Relais, dus niet.

In het vorige bericht schrijf ik over een alternatief voor het gebruik van een relais om grote (stroom-)gebruikers te schakelen in de Burton. Inmiddels heb ik een testschakeling opgebouwd rond een IRLB8721 N-channel mosfet (datasheet). Deze heeft een RDS(on)-weerstand van minder dan 0.009 ohm en kan meer dan 60 ampère schakelen. Allemaal volgens de datasheet en onder bepaalde testvoorwaarden. De "L" in het typenummer geeft aan dat het hier om een "Logic"-type gaat. Deze mosfets schakelen bij een wat lagere spanning op de gate al volledig open. Precies wat je wilt. Als de mosfet namelijk niet helemaal open gaat, dissipeert hij een hoop vermogen en wordt hij erg heet. Tijd om deze chip eens aan een eigen test te onderwerpen.

Ik heb nog een pittige accu liggen (62Ah) en vast ook nog wel ergens een H4-lamp o.i.d. Als deze maar ongeveer 55 watt opneemt. Er zou dan ongeveer 55 / 12 = 4,58 ampère stroom gaan lopen. Ver beneden het maximum van de mosfet. Bij een weerstand van 9 milli-ohm ontstaat ongeveer een spanningsval van 4,58 x 0.009 = 41 millivolt over de mosfet. Meten is weten, dus de volgende schakeling is gebouwd:

Optocoupler en Mosfet (versie 2)

De weerstand van 1k zorgt ervoor dat de uitgang van de microcontroller een niet te grote stroom hoeft te leveren. De uitgang van een ESP32 kan ongeveer 12 milli-ampère leveren bij 3.3 volt. De weerstand beperkt de stroom tot minder dan 3 milli-ampère. Da's nog wel genoeg om de optocoupler open te sturen.

De PC817 optocoupler ontkoppelt de stroomkring van de microcontroller van de stroomkring van de mosfet. Hier een weerstand van 10k (bedankt voor de tip Peter). Enerzijds om de stroom door de optocoupler te beperken en anderzijds zorgt deze ervoor dat de gate-ingang van de mosfet aan de nul gelegd wordt als deze niet aangestuurd wordt. Zo schakelt hij netjes uit. De 200 ohm weerstand beperkt de stroom naar de gate van de mosfet tijdens het schakelen. Aan de ingang heeft deze een condensator die op- en ontladen wordt. De weerstand zorgt dat dit een beetje met beleid gebeurt.

De Mosfet en de stroomgebruiker

Voor de zekerheid maar wat krimpkousjes gebruikt voor de test. Kortsluiting is het laatst wat je wilt met zo'n potente accu. De rest van de schakeling zit op een breadboard.

De volgende waarden zijn gemeten:

• Stroom door de lamp en de mosfet: 4,6 ampère.
• De spanning tussen drain en collector: 41,3 millivolt.

Dat komt verbazingwekkend goed overeen met de verwachte waardes op basis van de datasheet. De gemeten RDS(on)-weerstand is dus 41,3 / 4,6 = 8,98 milli-ohm. Het gedissipeerde vermogen van de mosfet is ongeveer 190 milliwatt. Volgens het datablad loopt de temperatuur van de mosfet met 2,3 graad per watt op, dus bij 0,2 watt is dit minder dan een halve graad. Dat is ook wat ik ervaar als ik de mosfet aanraak. Ik voel nauwelijks een temperatuurtoename. Een heatsink is niet nodig.

Bemoedigende resultaten. Het verlies in spanning is ook zo gering dat ik niet verwacht dat er een merkbaar verlies in lichtopbrengst zal zijn. Een te lange of dunne draad naar de koplampen heeft meer effect.

Dit gaat hem worden.