Diseño de conmutador a base de mosfet y optoacoplador - Ruido en la carga

[switchxxi]

Habia visto hace años un circuito de "optoacoplador alta velocidad", pero no lo encuentro.
Utilizaba un transistor de buffer en la salida.

El método que yo conozco usa un transistor externo conectado en "cascode". En el archivo adjunto se explica a partir de la página 9 (Página 8 si se usa de guía el numero impreso en la hoja). -De todas formas, aunque para la aplicación en el documento sirve, le veo algunos problemas para este caso-

Igual, salvo que se necesite separar las tierras, siempre vi inútil el uso del optoacoplador habiendo mejores métodos.

De todas formas, no entiendo porque debe ser tan crítico el tiempo. Yo me pregunto ¿ Cuales son los parámetros de diseño y el porque de ellos ?

 

[BlueSugus]

Gracias por responderme, en base a sus comentarios lo diseñe de la siguiente forma:
En este punto esta encendido, pero tiene un tiempo de descarga algo pronunciado, y la corriente no supera los 11 mA en la compuerta

No entiendo a que te refieres con el tiempo de descarga...
Si me estas hablando de la tensión de puerta que se descarga muy rapido es normal, has cortocircuitado la resistencia de puerta de 2 ohms con un diodo. Ese circuito que tienes se usa para cuando quieres cerrar el mosfet y asegurarte que queda cerrado o que se cierra mas rapido que durante el encendido. Esto es debido a lo que se conoce como efecto Miller, que a veces, dependiendo de la aplicacion la corriente pasa a traves del condensador parasito de drain-gate y carga el condensador parasito de gate-source creando una subida de tensión que relantiza cerrar el dispositivo. Normalmente ese diodo viene en serie con una resistencia. Yo en tu caso quitaria el diodo y dejaria unicamente la resistencia de gate de 2 ohms.

Si por ende, estas refierendote a la carga que tarda en bajar su tension es normal, no le has puesto el diodo paralelo en la simulación a la resistencia R1 por tanto queda el circuito abierto y descargara vete tu a saber como jajajaja

Y olvidaros de usar cascode o optocopladores y cosas de esas, aqui no le interesa. La aplicación es bien sencilla, le fallan conceptos como entender como funciona un transistor, o que son circuitos de driver. Aparte el separar la masa del control y la de potencia es más que correcto. Ahora bien, creo que luego lo alimenta todo con fuentes no aisladas así que puede que le de un poco igual, y si usar un otpocoplador para adaptar tension es un poco ponerle puertas al campo, él sabra porque lo hace

 

[sergiot]

A esa frecuencia es casi imposible que las demoras en la carga y descarga sea del diseño, me inclino mas al instrumento que esta usando y ya se lo dije antes, que pruebe de medir algo que sea realmente cuadrado y hace la comprobación

 

[dgonzale47]

No entiendo a que te refieres con el tiempo de descarga...
Si me estas hablando de la tensión de puerta que se descarga muy rapido es normal, has cortocircuitado la resistencia de puerta de 2 ohms con un diodo. Ese circuito que tienes se usa para cuando quieres cerrar el mosfet y asegurarte que queda cerrado o que se cierra mas rapido que durante el encendido. Esto es debido a lo que se conoce como efecto Miller, que a veces, dependiendo de la aplicacion la corriente pasa a traves del condensador parasito de drain-gate y carga el condensador parasito de gate-source creando una subida de tensión que relantiza cerrar el dispositivo. Normalmente ese diodo viene en serie con una resistencia. Yo en tu caso quitaria el diodo y dejaria unicamente la resistencia de gate de 2 ohms.

Si por ende, estas refierendote a la carga que tarda en bajar su tension es normal, no le has puesto el diodo paralelo en la simulación a la resistencia R1 por tanto queda el circuito abierto y descargara vete tu a saber como jajajaja

Y olvidaros de usar cascode o optocopladores y cosas de esas, aqui no le interesa. La aplicación es bien sencilla, le fallan conceptos como entender como funciona un transistor, o que son circuitos de driver. Aparte el separar la masa del control y la de potencia es más que correcto. Ahora bien, creo que luego lo alimenta todo con fuentes no aisladas así que puede que le de un poco igual, y si usar un otpocoplador para adaptar tension es un poco ponerle puertas al campo, él sabra porque lo hace

Gracias por tu comentario, si no soy un experto solo tengo 17 años y es mi segundo semestre de uni. Me encontraba utilizando el optoacoplador como driver pero ya comprare un driver especifico para mosfet, es el ir2110, la idea es usar el mosfet como low side, y que en la carga la pueda manejar con 1.5V y hasta un máximo de 5A

