多くのアプリケーションがあります MOSFET 産業分野から家庭用電化製品まで、モーター速度制御、調光、電子機器内の電子信号の増幅とスイッチング、インバーター、高周波増幅器などとして使用されます。通常、これらはさまざまな電子プロジェクトのニーズに合わせてさまざまなサイズで入手できます。 MOSFETは、小さな信号で大きな電圧と電流を制御する必要がある場合に使用されます。この記事では、MOSFET アプリケーションの 1 つに関する簡単な情報 (設計方法など) を説明します。 MOSFETによるモーター速度制御 。

MOSFETによるモーター速度制御

現代社会では、電気モーターの速度制御はさまざまな機械にとって重要であるため、あらゆるところで使用されています。電動機に求められる機能・性能は多岐にわたります。モーターの速度制御部分に注目すると、ステッピングモーターやサーボモーターの速度制御はパルス列で行うことができますが、ブラシレスDCや誘導モーターの速度制御はDC電圧または外付け抵抗で行うことができます。現在、多くの産業において、電気モーターは不可欠な動力源として使用されています。しかし、モーターの速度制御は機械の動作、品質、作業結果に直接影響するため、必要です。

この主な目的は、次のような回路を設計することです。 DC モーター速度の制御 MOSFETを使って。 MOSFET はトランジスタの一種で、回路内の電圧を増幅したり切り替えたりするために使用されます。この回路で使用されている MOSFET のタイプは、エンハンスメントモードでのみ動作するエンハンスメントモード MOSFET です。これは、ゲート端子に電圧が供給されていないときは常にこのトランジスタがオフになり、電圧が供給されると常にオンになることを意味します。そのため、このトランジスタは DC モーターを制御するためのスイッチのように使用するのに最適です。

DC モーターは、ロボット、家電、おもちゃなどのさまざまな用途に使用されます。そのため、多くの DC モーターの用途では、モーターの速度と方向の制御が不可欠です。ここでは、MOSFET を使用した簡単な DC モーターコントローラーの設計方法を説明します。

必要なコンポーネント:

この DC モーターコントローラーを作成するために必要なコンポーネントには、12V バッテリー、100K が含まれます。ポテンショメータ、IRF540N E-MOSFET、DC モーター、およびスイッチ。

“電気面接の質問と回答 ”

接続:

この DC モーター速度制御装置の接続は、 IRF540N EMOSFET 次のように続きます。

MOSFETによるDCモーター速度制御

IRF540 E-MOSFET のゲート端子はポテンショメータに接続され、ソース端子はモーターのプラス線に接続され、MOSFET のドレイン端子はスイッチを介してバッテリーのプラス端子に接続されます。

モーターのマイナス線はバッテリーのマイナス端子に接続されています。

ポテンショメータの出力端子は MOSFET のゲート端子に接続され、GND はモーターのマイナス線を介してバッテリーのマイナス端子に接続され、VCC ピンは MOSFET のドレイン端子を介してバッテリーのプラス端子に接続されます。そして切り替えます。

働く

スイッチ「S」が閉じると、MOSFET ゲート端子の電圧供給により、ドレイン (D) 端子からソース (S) へ電流が供給されます。その後、DC モーター全体に電流が流れ始め、モーターが回転し始めます。 DC モーターに供給される電流の合計は、ポテンショメータを調整するだけで簡単に調整でき、その後、MOSFET のゲート端子に印加される電圧が変化します。したがって、MOSFET のゲート端子の電圧を制御することで DC モーターの速度を制御できます。 DC モーターの速度を上げるには、MOSFET のゲート端子に印加する電圧を増やす必要があります。

ここでは、IRF540N MOSFET ベースの DC モーターコントローラー回路が、モーターの速度を制御するように設計されています。モーター。この回路は、MOSFET とポテンショメータを使用することで非常に簡単に設計できます。 MOSFET のゲート端子に印加する電圧を制御するだけで、モーターの速度を制御できます。

モーター速度制御における MOSFET の利点:

