robótica, controle automático, redes de sensores e registradores de dados. Entretanto, em um projeto ele foi utilizado apenas para disparo digital. As funcionalidades e ampla área de utilização do Mega permitem que os projetos sejam mais avançados e abrangentes. Porém, neste estudo, foi utilizado apenas para disparo digital. O PC817 é um isolador óptico e é usado para isolar o sinal de entrada. Ele fornece uma conexão segura entre dispositivos de baixa potência e dispositivos de alta potência e também pode ser usado em aplicações de transmissão de dados em alta velocidade.
O LM7812 e o LM7805 são reguladores de tensão lineares com diferentes saídas de tensão utilizados em dispositivos eletrônicos. O LM7812 fornece saída de 12 volts e é usado em aplicações que exigem uma fonte de alimentação de 12 volts, como transmissores de rádio, amplificadores, etc., enquanto o LM7805 fornece saída de 5 volts e é preferido para aplicações que exigem uma fonte de alimentação de 5 volts, como digital circuitos, iluminação LED, dispositivos domésticos inteligentes, etc. Ambos os reguladores de tensão são usados para reduzir a tensão de entrada para uma tensão de saída constante e são importantes para dispositivos eletrônicos que operam corretamente e com segurança. Com uma ampla gama de aplicações, o LM7812 e o LM7805 são componentes frequentemente utilizados em projetos eletrônicos.
No circuito de comutação, um LED é usado para ver quando a chave está ligada ou desligada. O LED acende quando o interruptor está ligado e permanece apagado quando o interruptor está desligado. Isso permite monitorar visualmente o estado do circuito. Para evitar alto consumo de corrente, resistores são usados para limitar a corrente que flui através do transistor (por exemplo, MOSFET) usado na comutação. Isso evita superaquecimento e danos ao transistor. Também evita que a alta corrente danifique outros componentes. Os valores dos resistores são escolhidos em função dos requisitos do circuito e das características do transistor utilizado. No estudo, 2 LEDs diferentes foram acionados sequencialmente com o mesmo microprocessador. Ou seja, o circuito na dada aplicação real é formado pela construção 2 do circuito cujo estudo teórico é dado. Os lançadores eletromagnéticos são dispositivos muito interessantes e se mostram como a tecnologia do futuro. Esses dispositivos usam o campo magnético para lançar objetos em alta velocidade. Se você quiser fazer seu próprio lançador eletromagnético, poderá fazer este dispositivo usando um circuito de comutação MOSFET. Este é o principal elemento do trabalho realizado. Pretendo desenvolver e implementar este circuito que compartilhei como um circuito lançador eletromagnético para meu projeto TÜBİTAK 2209-A no futuro.
Se você tiver algum comentário, entre em contato comigo pelo endereço de e-mail [email protected].
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