A esa frecuencia es casi imposible que las demoras en la carga y descarga sea del diseño, me inclino mas al instrumento que esta usando y ya se lo dije antes, que pruebe de medir algo que sea realmente cuadrado y hace la comprobación

Salida del optoacoplador:


Salida en la carga:


Me refiero a que ahora mira lo que tarde en encender y apagar, es como una recta inclinada y tiene mucha mas frecuencia.
Edit 2: arriba habia visto este comentario "Por lo que vi en tus imágenes, esa rampa depende de la resistencia de puerta (Rgate), si reduces dicho valor (rollo 1 ohm) o del estilo la salida será mas rapida. Tambien te digo tienes un MOSFET (IRF1404) de 40V a 163A, vas sobradisimo para 10A pero mejor menor Rdon menos perdidas por conduccion. Con ese MOSFET la dv/dt (que es la pendiente de esa rampa que tienes ahi) puede llegar a 5 V/ns, en otras palabras cortar 5 V en 1 ns." Es decir, que el problema de esa rampa es que tengo una r de gate muy grande, y no esta referida a tierra tampoco

 

[sergiot]

La medición sobre lo que decís "salida del opto" es sobre el gate del Mosfet?

 

[dgonzale47]

la medicion sobre lo que decis "salida del opto" es sobre el gate del mosfet?

Si , eso fue cuando tenía la resistencia en paralelo con el gate, es decir que el voltaje que caía en la resistencia es el mismo que en el gate, ahora bien, ya solicité el driver ir2110, veamos como nos va, planeo colocarlo de esta forma como en el esquematico 1, pero en vez de un igbt un Mosfet y con 1.5V de alimentación en la carga:

 

[BlueSugus]

Si , eso fue cuando tenía la resistencia en paralelo con el gate, es decir que el voltaje que caía en la resistencia es el mismo que en el gate, ahora bien, ya solicité el driver ir2110, veamos como nos va, planeo colocarlo de esta forma como en el esquematico 1, pero en vez de un igbt un Mosfet y con 1.5V de alimentación en la carga:

Ese driver esta pensado para aplicacion de medio puente... es decir:

Estas trabajando a 1.5V y solo un MOSFET, ¿para que quieres ese driver?
Pero bueno suponiendo que lo vas a usar de todas maneras, no deberias dejar la patilla LO/HO al aire. Deberias colocar un condensador algo rollo 10pF o del palo.

El segundo esquematico estas usando una tecnica para disparar MOSFET cuya puerta no esta referida a masa, se llama boostrap, por lo que si te soy sincero solo usaría el esquematico 1. Pero añadiria: el condensador a HO (referido a vs), y el sistema como el de la foto de arriba + el diodo antiparalelo de la carga.

Si esto te funciona, pero sigues viendo ese slope, mira que no sea problema de las tensiones de trabajo del dispositivo, ya que la tension de gate (12V) es como 10 veces más grande que la tension de corte (1,5V), y puede que no estes trabajando en saturación sino en la region lineal del dispositivo.

¿Puedes explicara para que quieres exactamente aplicar una tension de 1,5 V a una resistencia? Igual estan haciendo un circuito totalmente ineficiente para tu aplicacion...

 

[dgonzale47]

Ese driver esta pensado para aplicacion de medio puente... es decir: Ver el archivo adjunto 272267
Estas trabajando a 1.5V y solo un MOSFET, ¿para que quieres ese driver?
Pero bueno suponiendo que lo vas a usar de todas maneras, no deberias dejar la patilla LO/HO al aire. Deberias colocar un condensador algo rollo 10pF o del palo.

El segundo esquematico estas usando una tecnica para disparar MOSFET cuya puerta no esta referida a masa, se llama boostrap, por lo que si te soy sincero solo usaría el esquematico 1. Pero añadiria: el condensador a HO (referido a vs), y el sistema como el de la foto de arriba + el diodo antiparalelo de la carga.

Si esto te funciona, pero sigues viendo ese slope, mira que no sea problema de las tensiones de trabajo del dispositivo, ya que la tension de gate (12V) es como 10 veces más grande que la tension de corte (1,5V), y puede que no estes trabajando en saturación sino en la region lineal del dispositivo.

¿Puedes explicara para que quieres exactamente aplicar una tension de 1,5 V a una resistencia? Igual estan haciendo un circuito totalmente ineficiente para tu aplicacion...

