Een microcontrollerpin levert een stuursignaal, geen algemene vermogensuitgang. Controleer altijd de limieten in de datasheet van het bord en de microcontroller. Voor een motor, relais, solenoïde of LED-strip heb je meestal een schakelcomponent nodig: vaak een bipolaire transistor (BJT) of een MOSFET.
Beide kunnen een klein stuursignaal gebruiken om een grotere last te schakelen, maar de juiste keuze hangt af van last, aansturing, topologie, schakelfrequentie en koeling.
De bipolaire transistor: basisstroom correct dimensioneren
Een NPN-transistor zoals de BC547BTA wordt met basisstroom aangestuurd. Bepaal de basisweerstand voor de gewenste collectorstroom en verzadiging, binnen de limiet van de aansturende uitgang. Vertrouw niet alleen op een typische versterkingsfactor (hFE).
Een BJT kan praktisch zijn voor kleine lasten en eenvoudige schakelingen. Houd rekening met basisstroom, de spanning tussen collector en emitter in geleiding en het bijbehorende vermogensverlies.
De MOSFET: controleer de echte gate-spanning
Een MOSFET wordt met spanning op de gate aangestuurd. In stilstand trekt de gate vrijwel geen stroom, maar tijdens schakelen moet de gate wel worden geladen en ontladen. Gate charge, schakelfrequentie, gateweerstand, pulldown en een eventuele driver bepalen daarom mede hoe betrouwbaar en efficiënt de schakeling werkt.
De IRLZ44NPBF is een 55 V N-kanaal-MOSFET. Infineon specificeert een maximale RDS(on) van 22 mΩ bij 10 V gate-spanning en 35 mΩ bij 4,5 V. De datasheet garandeert geen RDS(on) bij 3,3 V. Het label logic level alleen is dus geen bewijs dat een MOSFET bij jouw gate-spanning volledig wordt aangestuurd.
Een maximale stroom op de voorpagina van een datasheet is geen direct bruikbare projectstroom. Controleer spanning, normale stroom, inschakel- of blokkeerstroom, veilige werkgebied (SOA), pulsduur, duty cycle, temperatuur, print en bedrading, montage en koeling.
De valkuil van VGS(th)
VGS(th), de gate-thresholdspanning, is alleen het punt waarop de MOSFET begint te geleiden. Het is niet de spanning waarbij hij volledig open is. Gebruik voor de keuze de gegarandeerde RDS(on) bij de gate-spanning die werkelijk beschikbaar is.
Controleer de werkelijke schakeling
- Bepaal lastspanning, normale stroom, inschakel- of blokkeerstroom en of de last inductief is.
- Kies de juiste topologie. Een N-kanaal-MOSFET of NPN-transistor als low-side-schakelaar is niet hetzelfde als high-side of galvanisch geïsoleerd schakelen.
- Dimensioneer bij een BJT de basisstroom en -weerstand voor verzadiging. Controleer bij een MOSFET RDS(on) bij de echte gate-spanning.
- Controleer warmte en SOA bij de juiste spanning, temperatuur, pulsduur, duty cycle, montage en koeling.
- Maak de uit-toestand betrouwbaar met waar passend een gate-source-pulldown en bepaal of een gateweerstand of driver nodig is.
- Bescherm een inductieve last met een diode of ander klemnetwerk dat past bij stroom, sperspanning, opgeslagen energie, schakelfrequentie en recovery. De 1N4007G is een 1 A standaard-recoverydiode en geen universele PWM-oplossing.
- Controleer pinout, common ground of benodigde isolatie en het gedrag wanneer één voeding uit staat voordat je aansluit.
Kortom
Een BJT past vaak bij kleine, eenvoudige lasten; een MOSFET kan gunstig zijn voor efficiënt schakelen, hogere stromen of PWM. Kies niet op één stroomgetal, VGS(th) of het label logic level, maar controleer de gegarandeerde datasheetwaarden voor jouw complete schakeling.