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[改裝] FET應用在電動槍上的基本特性

FET應用在電動槍上的基本特性

MOSFET測試電路
帶電動槍進實驗室太白目了,所幸以電感器模擬馬達的線圈電感並串接水泥電阻作負載



由於實驗中僅使用8A電流遠低於電動槍20A、30A電流,因此實際狀況會更惡劣


由於R1=0 MOSFET能很快的開啟,但是開啟速度太快了造成Vgs電壓彈跳,Vgs電壓過高可能會損壞MOSFET
另外眼尖的人會發現MOSFET的G腳竟然有1A電流,這是正常的,是對Ciss充電的電流,所以G腳訊號線不能太細
右側紅色的線條為MOSFET的功率損耗,MOSFET開啟速度快慢會影響開關效率,開啟速度愈快損耗愈小


R2的作用是關閉MOSFET,因此R2愈大MOSFET關閉的速度愈慢,使用電感性較強的馬達就會感應出反電勢,令Vds快速上升
右側的開關損耗比MOSFET開啟時大得多,因為MOSFET關閉速度較慢


在電路圖D1的位置放入蕭特稽二極體能讓馬達線圈電感在MOSFET關閉時形成電流迴路,便不會出現反電勢
這時的開關功率損耗會比沒用二極體要小


或者使用電感性較弱的馬達(如強磁馬達),它的反電勢不明顯,可以不用加蕭特稽二極體

利用R1電阻限制Vgs電壓不超過額定


為了避免開關速度過快造成Vgs電壓彈跳可以使用R1電阻,但缺點是開啟的功率損失變大了
由於流入G腳的電流被R1限制,因此波形圖中看不出G腳上的電流
目前設計Vgs在開啟時為10v,故R1=2k、R2=10K


使用R1電阻對關閉MOSFET影響不大

選擇不同MOSFET它的Ciss等效電容也會不同,差別就在MOSFET的開關速度


為了顯示Ciss對MOSFET開關速度的影響在GS兩腳上並聯1000pF電容器
右側開關損耗明顯變大了,因為MOSFET開啟速度變慢


然而增加Ciss對關閉MOSFET仍沒有多大影響,足以見得10k的電阻夠小

不同的MOSFET其Vth導通電壓也會不一樣,使用R1電阻必須考量到MOSFET的Vth
否則MOSFET可能無法開啟或開啟不完全,導致功率損耗大增




故意設計R1=20k讓Vgs接近Vth
雖然可提供足夠的電流但Ron不是最小,會持續消耗功率導致MOSFET發燙

實際安裝FET時有人會把G腳訊號線纏繞在電池連接S腳的電源線上
這作法並不好,由安培右手定則可知電源線經過大電流會在G腳訊號線上感應出電流,使Vgs電壓彈跳
不過在這個實驗中看不出差別(電流不夠大)


上面是R1、R2靠近MOSFET,在R1連接電池的訊號線纏繞電源線20匝,R1=0


上面是R1、R2靠近電池,在R1、R2連接MOSFET G腳的訊號線纏繞電源線20匝,R1=0

先這樣,有空再補充

[ 本帖最後由 鑽石狗 於 2013-9-16 23:36 編輯 ]

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底下是改變Vgs電壓對Ron的影響,左圖Vgs=5v,右圖Vgs=10v,紅色線為Ron


Vgs電壓愈高MOSFET的導通電阻愈小,功率損失小就不容易發燙

底下是電池沒電的波形,Vgs=電池電壓


當電池快沒電時扣下扳機會因為馬達消耗功率大於電池提供的功率使電池電壓下降
這時Vgs電壓跟著電池電壓下降使導通電阻上升,MOSFET很快發燙,若電池電壓下降的時間維持太久會燒毀MOSFET

總的來說,改FET的電槍在電池沒電重托時千萬別再扣著扳機,MOSFET正處於最嚴苛的狀態
這時電池雖不足以驅動馬達,但仍有電流經過FET,又Vgs很接近Vth導致Ron大增,MOSFET容易燒燬

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...看完之後馬上把電池拿出來充電

不曉得是不是漏看什麼~
R1跟R2分別代表什麼呢?
大概至少要多粗的線才可以耐1A的電流?
馬達電感強弱由什麼因素決定? 可以單純由強磁與否簡單分別嗎?

我是物理白痴, 這些我都不懂

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引用:
原帖由 daitsheep 於 2013-9-17 22:40 發表
不曉得是不是漏看什麼~
R1跟R2分別代表什麼呢?
大概至少要多粗的線才可以耐1A的電流?
馬達電感強弱由什麼因素決定? 可以單純由強磁與否簡單分別嗎?
R1跟R2是第一張圖中的電阻器



FET的G腳訊號線不須特別在意線徑粗細,因為1A的電流只出現很短的時間,倒是長度要盡可能縮短
馬達線圈電感的強弱與鐵心剩磁及繞線圈數有關,無法簡單分辨
一個二極體不超過5元,用5元幫FET買個保險應該不算昂貴啦

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引用:
原帖由 鑽石狗 於 2013-9-17 22:01 發表
底下是改變Vgs電壓對Ron的影響,左圖Vgs=5v,右圖Vgs=10v,紅色線為Ron

http://link.photo.pchome.com.tw/s11/bb_gun/36/137942546438
Vgs電壓愈高MOSFET的導通電阻愈小,功率損失小就不容易發燙

