Continuando com estudo de MOSFET

Atenção
Este artigo esta sendo escrito, e algumas informações podem estar erradas.

No artigo anterior, vimos as características do MOSFET, onde iniciamos o estudo do projeto, analisando a questão do dimensionamento com relação a Potencia fornecida.

Teste com MOSFET de Potência

Artigo referencia ao MOSFET de Potência.

Um ponto importante que foi visto é que o componente apresenta uma variação grande de potencia em relação a temperatura.

Iremos precisar das seguintes informações neste artigo:

Thermal Characteristics
Symbol Parameter Typical Unit

Rθjc Thermal Resistance-Junction to Case 0.68 ℃/W
Rθja Thermal Resistance-Junction to Ambient 62

Especificação técnica

https://datasheet.lcsc.com/szlcsc/1811141141_HL-Haolin-Elec-HA210N06_C237262.pdf

Conforme o gráfico acima, pudemos verificar que a partir de 25 C, a potencia cai drasticamente.

Calculo da potencia dissipada

Agora iremos apresentar o calculo da potencia dissipada, ou seja perdida.

Para isso usamos a seguinte formula.

PD  (Id x Vds) x D.

PD -> Potencia dissipada (é o que queremos achar)
Id -> Corrente do Dreno. Que pode variar de 210A (25C) até 130A (100C). Porem o valor que iremos utilizar é a corrente real consumida.

No nosso ultimo artigo, verificamos que a Potencia consumida é 120W, sendo assim, iremos calcular a corrente.

P = V . I -> 120 = 12 .I -> I 120/12 ; I=10A

Agora iremos determinar o ciclo de trabalho (D), como se trata de corrente continua, e um equipamento ligado 100% do tempo, atribuímos D=1.

Ficando então

Pc =10 x 12 x 1 -> 120W potencia consumida.

Agora precisamos achar a potencia dissipada.

Nesse calculo, iremos considerar outra especificação do datasheet.

RDS(on) Drain-Source On-Resistance VGS=10V, ID=75A — 3.2 4 mΩ

Nessa entendemos que para uma potencia de 10V a 75A, temos uma resistência de 3.2mOhms. o que iremos calcular é a corrente e projetar a potencia baseada nessa resistência.

Onde a Vds = 12V;

Para calcular a potência de aquecimento real, precisamos primeiro encontrar a corrente de dreno (ID) e as perdas de condução no MOSFET. Vamos usar a equação de potência:

P = V x I

Onde P é a potência total (120 W), V é a tensão (12 V) e I é a corrente de dreno (ID). Rearranjando a equação para encontrar ID:

ID = P / V = 120 W / 12 V = 10 A

Agora que conhecemos a corrente de dreno (ID), podemos calcular as perdas de condução usando a fórmula:

P_condução = ID^2 x RDS(on)

Utilizando o valor de RDS(on) de 3.2 mΩ:

P_condução = (10 A)^2 x 3.2 mΩ = 100 A² x 0.0032 Ω ≈ 0.32 W

Lembrando que a Potencia de condução é a potencia transformada em calor, durante o processo da passagem de corrente.

Porem existe uma outra perda que é gerada pela comutação, porem como usamos esse equipamento sem comutação ou com comutação extremamente baixa. O valor da perda passa ser desprezível.

Desta forma consideraremos o PD como Condução.

PD = 0.32 W

Temperatura máxima presumida

Agora iremos aplicar as contas tentando achar a temperatura final durante a carga.

Tj = Ta + (Pd x Rth_total)

Onde:

Tj é a temperatura da junção do MOSFET em graus Celsius (°C) (queremos saber)
Ta é a temperatura ambiente em graus Celsius (°C) (40°C)
Pd é a potência dissipada pelo MOSFET em watts (W) (0.32 W)
Rth_total é a resistência térmica total em graus Celsius por watt (°C/W), que inclui tanto a resistência térmica do dissipador de calor (Rth_dissipador) quanto a resistência térmica da junção para o dissipador (Rth_jc) e outros elementos térmicos, como a resistência térmica de interface (Rth_interface) entre o MOSFET e o dissipador, se aplicável.

