ควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วย MOSFET

มีแอปพลิเคชั่นมากมายของ มอสเฟต ตั้งแต่ภาคอุตสาหกรรมไปจนถึงเครื่องใช้ในครัวเรือน เช่น การควบคุมความเร็วมอเตอร์ การหรี่แสง การขยายและสลับสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ภายในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เป็นอินเวอร์เตอร์ เครื่องขยายสัญญาณความถี่สูง และอื่นๆ อีกมากมาย โดยทั่วไปแล้วจะมีจำหน่ายในขนาดต่างๆ เพื่อให้ตรงกับความจำเป็นของโครงการอิเล็กทรอนิกส์ต่างๆ MOSFET จะใช้เมื่อใดก็ตามที่เราต้องการควบคุมแรงดันไฟฟ้าและกระแสขนาดใหญ่ด้วยสัญญาณขนาดเล็ก บทความนี้ให้ข้อมูลโดยย่อเกี่ยวกับแอปพลิเคชัน MOSFET ตัวใดตัวหนึ่ง เช่น วิธีการออกแบบ ควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วย MOSFET .

ควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วย MOSFET

ในสังคมยุคใหม่ การควบคุมความเร็วของมอเตอร์ไฟฟ้านั้นมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง เนื่องจากมีความสำคัญสำหรับเครื่องจักรที่แตกต่างกัน ฟังก์ชั่นและประสิทธิภาพของมอเตอร์ไฟฟ้าที่ต้องการนั้นมีหลากหลาย เมื่อเรามุ่งเน้นไปที่ส่วนควบคุมความเร็วของมอเตอร์ การควบคุมความเร็วของสเต็ปเปอร์และเซอร์โวมอเตอร์สามารถทำได้โดยใช้พัลส์เทรน ในขณะที่การควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงและมอเตอร์เหนี่ยวนำแบบไร้แปรงถ่านสามารถทำได้ด้วยแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงหรือตัวต้านทานภายนอก ปัจจุบันในหลายอุตสาหกรรมมอเตอร์ไฟฟ้าถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานที่ขาดไม่ได้ แต่การควบคุมความเร็วของมอเตอร์เป็นสิ่งที่จำเป็นเพราะจะส่งผลโดยตรงต่อการทำงานของเครื่องจักร คุณภาพ และผลงาน

จุดประสงค์หลักคือการออกแบบวงจรสำหรับ การควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรง ด้วย MOSFET MOSFET เป็นทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่ง ใช้ในการขยายหรือเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าภายในวงจร ประเภทของ MOSFET ที่ใช้ในวงจรนี้คือโหมดเพิ่มประสิทธิภาพ MOSFET ซึ่งทำงานในโหมดเพิ่มประสิทธิภาพเท่านั้น ซึ่งหมายความว่าทรานซิสเตอร์นี้จะถูกปิดเมื่อใดก็ตามที่ไม่มีแรงดันไฟฟ้าจ่ายให้กับเทอร์มินัลเกต และจะเปิดทุกครั้งที่มีแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นจึงทำให้ทรานซิสเตอร์เหมาะอย่างยิ่งที่จะใช้เป็นสวิตช์สำหรับควบคุมมอเตอร์กระแสตรง

มอเตอร์กระแสตรงถูกนำมาใช้ในการใช้งานที่แตกต่างกัน เช่น หุ่นยนต์ เครื่องใช้ไฟฟ้า ของเล่น ฯลฯ ดังนั้นในการใช้งานมอเตอร์กระแสตรงหลายประเภท การควบคุมความเร็วและทิศทางของมอเตอร์ถือเป็นสิ่งสำคัญ เราจะอธิบายวิธีการออกแบบตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงอย่างง่ายด้วย MOSFET

ส่วนประกอบที่จำเป็น:

ส่วนประกอบที่จำเป็นในการสร้างตัวควบคุมมอเตอร์กระแสตรงนี้ประกอบด้วยแบตเตอรี่ 12V 100K โพเทนชิออมิเตอร์ , IRF540N E-MOSFET, มอเตอร์กระแสตรง และสวิตช์

การเชื่อมต่อ:

การเชื่อมต่อของตัวควบคุมความเร็วมอเตอร์กระแสตรงนี้ด้วย IRF540N อีมอสเฟต ปฏิบัติตามเป็น;

เทอร์มินัลเกท IRF540 E-MOSFET เชื่อมต่อกับโพเทนชิออมิเตอร์ เทอร์มินัลแหล่งที่มาเชื่อมต่อกับสายบวกของมอเตอร์ และเทอร์มินัลเดรนของ MOSFET เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ผ่านสวิตช์