トランジスタはモーター速度制御回路において基本的な役割を果たしており、MOSFET (金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ) は、いくつかの理由により、BJT (バイポーラ接合トランジスタ) や IGBT (絶縁ゲートバイポーラトランジスタ) などの他のタイプのトランジスタよりも好まれることがよくあります。。この記事では、モーター速度制御に他のトランジスタに比べて MOSFET を使用する利点と応用について検討します。

高効率 :
- MOSFET は非常に低いオン抵抗 (RDS(on)) を示し、モーター制御回路の電力損失を最小限に抑え、高効率を実現します。
- この高効率は、発生する熱が少ないことを意味し、複雑な冷却システムの必要性が減り、MOSFET が高出力アプリケーションに適したものになります。
高速スイッチング速度 :
- MOSFET のスイッチング速度は非常に速く、通常はナノ秒の範囲です。
- この素早い応答により、モーターの速度と方向を正確に制御できるため、急速な変化が必要な用途に適しています。
低いゲート駆動電力 :
- MOSFET は、オン状態とオフ状態を切り替えるために最小限のゲート駆動電力を必要とします。
- この特性により、トランジスタの制御に必要な電力が最小限に抑えられ、エネルギー効率の高いモーター制御システムが実現します。
ゲート電流は不要 :
- BJT とは異なり、MOSFET はオン状態を維持するために連続的なゲート電流を必要としないため、制御回路の消費電力が削減されます。
- これは、エネルギー効率が重要なバッテリ駆動のアプリケーションで特に有利です。
温度耐性 :
- MOSFET は広い温度範囲で動作できるため、極寒の環境と高温の環境の両方に適しています。
- この機能は、自動車システムや産業機械などのアプリケーションで役立ちます。
EMIの低減 :
- MOSFET は、BJT や IGBT と比べて電磁干渉 (EMI) の発生が少なくなります。
- これは、EMI が近くの電子デバイスまたはシステムに干渉する可能性があるアプリケーションでは非常に重要です。

MOSFET を使用したモーター速度制御のアプリケーション:

電気自動車（EV）とハイブリッド自動車 :
- MOSFET は、電気自動車やハイブリッド自動車のモーター制御システムで一般的に使用されています。
- 電気モーターを効率的かつ正確に制御し、車両の性能と航続距離の向上に貢献します。
産業自動化 :
- 産業界では、MOSFET ベースのモーター速度制御がコンベアベルト、ロボットアーム、その他の自動化システムに採用されています。
- MOSFET のスイッチング速度が速いため、製造プロセスにおける正確で応答性の高い制御が保証されます。
家電 :
- MOSFET は、洗濯機、エアコン、モーター速度制御用のファンなどの家電製品に使用されています。
- その効率と低発熱により、エネルギー効率の高い機器に最適です。
HVAC システム :
- 暖房、換気、空調 (HVAC) システムは、ファンやコンプレッサーのモーターの速度を制御するために MOSFET を利用します。
- 省エネと正確な温度調節に貢献します。
ドローンの推進 :
- ドローンは安定性と操作性を維持するために効率的なモーター速度制御を必要とします。
- MOSFET は、軽量で効率が高いため、ドローンのモーター制御回路で好まれています。
コンピュータ冷却システム :
- MOSFET はコンピュータの冷却ファンに使用され、温度に基づいてファンの速度を調整し、ノイズを最小限に抑えて最適な冷却パフォーマンスを保証します。
電車と機関車 :
- MOSFET は、速度と方向を効率的に制御するために、電車や機関車のモーター制御システムに採用されています。
再生可能エネルギーシステム :
- 風力タービンと太陽光追跡システムは、MOSFET を使用してモーターの速度を制御し、エネルギー生成を最適化します。

要約すると、MOSFET は、高効率、高速スイッチング速度、低いゲート駆動電力要件、EMI の低減など、モーター速度制御に多くの利点をもたらします。これらの利点により、電気自動車や産業オートメーションから家電製品や再生可能エネルギーシステムに至るまで、幅広い用途で推奨されています。 MOSFET の多用途性と信頼性により、MOSFET は現代のモーター制御技術の基礎となっています。