Sterownik do silnika DC 12V dużej mocy

W tej rubryce przedstawiane są odpowiedzi na wybrane pytania dotyczące elektroniki, zawarte w komentarzach do postów i filmów, nadsyłane przez Patronów i Mecenasów. Wszystkie możliwości kontaktu podane są na stronie: Zapytaj, odpowiedz.

Witam, mam pytanie, czy da się przerobić sterownik od auta dla dziecka na akumulator? Sterownik jest na silniki max 4 x 45 W i chciałbym wsadzić silnik 4 x 100 W, no i się upala. Czy jest możliwa wymiana podzespołów na jakieś mocniejsze? W internecie nie ma mocniejszych sterowników.

Najprostsza odpowiedź mogłaby brzmieć następująco: można spróbować, ale bez gwarancji sukcesu. Przy założeniu, że w układzie pracują MOSFET-y. Teoretycznie można wymienić MOSFET-y na „silniejsze”, jednak mogą wystąpić problemy z dobraniem i wymianą, gdy są to elementy SMD. Kłopoty mogą też powstać, gdy nowe tranzystory będą mieć znacznie większą pojemność C_GS.

Rozszerzmy zagadnienie. Po pierwsze, zakładamy, że sterownik pracuje impulsowo, bo trudno sobie wyobrazić regulację liniową przy tej mocy. Zakładamy też, że chodzi o zwykłe silniki komutatorowe prądu stałego (PMDC), bo w dziecięcym autku zapewne nie zastosowano dużo droższych elektronicznie sterowanych „trójfazowych” silników BLDC.

Jeżeli w sterowniku silnika DC pracują tranzystory bipolarne a nie MOSFET-y, to zadanie jest trudniejsze. Tranzystorów bipolarnych nie można tak po prostu wymienić na MOSFET-y, bo wymagałoby to też zmiany obwodów sterowania.

Duży kłopot jest też z zastosowaniem „silniejszych” tranzystorów bipolarnych. W grę wchodzi kwestia grzania. Dla większego silnika niezbędny jest większy prąd. Przy zmianie z 45 W na 100 W, prąd kolektorów tranzystorów będzie ponad dwa razy większy. Tranzystory bipolarne są sterowane prądowo. Zakładając dla uproszczenia, że wzmocnienie prądowe jest niezmienne (co nie jest prawdą), potrzebny byłby ponad dwa razy większy prąd bazy. Dla „silniejszego” tranzystora, który może mieć mniejsze wzmocnienie prądowe, do jego pełnego otwarcia i nasycenia niezbędny byłby jeszcze większy sterujący prąd bazy, a tego dany sterownik nie zapewni. Po wymianie tranzystorów na „silniejsze”, czyli takie o większym prądzie kolektora, będą się one grzać, może nawet bardziej niż tranzystory oryginalne. Jest duży kłopot z nasyceniem przy dużo większym prądzie. A jeżeli tranzystor nie zostanie nasycony, napięcie emiter–kolektor nie będzie mniejsze od 1 wolta, tylko znacznie większe, co da nieproporcjonalnie większe straty mocy. Przeróbka w przypadku tranzystorów bipolarnych NPN, PNP wymagałaby zapewne ingerencji w układ sterowania baz tranzystorów mocy, a to nie jest łatwe zadanie.

Jeżeli w sterowniku pracują, zależnie od konfiguracji, dwa lub cztery MOSFET-y to szanse na sensowną przeróbkę są znacznie lepsze. Ograniczeniem jest wtedy rezystancja w pełni otwartego tranzystora R_DSon i straty mocy w tej rezystancji (P = I² × R_DSon) Przy dwa razy większym prądzie silników, MOSFET-y będą się grzać więcej, teoretycznie moc strat będzie cztery (I²) razy większa, w praktyce jeszcze trochę większa, ponieważ w MOSFET-ach rezystancja R_DSon rośnie wraz ze wzrostem temperatury złącza.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze styczniowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 1/2023). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 1/2023 znajduje się tutaj.

 

Piotr Górecki

 

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć archiwalne numery znajdują się na stronie: https://piotr-gorecki.pl/n11