В этом исследовании была предпринята попытка разработать простую, но эффективную схему переключения МОП-транзистора, которую можно использовать для запуска электромагнитных пусковых устройств. МОП-транзистор — это полупроводниковый компонент, который часто используется для переключения мощности из-за его высокой эффективности и характеристик быстрого переключения. Основная цель данного исследования — разработать схему переключения, которая в будущем будет использоваться для запуска электромагнитной пусковой установки. Однако успешное срабатывание будет контролироваться светодиодом, а не катушками. Таким образом, мы можем фактически подойти к работе как к общей схеме запуска с МОП-транзисторами.
MOSFET (металлооксидно-полупроводниковый полевой транзистор) является широко используемым компонентом в высокоэффективных полупроводниковых переключателях. В этой статье будет обсуждаться использование МОП-транзистора при переключении и его преимущества перед другими полупроводниковыми элементами, а также объясняться простая схема переключения МОП-транзистора. МОП-транзистор представляет собой тип транзистора и используется в приложениях с высокоскоростным переключением. В частности, он используется в таких устройствах, как источники питания, силовые инверторы, преобразователи постоянного тока и приводы двигателей. Преимущество MOSFET связано с его низкой входной емкостью, высоким КПД, быстрым переключением и небольшими размерами. В MOSFET тонкий изолирующий слой, сформированный поверх полупроводников, соединен с электродом затвора. Напряжение, приложенное к этому электроду затвора, изменяет электрическое поле в изоляционном слое. Таким образом контролируется электропроводность в канальной области МОП-транзистора. МОП-транзистор потребляет очень мало энергии из-за своего высокого входного сопротивления.
Преимущества MOSFET перед другими полупроводниковыми элементами в коммутации заключаются в следующем:
• 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.
Поскольку MOSFET имеет широкий спектр применения, многие исследователи работают над улучшением конструкции и характеристик переключающих схем на основе MOSFET. В преобразователях постоянного тока МОП-транзисторы предпочтительнее других полупроводниковых переключателей в приложениях с высокой частотой переключения. МОП-транзисторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими полупроводниковыми переключателями в приложениях с высокой частотой переключения. Прежде всего, наиболее важной причиной использования МОП-транзисторов в приложениях с высокой частотой переключения является то, что они имеют меньшую рассеиваемую мощность на высоких частотах переключения, чем на низких частотах переключения. Таким образом, МОП-транзисторы являются более эффективным вариантом в высокочастотных приложениях. Кроме того, МОП-транзисторы имеют преимущество более высокой плотности мощности, чем другие полупроводниковые переключающие устройства. Работая с более высокой плотностью мощности, МОП-транзисторы могут переключаться при более высоких уровнях тока и напряжения. Кроме того, МОП-транзисторы управляются легче и в меньшей степени по сравнению с другими полупроводниковыми переключателями. МОП-транзисторы можно легко переключать, если сигналы в цепи управления находятся на высоком или низком уровне. В результате МОП-транзисторы более эффективны, имеют более высокую плотность мощности и ими легче управлять по сравнению с другими полупроводниковыми переключателями в приложениях с высокой частотой переключения. По этим причинам они широко используются в преобразователях постоянного тока, силовой электронике, высокоскоростных переключателях, усилителях мощности и во многих других приложениях.
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
При создании схемы в этом исследовании таблицы данных всех компонентов были проверены один за другим. Были учтены контакты подключения, значения тока и напряжения, и соответствующим образом была разработана конструкция. Не упоминая в заявке информацию о технических характеристиках или технические детали, ниже приводится общая информация о материалах. Те, кто хочет ознакомиться с деталями, могут бесплатно получить доступ к техническим описаниям из Интернета, но если у вас есть какие-либо вопросы или предложения, вы можете связаться со мной по каналам связи, которые я оставил в конце.
IRFZ44N — N-канальный силовой MOSFET-транзистор. Этот транзистор является популярным выбором, используемым при переключении больших токов и низкой частоты. IRFZ44N характеризуется высокой проводимостью, низким сопротивлением и характеристиками быстрого переключения. IRFZ44N поставляется в корпусе TO-220 и обычно имеет максимальную допустимую нагрузку по току 55 В и 49 А. Кроме того, благодаря низкой входной емкости этот компонент также можно использовать в приложениях с быстрым переключением.
Arduino Mega — это усовершенствованная плата микроконтроллера платформы Arduino. Он предлагает больше портов ввода-вывода (I/O) и больший объем памяти. Mega включает в себя 54 цифровых контакта ввода/вывода (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов, 4 соединения UART (последовательная связь), 4 контакта внешнего прерывания и многое другое. Эти функции делают Arduino Mega идеальным решением для более сложных проектов и приложений, требующих большего количества входных/выходных соединений. Arduino Mega имеет широкий спектр применения. Он особенно используется в таких приложениях, как робототехника, автоматическое управление, сенсорные сети и регистраторы данных. Однако в одном проекте он использовался только для цифрового запуска. Возможности Mega и широкая область использования позволяют делать проекты более продвинутыми и комплексными. Однако в данном исследовании он использовался только для цифрового запуска. PC817 представляет собой оптический изолятор и используется для изоляции входного сигнала. Он обеспечивает безопасное соединение между устройствами с низким энергопотреблением и устройствами с высокой мощностью, а также может использоваться в приложениях высокоскоростной передачи данных.
LM7812 и LM7805 — линейные стабилизаторы напряжения с разными выходными напряжениями, используемые в электронных устройствах. LM7812 обеспечивает выходное напряжение 12 В и используется в приложениях, требующих источника питания 12 В, таких как радиопередатчики, усилители и т. д., тогда как LM7805 обеспечивает выходное напряжение 5 В и предпочтителен для приложений, требующих источника питания 5 В, таких как цифровые устройства. цепи, светодиодное освещение, устройства «умный дом» и т. д. Оба регулятора напряжения используются для снижения входного напряжения до постоянного выходного напряжения и важны для корректной и безопасной работы электронных устройств. Благодаря широкому спектру применений LM7812 и LM7805 часто используются в электронных проектах.
В схеме переключения используется светодиод, позволяющий видеть, включен или выключен переключатель. Светодиод загорается, когда переключатель включен, и гаснет, когда переключатель выключен. Это дает возможность визуально контролировать состояние схемы. Чтобы предотвратить высокое потребление тока, используются резисторы для ограничения тока, протекающего через транзистор (например, MOSFET), используемый при переключении. Это предотвращает перегрев и повреждение транзистора. Это также предотвращает повреждение других компонентов высоким током. Номиналы резисторов выбираются в зависимости от требований схемы и характеристик используемого транзистора. В исследовании два разных светодиода запускались последовательно с помощью одного и того же микропроцессора. Другими словами, схема в данном реальном приложении образована корпусом 2 схемы, теоретическое исследование которой дано. Электромагнитные пусковые установки являются очень интересными устройствами и считаются технологией будущего. Эти устройства используют магнитное поле для запуска объектов на высоких скоростях. Если вы хотите сделать свою собственную электромагнитную пусковую установку, вы можете сделать это устройство, используя схему переключения МОП-транзистора. Это основной элемент проделанной работы. В будущем я планирую разработать и реализовать эту схему, которой поделился, в качестве схемы электромагнитной пусковой установки для моего проекта TÜBİTAK 2209-A.
Если у вас есть какие-либо отзывы, свяжитесь со мной по адресу электронной почты [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.