สายไฟลบของมอเตอร์เชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่

ขั้วเอาท์พุทโพเทนชิออมิเตอร์เชื่อมต่อกับขั้วประตูของ MOSFET, GND เชื่อมต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่ผ่านสายลบของมอเตอร์ และพิน VCC เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ผ่านขั้วท่อระบายน้ำของ MOSFET และเปลี่ยน

การทำงาน

เมื่อปิดสวิตช์ 'S' แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินัลเกต MOSFET ทำให้เกิดการจ่ายกระแสจากขั้วเดรน (D) ไปยังแหล่งกำเนิด (S) หลังจากนั้นกระแสไฟฟ้าเริ่มไหลไปทั่วมอเตอร์กระแสตรงและมอเตอร์ก็เริ่มหมุน ผลรวมของกระแสที่จ่ายให้กับมอเตอร์กระแสตรงสามารถควบคุมได้ง่ายๆ โดยเพียงแค่ปรับโพเทนชิออมิเตอร์ หลังจากนั้นจะเปลี่ยนแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่ขั้วประตูของ MOSFET ดังนั้นเราจึงสามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์กระแสตรงได้โดยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เทอร์มินัลเกตใน MOSFET ในการเพิ่มความเร็วมอเตอร์กระแสตรง เราต้องเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่ขั้วประตูของ MOSFET

ที่นี่วงจรควบคุมมอเตอร์กระแสตรงที่ใช้ IRF540N MOSFET ได้รับการออกแบบมาเพื่อควบคุมความเร็วของ มอเตอร์ . วงจรนี้ออกแบบได้ง่ายมากโดยใช้ MOSFET และโพเทนชิออมิเตอร์ เราสามารถควบคุมความเร็วของมอเตอร์ได้โดยเพียงแค่ควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่ขั้วประตูของ MOSFET

ข้อดีของ MOSFET สำหรับการควบคุมความเร็วมอเตอร์:

ทรานซิสเตอร์มีบทบาทสำคัญในวงจรควบคุมความเร็วของมอเตอร์ และ MOSFET (ทรานซิสเตอร์สนามผลโลหะออกไซด์-เซมิคอนดักเตอร์) มักจะได้รับความนิยมมากกว่าทรานซิสเตอร์ประเภทอื่นๆ เช่น BJT (ทรานซิสเตอร์ทางแยกแบบไบโพลาร์) และ IGBT (ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกตแบบหุ้มฉนวน) ด้วยเหตุผลหลายประการ . ในบทความนี้ เราจะสำรวจข้อดีและการใช้งานของการใช้ MOSFET เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์เหนือทรานซิสเตอร์อื่นๆ

• ประสิทธิภาพสูง : :
  • MOSFET มีความต้านทานออนต่ำมาก (RDS(on)) ส่งผลให้มีการกระจายพลังงานน้อยที่สุดและมีประสิทธิภาพสูงในวงจรควบคุมมอเตอร์
  • ประสิทธิภาพสูงนี้หมายถึงการสร้างความร้อนน้อยลง ลดความจำเป็นในการใช้ระบบระบายความร้อนที่ซับซ้อน ทำให้ MOSFET เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง
• ความเร็วในการสลับที่รวดเร็ว : :
  • MOSFET มีความเร็วในการสวิตชิ่งที่รวดเร็วมาก โดยทั่วไปจะอยู่ในช่วงนาโนวินาที
  • การตอบสนองที่รวดเร็วนี้ทำให้สามารถควบคุมความเร็วและทิศทางของมอเตอร์ได้อย่างแม่นยำ ทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่ต้องการการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว
• กำลังขับเกตต่ำ : :
  • MOSFET ต้องการพลังงานเกตไดรฟ์เพียงเล็กน้อยเพื่อสลับระหว่างสถานะเปิดและปิด
  • คุณลักษณะนี้ช่วยลดพลังงานที่จำเป็นในการควบคุมทรานซิสเตอร์ ส่งผลให้ระบบควบคุมมอเตอร์ประหยัดพลังงาน
• ไม่จำเป็นต้องมีกระแสเกต : :
  • ต่างจาก BJT ตรงที่ MOSFET ไม่ต้องการกระแสเกตต่อเนื่องเพื่อให้คงอยู่ในสถานะเปิด ซึ่งจะช่วยลดการใช้พลังงานของวงจรควบคุม
  • นี่เป็นข้อได้เปรียบอย่างยิ่งในการใช้งานที่ใช้พลังงานจากแบตเตอรี่ซึ่งประสิทธิภาพการใช้พลังงานเป็นสิ่งสำคัญ
• ความอดทนต่ออุณหภูมิ : :
  • MOSFET สามารถทำงานได้ในช่วงอุณหภูมิที่กว้าง ทำให้เหมาะสำหรับทั้งสภาพแวดล้อมที่เย็นจัดและร้อนจัด
  • คุณสมบัตินี้มีประโยชน์ในการใช้งาน เช่น ระบบยานยนต์และเครื่องจักรอุตสาหกรรม
• อีเอ็มไอที่ลดลง : :
  • MOSFET สร้างสัญญาณรบกวนแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) น้อยกว่าเมื่อเทียบกับ BJT และ IGBT
  • นี่เป็นสิ่งสำคัญในการใช้งานที่ EMI สามารถรบกวนอุปกรณ์หรือระบบอิเล็กทรอนิกส์ในบริเวณใกล้เคียงได้