底下是電池沒電的波形,Vgs= ...
結論1 電壓較弱的時候FET容易發燙甚至燒毀
結論2 G腳的訊號線若繞在電線上20圈以內影響不明顯(我沒這個習慣~)
是這樣嗎?
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感謝鑽石大釋疑

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引用:
原帖由 Baga 於 2013-9-17 23:57 發表
結論2 G腳的訊號線若繞在電線上20圈以內影響不明顯(我沒這個習慣~)
我的實驗電流不夠大,看不出問題,不表示G腳訊號線纏繞電源線20圈以下沒問題
建議你先研究安培右手定則

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引用:
原帖由 鑽石狗 於 2013-9-18 10:51 發表

我的實驗電流不夠大,看不出問題,不表示G腳訊號線纏繞電源線20圈以下沒問題
建議你先研究安培右手定則
...
安培右手定則我了解~是電流方向產生磁場方向或磁場方向發生電流方向的定則~
但實際電槍中~若無發生異常狀況~G腳的通過電流應該都很低不是嗎?
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請鑽石大大,看一下 VGS 是多少V 及相對應的 FET 內阻。
FET 叫場效應電晶體,基本上輸入內阻是非常高的,他與一般電晶體是不同的,簡單說電晶體是電流控制的元件,而效應電晶體是電壓控制的元件,IGS是不會有1A 的電流,你所量到的波形是 共模雜訊,與你測試的接法有關。
既然這是個開關迴路的設計,我們就必須盡量的去縮點FET的 Turn on time,因此 C1是不能加的否則 FET 會在 Turn on時 因內阻不夠低,而在FET 的 D S 極之間產生了電壓差,也就是所謂的功率損耗問題。

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引用:
原帖由 Baga 於 2013-9-18 13:14 發表
安培右手定則我了解~是電流方向產生磁場方向或磁場方向發生電流方向的定則~
但實際電槍中~若無發生異常狀況~G腳的通過電流應該都很低不是嗎?
你把這張圖的藍色線看成FET S腳上的電源線,再把紅色線看成纏繞在電源線上的G腳訊號線

有感覺了嗎?

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引用:
原帖由 鑽石狗 於 2013-9-18 13:20 發表

你把這張圖的藍色線看成FET S腳上的電源線,再把紅色線看成纏繞在電源線上的G腳訊號線

有感覺了嗎?
我知道您要表達的意思是~
因為中心的電源線會有電流通過~因此周圍會產生磁場~
這個磁場可能會影響G腳訊號線的電流訊號~例如誤擊發或者不擊發~是這個意思嗎?
但您的圖表測試完後~結論不是因為產生的磁場太小所以不構成影響嗎?
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引用:
原帖由 ylkuan 於 2013-9-18 13:20 發表
FET 叫場效應電晶體,基本上輸入內阻是非常高的,他與一般電晶體是不同的,簡單說電晶體是電流控制的元件,而效應電晶體是電壓控制的元件,IGS是不會有1A 的電流,你所量到的波形是 共模雜訊,與你測試的接法有關。
請仔細看Igs的單位為A不是V,我用電流探棒在看電流!
你講的是理想特性,實際的FET在G腳看進去有一個串聯的Rg,跟跨在GD與GS的等校電容Ciss
所以MOSFET開啟瞬間會有電流對Ciss充電,而充電電流受Rg限制
你可以翻翻power MOSFET的spec,Ciss都是幾千pF,Rg通常以Qg來顯示(Q=CV=It)
所以只要FET夠大顆且Vgs上升速度夠快就會在G腳看到電流
(我加C1的用意只是模擬不同MOSFET,我懶得一顆一顆換)

如果你是電子業的,找機會翻翻power regulator的spec
外推MOSFET的buck或boost都會強調pre-driver source/sink能力,會影響FET開關速度
如果FET G腳不吃電那幹嘛要求驅動能力?

幫你在網路上找到一篇文章
http://www.vishay.com/docs/73217/73217.pdf

[ 本帖最後由 鑽石狗 於 2013-9-18 13:56 編輯 ]

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引用:
原帖由 Baga 於 2013-9-18 13:28 發表
因為中心的電源線會有電流通過~因此周圍會產生磁場~
這個磁場可能會影響G腳訊號線的電流訊號~例如誤擊發或者不擊發~是這個意思嗎?
但您的圖表測試完後~結論不是因為產生的磁場太小所以不構成影響嗎?
磁場跟電流成正比,我的測試因為電流比實際電動槍的電流要小得多
所以磁場沒有大到足以影響纏繞在上面的訊號線
原廠電動槍馬達靜止到轉動的瞬間電流可達數十安培,這樣的條件或許能看到一些東西

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引用:
原帖由 鑽石狗 於 2013-9-16 23:30 發表
MOSFET測試電路
帶電動槍進實驗室太白目了,所幸以電感器模擬馬達的線圈電感並串接水泥電阻作負載

http://link.photo.pchome.com.tw/s11/bb_gun/36/137934108999

由於實驗中僅使用8A電流遠低於電動槍20A、30A電流,因 ...
在工作的時候嚴禁做私人的事情

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引用:
原帖由 鑽石狗 於 2013-9-18 13:42 發表

磁場跟電流成正比,我的測試因為電流比實際電動槍的電流要小得多
所以磁場沒有大到足以影響纏繞在上面的訊號線
原廠電動槍馬達靜止到轉動的瞬間電流可達數十安培,這樣的條件或許能看到一些東西 ...
原來如此~~
衷心期盼若有機會試試看若40安培左右會不會影響XD...
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