Recapitulando os valores do Rth_total calculados no seu texto:

Rth_total = Rth_jc + Rth_interface + Rth_dissipador Rth_total = 0,68 + 0 + 1,166 °C/W -> 1,846 °C/W

Lembrando que a Rth_interface é zero, pois não usamos pasta térmica.

Agora, usando a fórmula da temperatura da junção:

Tj = Ta + (Pd x Rθja ) Tj = 40 + (0.32 x 1,846) -> 40 + 0,59072 -> 40,59072 °C

A temperatura final da junção do MOSFET é de aproximadamente 40,6°C. Isso é bem menor do que os resultados anteriores e está dentro dos limites seguros de operação do MOSFET.

Importânte
Como mencionado anteriormente, Rθjc (Resistência Térmica da Junção ao Case) é de 0,68°C/W. No texto original, você forneceu o valor de Rth_total como a soma de Rth_jc, Rth_interface e Rth_dissipador. Nesse caso, Rth_jc deve ser substituído por Rθjc:
Rth_total = Rθjc + Rth_interface + Rth_dissipador
Em seguida, você pode usar o valor de Rth_total para calcular a temperatura da junção do MOSFET (Tj) usando a fórmula:
Tj = Ta + (Pd x Rth_total)
O valor de Rθja (Resistência Térmica da Junção ao Ambiente) de 62°C/W é útil quando você deseja calcular a temperatura da junção do MOSFET sem a ajuda de sistemas de refrigeração adicionais, como dissipadores de calor. Nesse caso, a fórmula seria:
Tj = Ta + (Pd x Rθja)

Tj = Ta + (Pd x Rθja ) Tj = 40 + (0.32 x 1,846) -> 40 + 115,375 -> 155,37 °C

O Calculo de transferência de calor, é uma disciplina de termodinâmica.

Estou fugindo da minha área de ação, porem é de minha opnião que pelo menos uma base, para operar e saber esses calculos é fundamental para o perfeito planejamento de placas de circuito eletrônicos.

Conclusão:

Próximo passo:

Experimentação

Iremos simular o modelo, tentando chegar no padrão de temperatura calculado.

Houve dúvidas quanto ao modelo estar ou não correto, pois inicialmente utilizamos a potencia total (120W), posteriormente, identificamos que a potencia que era convertida em energia térmica era uma fração (ohms) da potencia total.

Porem algumas duvidas ainda persistem, e a experimentação provará a exatidão do calculo.

Peço que aguardem até la.

Teste com MOSFET de Potência

Atenção:
Este artigo, é um estudo técnico, e não deve ser referência para aquisição que quaisquer itens.

Vamos a analise.

Neste projeto, visa aprender um pouco mais sobre MOSFET, criando um estudo prático.

Para isso adquiri uma placa pronta.

https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-1960854309-mosfet-modulo-de-potncia-impressora-3d-25a-_JM

Onde irei estudar seu funcionamento.

O objetivo deste estudo é entender o funcionamento do MOSFET, não construir uma placa.

Componentes da placa

Iremos analisar os componentes desta placa. Para isso iremos tirar fotos dos componentes, a fim de identificar.

Transistor de Potencia. HL DEA Q44 HA210N06

Foto Acoplador – CWM5 PC817 Sharp

Ponte retificadora – MB6S

Por este motivo mesmo usamos uma placa pronta.

Fazendo o processo de analise e entendendo seu funcionamento.

Ao buscar o data sheet do CI, encontramos o mesmo no seguinte link:

https://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/43368/SHARP/PC817.html

https://datasheet.lcsc.com/szlcsc/1811141141_HL-Haolin-Elec-HA210N06_C237262.pdf

Segue dados obtidos no pdf

Vdss (Drain to source) 60V (maximo)
Vgss (Gate to source) +- 25V (maximo)
Id (Continuous Drain Current) Temperatura 25C 210A, Tc 100 130A
PD (Power Dissipation) 220W (25C) / 110W (100C)

Inicio da analise

Baseado nessa especificação podemos presumir que a 100C a potencia máxima aplicada seria de 110W.

Sendo assim, supondo trabalharmos com tensão de 5V.

Podemos supor que a corrente fornecida será:

P = V. I

ou seja a 5V:

110W =  5 i -> i = 110 /5 -> 22A de corrente máxima entre a fonte e o dreno.

