التحكم في سرعة المحرك مع MOSFET

هناك العديد من التطبيقات موسفيت من القطاع الصناعي إلى الأجهزة المنزلية مثل التحكم في سرعة المحرك، وخفت الضوء، وتضخيم وتحويل الإشارات الإلكترونية داخل الأجهزة الإلكترونية، مثل العاكس، ومكبر الصوت عالي التردد، وغيرها الكثير. وبشكل عام، فهي متوفرة بأحجام مختلفة لتتناسب مع احتياجات المشاريع الإلكترونية المختلفة. يتم استخدام MOSFET عندما نحتاج إلى التحكم في الفولتية والتيارات الكبيرة بإشارة صغيرة. توفر هذه المقالة معلومات مختصرة عن أحد تطبيقات MOSFET مثل كيفية تصميم ملف التحكم في سرعة المحرك بواسطة MOSFET .

التحكم في سرعة المحرك مع MOSFET

في المجتمع الحديث، التحكم في سرعة المحركات الكهربائية موجود في كل مكان لأنه مهم بالنسبة للآلات المختلفة. الوظيفة المطلوبة وأداء المحركات الكهربائية واسعة النطاق. عندما نركز على جزء التحكم في سرعة المحرك، يمكن التحكم في سرعة المحركات السائر والمحركات المؤازرة بواسطة قطار نبضي، في حين يمكن التحكم في سرعة المحرك DC بدون فرش والمحرك التعريفي باستخدام جهد DC أو مقاومة خارجية. في الوقت الحاضر، يتم استخدام المحركات الكهربائية في العديد من الصناعات كمصدر طاقة لا غنى عنه. لكن التحكم في سرعة المحرك ضروري لأنه يؤثر بشكل مباشر على تشغيل الآلة وجودتها ونتيجة العمل.

الهدف الرئيسي من ذلك هو تصميم دائرة ل التحكم في سرعة محرك التيار المستمر مع MOSFET. MOSFET هو نوع من الترانزستور، يستخدم لتضخيم أو تبديل الفولتية داخل الدوائر. نوع MOSFET المستخدم في هذه الدائرة هو وضع التحسين MOSFET الذي يعمل فقط في وضع التحسين وهذا يعني أنه سيتم إيقاف تشغيل هذا الترانزستور عندما لا يكون هناك جهد مقدم إلى محطة البوابة وسيتم تشغيله عندما يتم توفير الجهد. وهذا يجعل الترانزستور مثاليًا للاستخدام كمفتاح للتحكم في محرك التيار المستمر.

يتم استخدام محرك التيار المستمر في تطبيقات مختلفة مثل الروبوتات والأجهزة والألعاب وما إلى ذلك. لذلك في العديد من تطبيقات محركات التيار المستمر، يعد التحكم في سرعة المحرك واتجاهه أمرًا ضروريًا. سنشرح هنا كيفية تصميم وحدة تحكم بسيطة بمحرك DC باستخدام MOSFET.

المكونات المطلوبة:

المكونات المطلوبة لتصنيع وحدة التحكم بمحرك DC تتضمن بطارية 12V، 100K مقياس فرق الجهد ، IRF540N E-MOSFET، محرك DC، ومفتاح.

روابط:

اتصالات هذا التحكم في سرعة محرك DC مع IRF540N إيموسفيت اتبعنا؛

يتم توصيل محطة البوابة IRF540 E-MOSFET بمقياس الجهد، ويتم توصيل محطة المصدر بالسلك الموجب للمحرك، ويتم توصيل محطة التصريف الخاصة بـ MOSFET بالطرف الموجب للبطارية من خلال مفتاح.

يتم توصيل السلك السالب للمحرك بالطرف السالب للبطارية.

يتم توصيل طرف إخراج مقياس الجهد بطرف بوابة MOSFET، ويتم توصيل GND بالطرف السالب للبطارية من خلال سلك سالب للمحرك، ويتم توصيل دبوس VCC بالطرف الموجب للبطارية من خلال طرف تصريف MOSFET والتبديل.

عمل

بمجرد إغلاق المفتاح 'S'، يتسبب مصدر الجهد عند بوابة بوابة MOSFET في إمداد التيار من طرف الصرف (D) إلى المصدر (S). بعد ذلك يبدأ التيار بالتدفق عبر محرك التيار المستمر ويبدأ المحرك في الدوران. يمكن تنظيم مجموع التيار الموفر للمحرك DC ببساطة عن طريق ضبط مقياس الجهد، وبعد ذلك يقوم بتغيير الجهد المطبق عند بوابة بوابة MOSFET. لذلك يمكننا التحكم في سرعة محرك التيار المستمر عن طريق التحكم في الجهد عند طرف البوابة في MOSFET. لزيادة سرعة محرك التيار المستمر، علينا زيادة الجهد المطبق عند بوابة بوابة MOSFET.

هنا، تم تصميم دائرة التحكم بمحرك DC المستندة إلى IRF540N MOSFET للتحكم في سرعة المحرك . هذه الدائرة سهلة التصميم للغاية باستخدام MOSFET ومقياس الجهد. يمكننا التحكم في سرعة المحرك ببساطة عن طريق التحكم في الجهد المطبق عند بوابة بوابة MOSFET.

مزايا الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) للتحكم في سرعة المحرك:

تلعب الترانزستورات دورًا أساسيًا في دوائر التحكم في سرعة المحرك، وغالبًا ما يتم تفضيل MOSFETs (ترانزستورات تأثير المجال بأشباه الموصلات المعدنية) على أنواع أخرى من الترانزستورات مثل BJTs (ترانزستورات الوصلة ثنائية القطب) وIGBTs (ترانزستورات البوابة المعزولة ثنائية القطب) لعدة أسباب . في هذه المقالة، سوف نستكشف مزايا وتطبيقات استخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) للتحكم في سرعة المحرك مقارنة بالترانزستورات الأخرى.

