Una domanda circa la condizione di saturazione di un transistor..

[SoldatoSemplice]

Ciao a tutti, allora a causa di un particolare problema mi trovo a dover trattare un comune motore elettrico in condizioni un pò particolari, e non sò prevedere come tale motore si potrebbe comportare, dunque chiedo lumi.

Mi trovo in queste condizioni: Un mio amico deve usare un motore da modellismo, tali motori sono concepiti per funzionare con queste condizioni: tensione di alimentazione 7,2 volt, ai quali l'assorbimento si attesta intorno alla 30ina di ampere, lui però deve usarlo in maniera tale che il massimo assorbimento si attesti intorno ai 5 ampere.

E' stata fatta la prova di corto circuito sul motore stesso, cioè albero tenuto fermo con le dita e si è cominciato ad aumentare la tensione (a partire da 0,2 volt) di alimentazione, abbiamo visto che l'assorbimento desiderato di 5 ampere si ottiene con una tensione intorno agli 1,5 volt.

A questo punto basterebbe dargli una sorgente ad 1,5 volt 5 ampere e il problema si risolve, ma mi è sorto un dubbio: se pongo tale motore sul finale di uscita di un BJT (o mosfet) e lo polarizzo in saturazione in maniera tale che la massima corrente di collettore sia proprio di 5 ampere, io in teoria potrei aumentare la tensione di alimentazione anche fino ai 7,2 volt?

Io sono dell'idea che data la caratteristica di uscita del bjt stesso non potrebbero comunque passare più di 4 ampere nel motore stesso ed il motore reagirebbe riducendo il proprio numero di giri, mentre il mio professore di elettronica dice che se io impongo sette volt ai suoi capi il motore vedendo sette volt aumenterebbe il numero dei giri cercando di assorbire 30 ampere di targa cercando di violare la condizione di saturazione del finale di potenza.

A questo punto la domanda: Come si comporta il motore? Vede che la corrente disponibile non supera i 4 ampere e reagisce riducendo i propri giri, oppure se vede sette volt, cerca di violare il transistor fondendolo?

Spero di non essere stato troppo lungo e di essermi fatto capire.

Ciao e grazie

[claudio476]

il problema di base è che un transistor che regge 4A, NON vuol dire che non consente ai restanti 26A di passare.. ma semplicemente, superati i famigerati 4A e sicuramente molto prima di 30.. "svampa in un baleno"!

La cosa più semplice che puoi fare è prendere un mosfet che tenga 30A, se non sei vincolato al bjt, poi tramite un 555 lo piloti in pwm fino a tararlo sui 5A.

Se vedi negli schemi elettrici presenti sul sito del barone, c'è un regolatore di giri basato su questo meccanismo.

edit: funziona se il carico è costante.

[SoldatoSemplice]

Io non sono limitato dall'uso di mosfet o transistor, il vincolo inviolabile è proprio quello dei 5 ampere.

Cerco di riformulare la domanda: se il mio motore lo metto in condizioni di alimentarlo ad una tensione di 7 volt, ma su un finale di potenza di un transistor polarizzato in saturazione in maniera tale che la massima corrente di collettore di tale transistor sia al massimo 5 ampere, allora cosa succede? Il motore si alimenta a 7 volt assorbendo i 5 ampere imposti dal transistor riducendo il proprio numero di giri, oppure vedendo questi famosi 7 volt cerca di estrarre i 30 ampere per cui è targato fondendo il transistor?

[SoldatoSemplice]

Originalmente inviato da claudio476

poi tramite un 555 lo piloti in pwm fino a tararlo sui 5A.
.

E' proprio su questa parte che chiedo lumi, in pratica tu dici imponi una certa tensione sul gate finche non ottieni i 5 ampere di source, ok.

Ma la tensione stessa del motore (cioè la tensione drain-source) se io la impongo a 7 volt, il motore si comporterà di conseguenza per assorbire 30 ampere e non 5 perforando il mosfet.