การประยุกต์ใช้การควบคุมความเร็วมอเตอร์ด้วย MOSFET:

• รถยนต์ไฟฟ้า (EV) และรถยนต์ไฮบริด : :
  • MOSFET มักใช้ในระบบควบคุมมอเตอร์ของรถยนต์ไฟฟ้าและไฮบริด
  • ให้การควบคุมมอเตอร์ไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพและแม่นยำ ซึ่งมีส่วนช่วยปรับปรุงสมรรถนะและระยะของยานพาหนะ
• ระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม : :
  • ในอุตสาหกรรม การควบคุมความเร็วมอเตอร์ที่ใช้ MOSFET ใช้กับสายพานลำเลียง แขนหุ่นยนต์ และระบบอัตโนมัติอื่นๆ
  • ความเร็วในการสลับที่รวดเร็วของ MOSFET ช่วยให้มั่นใจได้ถึงการควบคุมที่แม่นยำและตอบสนองในกระบวนการผลิต
• เครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน : :
  • MOSFET พบได้ในเครื่องใช้ไฟฟ้าภายในบ้าน เช่น เครื่องซักผ้า เครื่องปรับอากาศ และพัดลม สำหรับควบคุมความเร็วมอเตอร์
  • ประสิทธิภาพและการสร้างความร้อนต่ำทำให้เหมาะสำหรับเครื่องใช้ไฟฟ้าที่ประหยัดพลังงาน
• ระบบปรับอากาศ : :
  • ระบบทำความร้อน การระบายอากาศ และการปรับอากาศ (HVAC) ใช้ MOSFET เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ในพัดลมและคอมเพรสเซอร์
  • ซึ่งช่วยประหยัดพลังงานและควบคุมอุณหภูมิได้อย่างแม่นยำ
• โดรนขับเคลื่อน : :
  • โดรนต้องการการควบคุมความเร็วมอเตอร์ที่มีประสิทธิภาพเพื่อรักษาเสถียรภาพและความคล่องตัว
  • MOSFET เป็นที่ต้องการในวงจรควบคุมมอเตอร์โดรนเนื่องจากมีน้ำหนักเบาและมีประสิทธิภาพสูง
• ระบบระบายความร้อนด้วยคอมพิวเตอร์ : :
  • MOSFET ใช้ในพัดลมระบายความร้อนของคอมพิวเตอร์เพื่อปรับความเร็วพัดลมตามอุณหภูมิ เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพการระบายความร้อนที่เหมาะสมที่สุดโดยมีเสียงรบกวนน้อยที่สุด
• รถไฟฟ้าและหัวรถจักร : :
  • MOSFET ถูกใช้ในระบบควบคุมมอเตอร์ของรถไฟฟ้าและตู้รถไฟเพื่อควบคุมความเร็วและทิศทางอย่างมีประสิทธิภาพ
• ระบบพลังงานทดแทน : :
  • กังหันลมและระบบติดตามแสงอาทิตย์ใช้ MOSFET เพื่อควบคุมความเร็วของมอเตอร์ และเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตพลังงาน

โดยสรุป MOSFET มีข้อดีมากมายสำหรับการควบคุมความเร็วมอเตอร์ รวมถึงประสิทธิภาพสูง ความเร็วในการสลับที่รวดเร็ว ความต้องการพลังงานขับเคลื่อนเกตต่ำ และ EMI ที่ลดลง ข้อดีเหล่านี้ทำให้เป็นตัวเลือกที่ต้องการในการใช้งานที่หลากหลาย ตั้งแต่ยานพาหนะไฟฟ้าและระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ไปจนถึงเครื่องใช้ในบ้านและระบบพลังงานหมุนเวียน ความคล่องตัวและความน่าเชื่อถือของ MOSFET ทำให้เป็นรากฐานสำคัญของเทคโนโลยีการควบคุมมอเตอร์สมัยใหม่