• كفاءة عالية :
  • تُظهر الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (RDS(on)) مقاومة منخفضة للغاية، مما يؤدي إلى الحد الأدنى من تبديد الطاقة وكفاءة عالية في دوائر التحكم في المحركات.
  • وتعني هذه الكفاءة العالية توليد حرارة أقل، مما يقلل الحاجة إلى أنظمة تبريد معقدة، مما يجعل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) مناسبة لتطبيقات الطاقة العالية.
• سرعة التبديل السريعة :
  • تتمتع الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بسرعة تحويل سريعة جدًا، عادةً في نطاق النانو ثانية.
  • تسمح هذه الاستجابة السريعة بالتحكم الدقيق في سرعة المحرك واتجاهه، مما يجعله مناسبًا للتطبيقات التي تتطلب تغييرات سريعة.
• قوة محرك البوابة منخفضة :
  • تتطلب الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة الحد الأدنى من طاقة محرك البوابة للتبديل بين حالات التشغيل والإيقاف.
  • تعمل هذه الخاصية على تقليل الطاقة اللازمة للتحكم في الترانزستور، مما يؤدي إلى أنظمة تحكم في المحركات موفرة للطاقة.
• لا حاجة لتيار البوابة :
  • على عكس BJTs، لا تتطلب الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) تيار بوابة مستمرًا للبقاء في حالتها، مما يقلل من استهلاك الطاقة في دائرة التحكم.
  • وهذا مفيد بشكل خاص في التطبيقات التي تعمل بالبطاريات حيث تعد كفاءة الطاقة أمرًا بالغ الأهمية.
• تحمل درجة الحرارة :
  • يمكن أن تعمل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في نطاق واسع من درجات الحرارة، مما يجعلها مناسبة لكل من البيئات شديدة البرودة والحارة.
  • هذه الميزة ذات قيمة في تطبيقات مثل أنظمة السيارات والآلات الصناعية.
• انخفاض EMI :
  • تولد الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) تداخلاً كهرومغناطيسيًا (EMI) أقل مقارنةً بوحدات BJTs وIGBTs.
  • يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية في التطبيقات التي يمكن أن تتداخل فيها التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) مع الأجهزة أو الأنظمة الإلكترونية القريبة.

تطبيقات التحكم في سرعة المحرك باستخدام الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة:

• المركبات الكهربائية (EVs) والمركبات الهجينة :
  • تُستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) بشكل شائع في أنظمة التحكم في محركات المركبات الكهربائية والهجينة.
  • فهي توفر تحكمًا فعالاً ودقيقًا في المحركات الكهربائية، مما يساهم في تحسين أداء السيارة ومداها.
• الأتمتة الصناعية :
  • في الصناعات، يتم استخدام التحكم في سرعة المحرك القائم على MOSFET لأحزمة النقل، والأذرع الآلية، والأنظمة الآلية الأخرى.
  • تضمن سرعة التبديل السريعة لدوائر MOSFET تحكمًا دقيقًا وسريع الاستجابة في عمليات التصنيع.
• أجهزة منزلية :
  • توجد الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في الأجهزة المنزلية مثل الغسالات ومكيفات الهواء والمراوح للتحكم في سرعة المحرك.
  • إن كفاءتها وتوليد الحرارة المنخفض يجعلها مثالية للأجهزة الموفرة للطاقة.
• أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء :
  • تستخدم أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) وحدات MOSFET للتحكم في سرعة المحركات في المراوح والضواغط.
  • وهذا يساهم في توفير الطاقة وتنظيم درجة الحرارة بدقة.
• الدفع بدون طيار :
  • تتطلب الطائرات بدون طيار التحكم الفعال في سرعة المحرك للحفاظ على الاستقرار والقدرة على المناورة.
  • تُفضل الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في دوائر التحكم في محركات الطائرات بدون طيار نظرًا لوزنها المنخفض وكفاءتها العالية.
• أنظمة تبريد الكمبيوتر :
  • تُستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في مراوح تبريد الكمبيوتر لضبط سرعة المروحة بناءً على درجة الحرارة، مما يضمن أداء التبريد الأمثل بأقل قدر من الضوضاء.
• القطارات والقاطرات الكهربائية :
  • تُستخدم الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) في أنظمة التحكم في المحركات للقطارات والقاطرات الكهربائية لتنظيم السرعة والاتجاه بكفاءة.
• أنظمة الطاقة المتجددة :
  • تستخدم توربينات الرياح وأنظمة تتبع الطاقة الشمسية وحدات MOSFET للتحكم في سرعة المحركات، مما يؤدي إلى تحسين توليد الطاقة.

باختصار، توفر الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) مزايا عديدة للتحكم في سرعة المحرك، بما في ذلك الكفاءة العالية، وسرعة التبديل السريعة، ومتطلبات طاقة محرك البوابة المنخفضة، وانخفاض EMI. هذه المزايا تجعلها الخيار المفضل في مجموعة واسعة من التطبيقات، من السيارات الكهربائية والأتمتة الصناعية إلى الأجهزة المنزلية وأنظمة الطاقة المتجددة. إن تعدد استخدامات الدوائر المتكاملة منخفضة المقاومة (MOSFET) وموثوقيتها يجعلها حجر الزاوية في تكنولوجيا التحكم في المحركات الحديثة.