[Mrk89]

I MOS in un modello molto semplicistico ha una funzione di trasferimento detta "Transcaratteristica" che lega Vgs direttamente ad Id, quindi Id=f(Vgs).
Questa formula non risente "assolutamente" della tensione di alimentazione ( entro le specifiche del mos Rdson e Vgs max ).

Prendiamo ad esempio la transcaratteristica del IRF520 ( in allegato ), come noti mettendo una Vgs pari circa a 5.5V hai una Id di 5A, per una tensione ai capi del transistor maggiore di 2.5-3V.

Quindi prendi il MOS, alimenta il gate con 5.5V e alimenta il motore con la tensione che vuoi, stando attento a non superare i 60W massimi ( la potenza massima per questo transistor ).

La prova che hai fatto a vuoto serve poco, perchè con l'aumentare dei giri la resistenza del motore aumenta, e quindi la Vds del MOS diminuisce, diminuendo la potenza dissipata su di esso.
Comunque per questa applicazione il MOS deve essere per sicurezza raffreddato tramite apposita aletta.

Spero di esser stato abbastanza chiaro.

[Naraj]

Perchè non utilizzare un alimentatore a corrente costante tarato sui 5 A ?

Naraj.

[marcosinatti]

Dovrebbe funzionare...

[claudio476]

Calma, cerchiamo di ragionare su un pezzo alla volta, altrimenti facciamo confusione, premesso che le idee che ti hanno proposto gli altri amici del barone sono valide, quella di pilotare il mosfet con un 555 significa tagliare l'alimentazione al motore in una certa sequenza per limitagli virtualmente la tensione in ingresso.

occorre studiare il pwm per capirlo:
Pulse-width modulation - Wikipedia

dal lato motore, idealmente il motore tende a raggiungere i giri a vuoto indotti dalla tensione, dico a caso, a 7V saranno 10.000 a 3.5V saranno 5.000.
Poi quando un carico posto sul suo albero, gli impedisce di raggiungere questi giri, il motore va sotto sforzo e consuma corrente nel tentativo di raggiungere i suoi giri a vuoto, ovviamente non li raggiungerà mai.

Limitare quindi il motore a 5A significa innanzi tutto limitare il numero di giri a vuoto, questo si trasforma subito e ovviamente in una riduzione di voltaggio, con il pwm riduci virtualmente il voltaggio, per esempio, se dai 7V iniziali ne vuoi 3.5V dovrai impostare un ciclo del 50%.

Visto che hai detto di sapere che a te serve di alimentare il motore a 1.5V devi fare una semplice proporzione per capire il douty cicle da dare al 555.

in teoria:
100:7=x:1.5
x=(100*1.5)/7=21.4%

..non dovrei aver detto grosse cavolate, nel caso, non esitate a correggermi, altrimenti facciamo solo perdere tempo al nostro amico.

[marcosinatti]

I casi sono 2:

---Limiti la tensione a 1,5V (con la tecnica pwm suggerita):
Il motore non raggiunge mai il massimo dei giri.
Sotto sforzo cala il numero di giri aumentando la corrente assorbita che però non supererà mai i 5A visto che a motore bloccato con 1,5V si hanno 5A.

---Limiti la corrente a 5A (con il circuitino che ti ho proposto):
Fino a che il motore va a vuoto raggiunge il numero di giri nominale (ammettendo che a vuoto assorba meno di 5A), quando sforza e la corrente arriva a 5A e noi la limitiamo, è come se gli si limitasse la potenza di ingresso.
Se abbiamo un circuito che fa automaticamente questa funzione di limitazione ci accorgiamo che il valore della tensione si abbassa automaticamente per fare in modo che la corrente circolante rimanga 5A.
Il prodotto tra corrente e tensione è la potenza che in questo caso diventa una costante, e siccome Potenza=coppia x numero di giri diventa semplice capire che quando il motore sforza (aumento della coppia resistente) cala il numero di giri.