¿Puedes explicara para que quieres exactamente aplicar una tension de 1,5 V a una resistencia? Igual estan haciendo un circuito totalmente ineficiente para tu aplicacion...
R// Pues esos son los requisitos del proyecto, que en la carga sea manejada con maximo 1.5V y que pueda manejar hasta 5A.
Estas trabajando a 1.5V y solo un MOSFET, ¿para que quieres ese driver?
R// Se supone que el driver me da la corriente necesaria para activar/desactivar correctamente el mosfet, y que no haya mucho tiempo entre encendido y apagado, En si lo que se quiere del proyecto es que me de la misma forma de onda de la salida de mi micro en una carga(pero como obviamente el micro solo maneja hasta maximo 50mA), entonces escogi el mosfet ya que no tiene caída de voltaje entre colector y emisor como un transistor bipolar(en este caso entre drenador y surtidor), la señal que quiero tiene un encendido durante 10mS y un apagado durante 90mS, es decir que el periodo sea cada 100 mS.
El segundo esquemático estas usando una tecnica para disparar MOSFET cuya puerta no esta referida a masa, se llama boostrap, por lo que si te soy sincero solo usaría el esquematico 1. Pero añadiria: el condensador a HO (referido a vs), y el sistema como el de la foto de arriba + el diodo antiparalelo de la carga.
R// Entonces si solo usare low side, debo dejar HO unido a vs, y a la carga siempre ponerle el flywheel diode.
Si esto te funciona, pero sigues viendo ese slope, mira que no sea problema de las tensiones de trabajo del dispositivo, ya que la tension de gate (12V) es como 10 veces más grande que la tension de corte (1,5V), y puede que no estes trabajando en saturación sino en la region lineal del dispositivo.
Es que eso estoy viendo, estará en zona ohmica al tener Vds mucho menor al Vgs, pero yo solo quiero que conmute y me permita manejar altas corrientes, o sea el proyecto en si es un conmutador pero que la carga sea alimentada con máximo 1.6V y hasta 5A, y que ese voltaje de 1.6V se pierdan hasta un máximo 0.1V.

 

[BlueSugus]

Es que eso estoy viendo, estará en zona ohmica al tener Vds mucho menor al Vgs, pero yo solo quiero que conmute y me permita manejar altas corrientes, o sea el proyecto en si es un conmutador pero que la carga sea alimentada con máximo 1.6V y hasta 5A, y que ese voltaje de 1.6V se pierdan hasta un máximo 0.1V

Entonces coge el datasheet del dispositivo, y o bien mira en las graficas que entrega el fabricante que esto funcione como quieres. Tambien puedes usar programas para diseño de circuitos que incluyen todas las caracteristicas de los interruptores y son gratuitos como LTSpice. Pero vas a tener que mirarte tutoriales para saber como trabajar con ello XD. Al menos de cara a aplicaciones con este tipo de problemas (slopes que no aparecen en simulación) es porque los programas como proteus no suelen incluir el modelo "complicado" del transistor y te trabaja con el transistor ideal. (Esto es un poco expeculación ya que no use mucho proteus no me gusta demasiado)

 

[sergiot]

Probaste de usar el mismo circuito, pero con una tension en drenaje de 24V y una corriente de 2A? o algo similar con valores mas "normales"?

 

[dgonzale47]

No aun no, pero apenas venga el driver lo hago. Y les comparto aquí el esquema de conexiones antes de armarlo en protoboard.

Probaste de usar el mismo circuito, pero con una tension en drenaje de 24V y una corriente de 2A? o algo similar con valores mas "normales"?

PD:
en serio han sido de mucha ayuda, Dios los bendiga a todos!!!

 

[dgonzale47]

Amigos, leyendo bien varios comentarios, no han entendido bien que es lo que quiero y porque escogi el mosfet.
Miren esta imagen:
Lo que yo quiero es que con una señal de un arduino con esas especificaciones, poder controlar una carga con la misma forma de señal es decir que también tenga 10 Hz y un duty cycle del 10%, pero como sabemos los micro no manejan altas corrientes, yo habia escogido un mosfet para hacerlo conmutar ya que no pierde voltaje en el lado de la carga es decir que se mantengan los 1.5, entonces leyendo en internet vi los circuitos que fui armando a lo largo de todo este foro, y que he cambiado en base a sus recomendaciones, entonces pongo esto para que quede como que un mejor punto de inicio, como borrón y cuenta nueva XD, ojo este circuito no es el que empleo, si no mas a forma de que entiendan que es lo que quiero hacer. En serio, no se como agradecerles su paciencia.