Ou a 12V:

110w = 12* i -> i = 110 /12 -> 9,11A (máximo)

Este produto é destinado a construção de impressora 3D, mantendo e controlando a corrente da cama aquecida. Observando e pesquisando um exemplo de cama aquecida. Podemos buscar pela seguinte referencia.

Cama aquecida

Olhando a tensão do mesmo.

https://produto.mercadolivre.com.br/MLB-3388393322-plataforma-de-placa-de-aquecimento-com-base-de-cama-quente-d-_JM#position=13&search_layout=stack&type=item&tracking_id=060e55c0-2178-4d01-816b-aeb11799b428

Temos a seguinte especificação:

Marca: Anet
Material principal: Liga de alumínio
Apropriado: Para Anet A8/A6/A2
Comprimento do cabo: 87.5cm/34.4in
Tamanho da placa: 220* 220* 3mm
Tensão do produto: 12V
Poder do produto: 120W
Tamanho do pacote: 34,5 * 33* 4,5 cm/13,6 * 13* 1.8in
Peso do pacote: 662g/23.4oz

Conclusão

Desta forma podemos verificar que a potência requerida esta no limite da fornecida, presumindo que o produto irá funcionar como esperado, porem esta no limite do esforço.

Sendo recomendado uma ventilação auxiliar para o CI, pois este fornece potência maiores quando frio, e um sistema de ventilação iria auxiliar na dissipação térmica ainda mais em países tropicais cuja temperatura máxima pode chegar a 40 graus.

No próximo post irei realizar alguns testes.

Entendendo seu funcionamento.

Trabalho de MathLab

Projetos de Sistemas de Controle com o Matlab

DISCIPLINA /AVALIAÇÃO: Tecnologia de Automação I / P1
Grupo: 1
Nome: Marcelo , Robson
Professor: Marcelo Duarte

P1-TEC-AUTOM-I-abr-mai-2023 Baixar

(4,0 pontos) Projeto de Controladores PID.

Considere um sistema de controle em malha fechada com realimentação unitária em que a planta é de segunda ordem com a seguinte função de transferência

𝐺𝑝(𝑆) =

(1,0 ponto) Encontre a função de transferência em malha fechada e verifique graficamente a resposta ao degrau com o MATLAB.

Integre a esta planta do sistema em malha fechada a controladores do tipo PID de acordo com as DUAS alternativas a seguir.

a) Controlador Proporcional (P)

𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 01

𝐾_𝑝= 36

Onde fica num1 o 5

a função ficaria 1, do S^2-> 1S^2 -> 1;

o 4.42 S -> ficaria como segundo nro.

e o ultimo o nro 4.

Ficando [1,4.42,4]

>> num1=[005];
>> den1=[1,4.42,4];
>> Gp= tf(num1,den1)

Gp =
 
         5
  ----------------
  s^2 + 4.42 s + 4
 
Continuous-time transfer function.Model Properties
>>

Agora vamos montar o grafico.

ft1 = feedback(Gp,1);

step(ft1);

a) Controlador Proporcional (P)

𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 01

𝐾_𝑝= 36

Parte 2

|Gc(s) = Kp

Gc(s) = Kp+kdS

TEMOS A função:

Criamos a segunda função, pela multiplicação do Gc * Gp:

Onde obtemos a função G10:

Kp = 36;
Kd= 0,2 * Kp;


num4=[005];
den4=[1,4.42,4];
Gp4= tf(num1,den1);


%PD = Kp+ Kd * Gp4b ;
%Gp5 = PD * Gp4;

num10=[0,3.6,80];
den10=[1,4.42,4];
G10= tf(num10,den10);
G_fechado= feedback(G10,1);

De posse destas informações

Geramos o gráfico abaixo:

b) Controlador Proporcional Derivativo (PD)

Conforme apresentado em:

http://www.ece.ufrgs.br/~jmgomes/pid/Apostila/apostila/node29.html

O Controlador Proporcional-Derivativo (PD)
A ação derivativa quando combinada com a ação proporcional tem justamente a função de “antecipar” a ação de controle a fim de que o processo reaja mais rápido. Neste caso, o sinal de controle a ser aplicado é proporcional a uma predição da saída do processo.

𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 01
𝐾𝑝 = 36
𝐾𝑑 = 2% 𝑑𝑒 𝐾p

Kp = 36;
Kd= 0,02 * Kp;


num4=[005];
den4=[1,4.42,4];
Gp4= tf(num1,den1);

PD = Kp+ Kd * Gp4;
Gp5 = PD * Gp4;
G_fechado = feedback(Gp5,1);

st5 = step(G_fechado)

2) Projeto de controle de aplicação de insulina

Ficando no Mathlab , conforme apresentado:

s=tf('s');
num6=[1];
den6=[1,2];
uGp6=tf(num6,den6);

num7=[1];
den7=[1,2];
mGp7=tf(num7,den7);

G8=series(uGp6,mGp7);
ft9=feedback(G8,1);
impulse(ft9);

Considerando o Kp ; 2< Kp < 10

e 200 < a 450

Considerando kp=2, e a =200

s=tf('s');

num6=[1];

a=200;

den6=[1,a];

uGp6=tf(num6,den6);

num7=[1];

den7=[1,2];

mGp7=tf(num7,den7);

G8=series(uGp6,mGp7);

G9= Kp*G8;

ft9=feedback(G9,1);

impulse(ft9);

3 ) Sistema de controle em malha lenta

Uma das formas clássicas de se fazer o controle de potência de uma cavidade laser e mostrada na figura 47. O Diodo laser de bombeio, o cristal laser e o cristal SHG formam a cavidade laser. Através da injeção corrente no diodo de bombeio é possível obter um feixe de laser amarelo. O controle da cavidade é efetuado por dois controladores PI ( Proporcional integrative) (OGOTA,2003), PI 1 e P3, ligados numa configuração do tipo cascata ( SEDRA et a.,2007). A malha de controle formada pelo sensor HALL (sensor corrente), PI e 3 MOSFET ( field-effect transitor) (SEDRA.,2007) garante que o diodo bombeie o cristal com uma potência óptica proporcional ao sinal de referência aplicado na entrada da malha de controle. Para evitar flutuações de potência na saída da cavidade, existe uma malha de controle externa que capta uma percentagem da potência atraves do fotodiodo e realimenta o controlador PI 3.O resultado dessa topologia é a relação linearmente proporcional entre a referência de tensão gerada pelo microcontrolador e a potência óptica na saída da cavidade.

Essa arquitetura de controle possui algumas limitações quando se necessita geral pulso da ordem microssegundos. A primeira causa é o atraso gerado pelo PI 3 e PI 1, visto que a saída de um controlador é usada como entrada para outro. A segunda causa é a fonte de alimentação que possui um tempo de resposta a variação de uma carga muito lenta que pode chegar 1ms, quando utilizada a potência máxima da fonte. A terceira causa é a indutância dos cabos de alimentação do diodo laser que responde a variação da corrente com uma variação de tensão parasita. Cargas sensíveis tais como diodo laser são susceptíveis a essas variações e podem ter junção PN danificada. Essa topologia é adotada no controle do laser no modo normal de aplicação laser (regime continuo), no qual os pulso possuem duração longa, entre 50ms e 1000ms.

MNote2

Marcelo Martins mnote2

MNote 2.26

Estamos trabalhando em muitas mudanças na versão 2.26.

Melhoria no projeto do MQuery, permitindo multiplas conexões e multiplas instancias.
Correções na tela do Folder, incluindo verificação de posição baseada em area de trabalho dinâmica. Não permitindo posicionar tela fora da área de trabalho real.

MNote2 – 2.25 LINUX (X64 e ARM)

Foi lançado as mudanças da versão 2.25, que eram correções na funcoes.pas.

Nela foi tratado algumas funcionalidades intrínsecas do sistema operacional, conforme o sistema hospedeiro.

lilygo_maurinwatch 0.5

Nesta atualização, podemos verificar a inclusão de rotina de economia de energia.

Para melhor aproveitamento energético das baterias.

Baixe o firmware e comprove:

https://github.com/marcelomaurin/lilygo_MaurinWatch

SSC 2.5

O projeto SSC (Software Serial Communication) permite analisar chamadas de comunicação entre um PC /LINUX/Windows/RASPBERRY ARM e diversos dispositivos.

Foi implementado uma nova versão 2.5, que permite verificar as portas que estão disponíveis no sistema operacional, com isso economizando tempo ao selecionar o device.