¿Por qué este circuito no puede funcionar para una carga inductiva?

Estoy usando un circuito similar para controlar la velocidad de un ventilador de CA de 60 W con control de fase. A diferencia de un TRIAC , el suministro al ventilador se entrega al comienzo del ciclo. Pensé que minimizaría el ruido de conmutación que generalmente se escucha en los controles TRIAC.

PWM es de 0 a 10 milisegundos. En PWM bajo, el MOSFET calienta mucho con una carga inductiva, pero no con una carga resistiva . Se conecta un amortiguador con un condensador de 0.1 µF y resistencias de 100 o 39 ohmios a través de los pines de fuente y tierra del MOSFET.

¿Qué tengo que hacer?

Vea este artículo AC PWM Dimmer for Arduino sobre instructables, que dice:

los problemas comienzan porque está alimentando la puerta desde el MOSFET, con un voltaje en cortocircuito por ese mismo MOSFET. En otras palabras, si el MOSFET está completamente abierto, el voltaje de CC proveniente del rectificador está completamente en corto. Por lo tanto, ya no habrá voltaje para colocar en la puerta y el MOSFET se bloqueará nuevamente. Es posible que este efecto no sea tan abierto por un ciclo de trabajo bajo (= lámpara de baja intensidad), debido a la presencia de C1, que retendrá su carga por un tiempo y recibirá una nueva carga gracias al ciclo de trabajo bajo, pero a 25 -80% de ciclo de trabajo, el voltaje en C1 ya no puede sostenerse más y la lámpara puede comenzar a parpadear. Lo peor es que en momentos en que el voltaje en la puerta cae, por un tiempo el MOSFET seguirá conduciendo, pero no estará completamente saturado: irá lentamente desde su valor nominal 0. 04 ohmios de resistencia a la resistencia infinita y cuanto más lento sea, mayor será la potencia que debe ser disipada en el MOSFET. Eso significa mucho calor. Los MOSFETS son buenos interruptores pero malas resistencias. Deben encenderse y apagarse rápidamente. Actualmente, el circuito depende en gran medida de D1 para mantener el voltaje en la puerta de T1 a límites aceptables mientras el voltaje oscila entre 0 voltios y pico completo. En el pico, el voltaje rectificado es 230x1.4 = 330V. El voltaje rectificado promedio es 230x0.9 = 207V

Si nos olvidamos del efecto de suavizado del capacitor por un tiempo y suponemos que el optoacoplador está completamente abierto, el voltaje promedio en el capacitor sería 22/88 * 207 = 52 voltios y en el pico 22/88 * 330 = 83 voltios. El hecho de que no lo sea se debe a D1 y al hecho de que el MOSFET acortará el voltaje.

Si el optoacoplador no está saturado y su impedancia, por lo tanto, es infinita, el condensador C1 se cargaría hasta el voltaje rectificado completo si no fuera por D1. En promedio, 3 mA fluirán a través de R3, R4 y R5 (207-10) / 66k, lo que equivale a un consumo de energía de 0.6 vatios en las resistencias R3, R4, R5

En primer lugar, este circuito no puede usarse para controlar cargas inductivas. T1 se conmuta de forma asíncrona con la frecuencia de red y esto puede hacer que fluya la corriente continua. La razón por la que puede ver este efecto en PWM bajo es que el voltaje a través de D1 permanece igual (10 V) a aproximadamente el 90% del ciclo de trabajo. Entonces, T1 conduce un poco más de lo que cabría esperar de PWM. En un ciclo de trabajo más alto, el voltaje cae y T1 comienza a conducir lo suficiente.

Además, el amortiguador disipa la energía en forma de calor. El amortiguador tendrá una efectividad diferente a diferentes frecuencias. Debe elegir los valores para R y C para adaptarse a las frecuencias con las que desea trabajar.

Para inductores,

PWM es un interruptor de estilo de encendido y apagado, y cortar la corriente de alimentación del inductor instantáneamente generará un tremendo voltaje inverso que probablemente romperá su MOSFET.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Figura 1. Esquema despojado a la ruta actual esencial con MOSFET representado por un interruptor y reorganizado para mayor claridad.

La Figura 1 puede ayudar a comprender el problema.

• T1 está representado por SW1.
• Cuando L es positivo y T1 en la corriente fluye a través de D3 y D4 a la lámpara. (Figura 1b.)
• Cuando L es negativo y T1 en la corriente fluye a través de D2 y D5 desde la lámpara. (Figura 1c.)

En un circuito de CC, la Figura 1b tendría un diodo amortiguador conectado en paralelo con LAMP2 y apuntando hacia arriba (ánodo a N). La Figura 1c lo tendría apuntando hacia abajo (cátodo a N). Debe quedar claro que no podemos hacer que el diodo apunte en ambos sentidos, por lo que no podemos usar un diodo amortiguador para una carga inductiva.

Sus opciones serían usar un amortiguador RC pero no tenemos suficiente información para ayudarlo con eso.

Si usa esto para conducir una carga inductiva, es muy probable que freír T1.

Cuando la señal PWM baja, T1 intentará interrumpir la corriente mientras la carga intenta mantenerla. Resultado: se inducirá alto voltaje hasta que algo se rompa.

Podrías usar un gran culo zener (diodo de avalancha en realidad) a través del transistor como amortiguador. Esto limitará el voltaje de EMF de la carga a niveles seguros.

Tener algo de capacitancia en paralelo con la carga inductiva también sería bueno.

Este atenuador genera un voltaje de CA rectificado que básicamente es CC sin filtrar. Una corriente de carga inductiva con una fuente de CC solo está limitada por la resistencia de la bobina. Esto crea una alta corriente a través de los componentes que provoca un sobrecalentamiento y, en última instancia, la destrucción del motor y el Mosfet.