 

[sergiot]

Todo el mundo entendió lo que queres hacer, lo que pasa es que nadie puede saber lo efectos de hacer trabajar un mosfet con 1.6V y 5A, con una tension en gate de 12V, ya te lo dijeron de todas las maneras posibles.
La teoria es muy linda y didactica, pero la practica no siempre es igual, y ahi es donde entran en juego todos esos pequeños detalles que estas teniendo con el diseño real.

 

[dgonzale47]

Todo el mundo entendió lo que queres hacer, lo que pasa es que nadie puede saber lo efectos de hacer trabajar un mosfet con 1.6V y 5A, con una tension en gate de 12V, ya te lo dijeron de todas las maneras posibles.
La teoria es muy linda y didactica, pero la practica no siempre es igual, y ahi es donde entran en juego todos esos pequeños detalles que estas teniendo con el diseño real.

Vale, igual gracias a todos ya tengo una mejor compresión del tema en cuestión, solo falta que me lleguen el nuevo mosfet y el driver para empezar a hacer las respectivas pruebas, también pedí transistores de potencia pa hacer un totem pole y probar mas configuraciones.

 

[Daniel Lopes]

Amigos, leyendo bien varios comentarios, no han entendido bien que es lo que quiero y porque escogi el mosfet.
Miren esta imagen:Ver el archivo adjunto 272271
Lo que yo quiero es que con una señal de un arduino con esas especificaciones, poder controlar una carga con la misma forma de señal es decir que también tenga 10 Hz y un duty cycle del 10%, pero como sabemos los micro no manejan altas corrientes, yo habia escogido un mosfet para hacerlo conmutar ya que no pierde voltaje en el lado de la carga es decir que se mantengan los 1.5, entonces leyendo en internet vi los circuitos que fui armando a lo largo de todo este foro, y que he cambiado en base a sus recomendaciones, entonces pongo esto para que quede como que un mejor punto de inicio, como borrón y cuenta nueva XD, ojo este circuito no es el que empleo, si no mas a forma de que entiendan que es lo que quiero hacer. En serio, no se como agradecerles su paciencia.

Dudo en mucho que con tan solamente 4,76V de VGS ustedes logre cerriar conpletamente lo canal Dreno y Sourse de "Q1"
!Saludos!

 

[ricbevi]

De esta forma al menos en la simulación y con carga resistiva pura de 0.3R(1.5V/5A) funciona razonablemente bien. Hay que ver como se desempeña en la realidad.



La señal de entrada es de 10Hz al 10% y de 3V de nivel lógico.

Saludos.

 

[dgonzale47]

De esta forma al menos en la simulación y con carga resistiva pura de 0.3R(1.5V/5A) funciona razonablemente bien. Hay que ver como se desempeña en la realidad.

Ver el archivo adjunto 272310

La señal de entrada es de 10Hz al 10% y de 3V de nivel lógico.

Saludos.

Hola! Gracias por tomarte el tiempo de hacerlo en proteus
Que función cumple el Q4, y C1? no debería haber una resistencia antes del gate muy pequeña como máximo de 2 ohm?, según lo que leí en varios comentarios que han dejado en este post

 

[Daniel Lopes]

Hola! Gracias por tomarte el tiempo de hacerlo en proteus
Que función cumple el Q4, y C1? no debería haber una resistencia antes del gate muy pequeña como máximo de 2 ohm?, según lo que leí en varios comentarios que han dejado en este post

"Q4" sirve como una interface de nivel permitindo comandar correctamente lo transistor "Q3" con tan solamente 3V , recordese que "Q3" anda con 12 V.
"C1" sirve para "atrazar" un poco lo tienpo de subida ( enciendido ) porque hay una constante de tienpo "R" y "C" con "R1" (100R) .
No se si ese capacitor es realmente nesesario en ese circuito , quizaz el sirve de filtro anti ruidos.
!Saludos!

 

[sergiot]

Creo que para este caso, C1 no es necesario ya que justamente queres evitar pendientes en los tiempos de activación y desactivación.
Como te dijo Daniel, Q4 dispara a Q3 cuando el pulso es 0V, cuando el pulso está en alto, Q2 pone a 0V el gate.

 

[Daniel Lopes]

!OJO! , la entrada de sinal de comando es en la junción de "R4" con "R5" .
La Base del transistor "Q4" debe sener conectado a una fuente fija de 3,3 Voltios.
Esa fuente puede sener hecha con auxilo de un dibisor resistivo mas un bueno capacitor de desacople.
!Saludos!