Contrôler des actionneurs de puissance avec des transistors Mosfet

par | Aug 11, 2017 | Electronique de commande

1 ) Principe des transistors Mosfet

Les transistors Mosfet sont commandé par une source de tension contrairement aux transistors bipolaires commandés par une source de courant.

Au delà d’une certaine tension sur la grille (Gate en anglais), un courant circule entre la source et le drain.

Plus la tension est importante plus l’intensité circulant est importante.

Ceci concerne le transistor Mosfet à enrichissement (le plus courant) et pour lequel plus la tension au niveau de la gate est important plus l’intensité circulant entre la source et le drain est élevé.

Il existe aussi des transistor Mosfet à appauvrissement ou le fonctionnement est contraire plus la tension au niveau de la gate est élevée, plus le courant entre la source et le drain diminue.

Les transistors Mosfet peuvent être commandés directement par des microcontrôleur vu que au niveau de la grille (Gate) il n’y a pas de consommation de courant.

Voici une vidéo de Thomas Schwenke montrant clairement comment fonctionne un transistor Mosfet
Je vous conseille fortement de regarder sa chaine Youtube https://www.youtube.com/user/MrGreenTranslation/videos
Ainsi que le site http://www.bring-knowledge-to-the-world.com/ pour les excellentes animations technologiques

2 ) Les transistors Mosfet de la carte smoothieboard

Smoothieboard 0x : ne possède pas de transistor Mosfet.
Pour contrôler un élément de puissance, il faut utiliser une sortie GPIO et
brancher un relais SSR.

Smoothieboard 3x : possède 2 petit Mosfet de 3A maxi

Smoothieboard 4x : 2 petit Mosfet de 3A maxi et 2 gros Mosfet de 12.5A maxi

Smoothieboard 5x : 3 petit Mosfet de 3A maxi et 3 gros Mosfet de 12.5A maxi

Pour alimenter les Mosfet il y a 2 cas, alimenter avec la même tension que l’alimentation principale (par exemple 24V) ou bien alimenter avec une tension différente.

3 ) Mosfet alimenté avec une tension spécifique

L’alimentation se fera pour les petits mosfet a coté du Mosfet 2.6
L’alimentation pour les gros mosfet se fait entre les Mosfet 2.5 et 2.7

Attention : les mosfet ne sont pas protégés contre les surtensions et cours-circuits
Si vous voulez une protection, il conviens dans ce cas de rajouter un fusible.

La conséquence par exemple d’un mosfet grillé qui laisse passer en permanence le maximum de courant, c’est pour une imprimante 3d une température de hotend qui augmente hors de tout contrôle. ( phénomène thermal runaway )
L’augmentation hors contrôle de la température peut être la conséquence également du capteur de température sorti de son logement du hotend et qui mesure en permanence la température ambiante.

Il y a des mesures de protection soft en configurant le firmware de la smoothieboard http://smoothieware.org/temperaturecontrol
Mais une protection matérielle avec fusible est encore plus sûre.

Prenez conscience des conséquences d’un thermal runaway avec cette vidéo https://www.youtube.com/watch?v=qVjWg2vuWzk


Exemple de la cartouche chauffante
d’une tête d’impression 3D

Il conviendra de choisir un fusible juste au dessus de l’empèrage maxi pouvant être utilisé

Les cartouches chauffantes font 40W

P = U x I

Donc pour une alimentation de 24V i = P / U = 40 / 24 = 1.6 A il faudra chaisir un fusible de 2A par exemple

Pour une alimentation de 12V i = P / U = 40 / 12 = 3.33 A il faudra chaisir un fusible de 3.5A par exemple.

3 ) Mosfet alimentés par la même tension que la carte principale

Exemple alimentation principale 24V

Cela simplifie le câblage, plus besoin de mettre des alimentations externes pour les mosfet.

Il faut utiliser un petit jumper pour faire connecter le VBB (+) de 24V aux + des petits Mosfet 2.4 et 2.6

Il faut utiliser 2 Jumper en parallèle ( doubler la capacité d’ampérage maxi ) pour pour faire connecter le VBB (+) de 24V aux + des gros Mosfet 2.7 et 2.5

Attention !!  l’ampérage maxi pouvant être transmis par un Jumper est de 2A .
Donc pour les petits Mosfet, limitez vous à 2A

Et pour les gros Mosfet limitez vous à 4A

Cette solution avec les jumper simplifie le câblage mais limite l’ampérage pouvant être transmis.

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