Est-ce une bonne pratique de faire passer de grandes quantités de courant via un MOSFET?

Je cherchais un bon moyen de contrôler le flux de beaucoup de courant dans mon projet. Cela peut à certains moments être de 40 à 50 ampères à 12-15 V. Bien que les relais soient un bon choix, ils sont mécaniques et prennent donc du temps à s'activer et à s'user avec le temps.

J'ai vu des MOSFET (comme ce IRL7833 ) qui sont annoncés pour être capables de gérer des tâches aussi exigeantes. Cependant, compte tenu de la taille du FET, cela me met mal à l'aise de mettre autant de puissance à travers lui. Est-ce une préoccupation valable?

Pourquoi un fil de cuivre épais peut-il supporter un courant important?

Parce qu'il a une faible résistance. Tant que vous maintenez la résistance basse (allumez le MOSFET à fond, par exemple utilisez V _gs = 10 V comme dans la fiche technique de l'IRL7833), alors le MOSFET ne dissipera pas beaucoup de puissance.

La puissance dissipée est:$P$$P = I^2 * R$

Cependant, il y a quelques mises en garde:

Regardons la fiche technique du IRL7833 .

Ce 150 A est à une température de boîtier de 25 degrés C. Cela signifie que vous aurez probablement besoin d'un bon dissipateur thermique. Toute chaleur dissipée devrait pouvoir "s'échapper" car les R _{ds, on} du NMOS augmenteront avec l'augmentation de la température. Ce qui augmentera la dissipation de puissance ... Vous voyez où cela va? Il s'agit de l'emballement thermique .

Ces courants très élevés sont souvent des courants pulsés et non des courants continus.

Page 12, point 4: Le courant de limitation du boîtier est de 75 A

Donc, en pratique avec un IRL7833, vous êtes limité à 75 A, si vous pouvez garder le MOSFET suffisamment frais.

Vous voulez fonctionner à 40 - 50 A, c'est moins que 75 A. Plus vous vous éloignez des limites du MOSFET, mieux c'est. Vous pourriez donc envisager d'utiliser un MOSFET encore plus puissant ou d'en utiliser deux (ou plus) en parallèle.

Vous ne mettez pas non plus autant de puissance à travers le MOSFET, et le MOSFET est ne gère pas 50 A * 15 V = 750 watts.

Quand éteint, le MOSFET peut gérer 15 V à presque aucun courant (juste une fuite), en raison du faible courant qui ne sera pas suffisant pour chauffer le MOSFET.

Quand le MOSFET traitera 50 A, mais il aura moins de résistance que 4 mOhm (quand il est cool) de sorte que les moyens 10 watts. C'est OK, mais vous devez garder le MOSFET au frais.

Portez une attention particulière à la figure 8 de la fiche technique, "Zone de fonctionnement sûre maximale", vous devez rester dans cette zone ou risquer d'endommager le MOSFET.

Conclusion: vous aussi? Oui, vous pouvez, mais vous devez faire des «devoirs» pour déterminer si vous allez respecter les limites de sécurité. Le simple fait de supposer qu'un MOSFET peut gérer un certain courant car il est annoncé comme tel est une recette pour un désastre. Vous devez comprendre ce qui se passe et ce que vous faites.

Par exemple: puisque 50 A à 4 mohms donne déjà une dissipation de puissance de 10 W, qu'est-ce que cela signifie pour toutes les connexions et traces sur un PCB? Ils doivent avoir une très faible résistance!

En complément de la bonne réponse de @Bimpelrekkie, je voudrais attirer votre attention sur la nécessité d'un chemin alternatif vers le flux actuel lorsque vous éteignez votre charge.

Même si vous contrôlez le courant pour une charge résistive (théoriquement) pure, il peut inclure une inductance parasite. Ainsi, lorsque vous éteignez le 15A, cette inductance entraînera un dépassement de tension dans les bornes mosfet, ce qui pourrait entraîner une panne et une destruction conséquente. Même l'auto-inductance des fils peut causer des problèmes avec cette quantité de courant.

La solution typique est de placer une diode en anti-parallèle avec la charge, comme dans le schéma ci-dessous:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

De plus, comme vous êtes préoccupé par la dissipation de puissance, il est important de mentionner également la puissance dissipée lorsque le mosfet est allumé et éteint. Une certaine énergie est dissipée chaque fois que le canal est formé ou bloqué.

La puissance dissipée due à la commutation est d'environ:

$P_{switching} = \frac{1}{2}\cdot V\cdot I_{load}\cdot f_{switching}\cdot t_{switching}$

Comme vous pouvez le voir, si vous passez beaucoup de temps dans le processus de commutation, le mosfet pourrait se dissiper à beaucoup de puissance et ce sera un problème.

Pour accélérer les transitions, vous devez utiliser un circuit de commande de porte entre l'arduino et le mosfet. De plus, le circuit de commande de grille est obligatoire si vous prévoyez d'utiliser le mosfet connecté à la borne positive de l'alimentation. Dans cette situation, l'arduino n'est pas en mesure de générer une tension positive entre la grille et la borne de source, car la source flottera en fonction de l'état du courant de charge.

Google "relais à semi-conducteurs", et vous en trouverez plus que vous ne vouliez en savoir. Et ils travaillent avec AC, si jamais le besoin s'en faisait sentir. Ils sont autonomes et nécessitent des circuits de protection intégrés.