¿Cómo controlar una válvula solenoide de 12V con un mosfet?

Estoy tratando de controlar una válvula solenoide de 12 V CC a través de un MOSFET (BS170), que recibe su señal de control (5 V) de un microcontrolador Arduino. Este es el esquema básico: ingrese la descripción de la imagen aquí

Cuando pruebo el MOSFET, colocando un LED con una resistencia de 1.5k ohmios como Carga (ver imagen), funciona bien y puedo controlar la corriente de 12V con la señal de 5V, sin problema.

Pero luego conecto mi válvula solenoide en lugar del LED. Funciona durante unos segundos, luego deja de funcionar y el MOSFET termina conduciendo corriente permanentemente, independientemente del estado del pin de control de 5V.

El MOSFET está dañado permanentemente, porque cuando conecto el LED nuevamente, ya no funciona.

¿Demasiada corriente? Pero cuando agrego una resistencia antes de la válvula, ya no funciona ... ¿Tal vez necesito un MOSFET / transistor más pesado?

arduino mosfet

— Dyte
fuente

¿Cuánta corriente consume tu solenoide? Debe elegir un MOSFET de tamaño apropiado y no podemos responder esa pregunta sin conocer los requisitos actuales.

— Jason S

¿Puedes vincular la hoja de datos del solenoide? ¿O al menos conéctelo con un amperímetro a 12V y díganos la corriente que consume?

— markrages

¿El MOSFET se calienta?

— Rocketmagnet

markrages: ebay.com/itm/290655223999 Rocketmagnet: Sí, lo hace.

— Dyte

Poca tensión de conducción. Use un transistor bipolar universal NPN para llevar su voltaje de control a 12V, luego maneje un MOSFET de canal P con eso (porque la polaridad será cambiada por el transistor adicional). Use una resistencia limitadora de corriente para la base y una resistencia pull-up para el colector como de costumbre. También conecte una tapa de filtrado entre D y S del MOSFET porque un diodo en sí mismo puede no ser lo suficientemente rápido como para interceptar el pico de la bobina. Si la inductancia es enorme, es posible que desee crear un desvanecimiento con un elemento RC integrado en la entrada.

— Zdenek

Lea la entrada de mi blog "Byte and Switch" : cubre este escenario exacto.

La respuesta breve es que necesita un diodo de marcha libre para conducir la corriente cuando el MOSFET se apaga; el solenoide tiene inductancia que almacena energía en el campo magnético, y cuando apaga el MOSFET, la inductancia generará la cantidad de voltaje necesaria para continuar el flujo de esa corriente. El pulso de voltaje resultante causará una falla en el MOSFET que causará el daño que está viendo.

También debe agregar un par de resistencias, una desde la salida del microcontrolador a tierra, para asegurarse de que esté apagada cuando su microcontrolador se reinicia, y la otra desde el microcontrolador hasta la puerta MOSFET, para agregar un poco de aislamiento resistivo entre su interruptor de alimentación y su microcontrolador

ingrese la descripción de la imagen aquí

editar: Acabo de notar que estás usando un BS170 MOSFET. ¿Has mirado la hoja de datos? Esta es una mala elección para un MOSFET utilizado como interruptor de alimentación de un microcontrolador.

En primer lugar, el MOSFET se especifica a 10V Vgs. Lo está suministrando desde un microcontrolador de 5V. Debe asegurarse de utilizar MOSFET que estén en "nivel lógico" y que tengan resistencia de encendido especificada a 4.5V o 3.3V Vgs. (Le sugiero que no use MOSFET de voltaje ultra bajo, ya que existe la posibilidad de que se encienda débilmente cuando cree que está apagado).

Más importante aún, es un pequeño MOSFET TO-92 especificado a 5 ohmios máximo de Rdson a 10V Vgs. Este MOSFET está bien para cargas muy pequeñas como LED que dibujan unos pocos miliamperios. Pero los solenoides generalmente dibujan decenas o cientos de miliamperios, y debe calcular la pérdida de I2R en su MOSFET para la carga actual que consume, y asegurarse de que no provoque el sobrecalentamiento de su transistor. Observe la resistencia térmica R theta JA en la hoja de datos y puede estimar cuánto aumento de temperatura hay en la pieza.

Use un MOSFET en el rango de 20V-60V que tenga una resistencia de activación más baja; como dije en mi comentario, necesitamos saber cuánta corriente consume su solenoide si vamos a ayudarlo.

— Jason S
fuente

Aquí es absolutamente necesario un diodo de captura, pero esa no es la causa del tipo de falla "falla después de unos segundos".

— markrages

¡Gracias por su pronta respuesta! Tonto de mi parte que no especifiqué la válvula. Este es el siguiente: ebay.com/itm/290655223999 Tiene algunos datos, incluida la corriente: 500 mA. ¿Entonces estoy usando el mosfet equivocado? Por cierto, ¿dónde ves que está clasificado para 10V Vgs? En la hoja de datos veo "+ -20" en la fila VGss.

— Dyte

Acabo de cambiar "calificado para" a "especificado en". Puede usar hasta +/- 20 V de voltaje de puerta a fuente sin daños, pero si desea que el MOSFET tenga una resistencia garantizada de la fuente de drenaje, debe proporcionar 10 V puerta a fuente, en ese punto el la resistencia de encendido es como máximo de 5 ohmios, típicamente de 1,2 ohmios, con una carga de 200 mA (consulte Rds (ENCENDIDO) en la página 2). Con una fuente de compuerta de 5V, será una resistencia más alta, por lo que está hablando de un vatio o dos de disipación de potencia de I2R ... todo lo que sabe es que probablemente sea varias veces mayor que 1.2 * (0.5A) ^ 2 = 0.3W ... hasta que el dispositivo se sobrecaliente y falle.

— Jason S

Agregaría un diodo zener para proteger la fuente de compuerta del MOSFET. ¿Sería una matanza excesiva?

— abdullah kahraman

@abdullah: no es excesivo, aunque rara vez se necesita a menos que exista un riesgo de ruido que provoque que el voltaje de la puerta / fuente exceda los niveles seguros.

— Jason S