É uma boa prática executar grandes quantidades de corrente através de um MOSFET?

Eu tenho procurado uma boa maneira de controlar o fluxo de muita corrente no meu projeto. Em alguns momentos, isso pode ser de 40 a 50 amperes entre 12 e 15 V. Embora os relés sejam uma boa escolha, eles são mecânicos e, portanto, levam tempo para serem ativados e desgastados com o tempo.

Vi MOSFETs (como este IRL7833 ) anunciados para lidar com tarefas tão exigentes. No entanto, considerando o tamanho do FET, me sinto desconfortável por colocar tanto poder nele. Será esta uma preocupação válida?

Por que um fio de cobre grosso pode lidar com uma grande corrente?

Porque tem uma baixa resistência. Enquanto você mantiver a resistência baixa (ligue o MOSFET completamente, por exemplo, use V _gs = 10 V como na folha de dados do IRL7833), o MOSFET não dissipará muita energia.

A potência dissipada é: P = I 2 ∗ R, portanto, se R for mantido baixo o suficiente, o MOSFET pode lidar com isso.$P$$P = I^2 * R$

No entanto, existem algumas ressalvas:

Vejamos a folha de dados do IRL7833 .

Aqueles 150 A estão em uma temperatura de 25 graus C. Isso significa que você provavelmente precisará de um bom dissipador de calor. Qualquer calor dissipado deve ser capaz de "escapar" conforme o _{Rds, no} NMOS aumentará com o aumento da temperatura. O que aumentará a dissipação de energia ... Veja para onde isso está indo? É chamado de fuga térmica .

Essas correntes muito altas são frequentemente correntes pulsadas , não correntes contínuas.

Na página 12, ponto 4: A corrente de limitação do pacote é 75 A

Portanto, na prática, com um IRL7833, você está limitado a 75 A, se conseguir manter o MOSFET fresco o suficiente.

Você deseja operar entre 40 - 50 A, menos de 75 A. Quanto mais longe você ficar dos limites do MOSFET, melhor. Portanto, você pode considerar usar um MOSFET ainda mais poderoso ou usar dois (ou mais) em paralelo.

Você também não está colocando tanto poder através do MOSFET, e o MOSFET não é lidando com 50 A * 15 V = 750 watts.

Quando desligado, o MOSFET suporta 15 V quase sem corrente (apenas vazamento), devido à baixa corrente que não será suficiente para aquecer o MOSFET.

Quando estiver no MOSFET, ele suporta 50 A, mas terá menos resistência que 4 mohm (quando estiver frio), o que significa 10 watts. Tudo bem, mas você deve manter o MOSFET fresco.

Preste atenção especial à figura 8 da ficha técnica, "Área operacional máxima segura", você deve permanecer nessa área ou correr o risco de danificar o MOSFET.

Conclusão: você também pode? Sim, você pode, mas precisa fazer alguns "trabalhos de casa" para determinar se você estará dentro dos limites de segurança. Apenas supondo que um MOSFET possa lidar com uma determinada corrente porque é anunciada como tal é uma receita para o desastre. Você precisa entender o que está acontecendo e o que está fazendo.

Por exemplo: como 50 A a 4 mohms já fornecem 10 W de dissipação de energia, o que isso significa para todas as conexões e rastreamentos em uma PCB? Eles devem ter uma resistência muito baixa!

Complementando a boa resposta de @Bimpelrekkie, gostaria de chamar sua atenção para a necessidade de um caminho alternativo para o fluxo atual quando você desliga sua carga.

Mesmo se você estiver controlando a corrente para uma carga resistiva pura (teoricamente), ela pode incluir alguma indutância perdida. Portanto, quando você desliga o 15A, essa indutância causa um excesso de tensão nos terminais mosfet, o que pode levar à quebra e destruição consequente. Até a auto-indutância dos fios pode causar algum problema com essa quantidade de corrente.

A solução típica é colocar um diodo no anti-paralelo com a carga, como no diagrama abaixo:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Além disso, como você está preocupado com a dissipação de energia, é importante mencionar também a energia dissipada quando o mosfet está sendo ligado e desligado. Alguma energia é dissipada toda vez que o canal é formado ou bloqueado.

A potência dissipada devido à comutação é aproximadamente:

$P_{switching} = \frac{1}{2}\cdot V\cdot I_{load}\cdot f_{switching}\cdot t_{switching}$

Como você pode ver, se você passar muito tempo no processo de comutação, o mosfet pode se dissipar com muita energia e será um problema.

Para acelerar as transições, você precisa usar um circuito de driver de porta entre o arduino e o mosfet. Além disso, o circuito do driver do portão é obrigatório se você planeja usar o mosfet conectado ao terminal positivo da fonte de alimentação. Nesta situação, o arduino não é capaz de gerar uma tensão positiva entre o portão e o terminal da fonte, pois a fonte flutua dependendo da condição da corrente de carga.

Google "relé de estado sólido", e você encontrará mais do que queria saber. E eles trabalham com AC, se houver necessidade. Eles são independentes e exigiram um circuito de proteção embutido.