Variatore impulsi Mosfet con Arduino: guida pratica per pilotare Mosfet in modalità interruptore
Premessa: Con questo tutorial mostreremo come pilotare un Mosfet (famiglia transistor) come interuttore tramite arduino. I transistor sono componenti che permettono di passare o amplificare un segnale. Noi in questa guida approfondiremo l’utilizzo come interruttore. Fondamentalmente dispne di tre pin. Il primo chiamato IN(ingresso) che in figura si trova sotto la sigla S che sta per sorgente, un OUT(uscita) chiamato DRAIN e il terzo che è il pin di controllo chiamato GATE denominato nella figura con G. Soffermandovi sullo schema noterete la semplicità de ll’esempio. Nell’immagine troviamo la lamadina perchè questo tipo di mosfet 1D23AC ha come massima capacità 60 Volt 30 Amper. Quindi collegando un led al posto della lampadina avremo lo stesso risultato. NOTA BENE: Per i neofiti dove trovate scritto nella figura vicino la lampadina “0-60V +” vuol dire che se voi applicate un led dovrete collegarlo ai 5volt dell’arduino e il negativo del led al D del mosfet cioè al DRAIN. In questo articolo viene presentato un circuito semplice ed economico per pilotare con un microcontrollore un transistor Mosfet di potenza che può essere utilizzato con impulsi PWM o come relè statico in corrente continua. Esso funziona fino a circa 60 kHz e permette un completo isolamento con livelli d’ingresso a partire da 3,3 V. Lo scopo di questo articolo non è quello di spiegare nel dettaglio il funzionamento di questi semiconduttori ma di studiare un'economica e semplice interfaccia per connetterli con sistemi tipo Arduino o PIC. Il transistore Mosfet (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) fu realizzato nel 1959, poco più di un decennio dopo il transistor bipolare (Bipolar Junction Transistor) e ha trovato numerose applicazioni soprattutto nell’elettronica di potenza: alimentatori switching e controllo motori. Scopo di questo articolo non è quello di spiegare nel dettaglio il funzionamento di questi semiconduttori ma di studiare un’economica interfaccia per connetterli con sistemi tipo Arduino o PIC. È sempre presente, negli Enhancement Mode Mosfet un diodo (body diode), inversamente polarizzato. Una caratteristica che li distingue è che sono nello stato OFF per una tensione VGS = 0, contrariamente ai Depletion Mode Mosfet che sono ON. Essi iniziano a condurre quando VGS > VGS (th) (Gate-Source threshold voltage), che solitamente va da 2 a 4 V. D’ora in avanti, tratteremo esclusivamente di Mosfet a canale N e di tipo a incremento. A differenza del transistore bipolare che è pilotato in corrente, il Mosfet è pilotato in tensione. Zona attiva o di saturazione (active or saturation region): al variare di VDS, la corrente ID rimane costante a parità di VGS. La figura 2 mostra le tre regioni del funzionamento di un eMosfet a canale N. La curva quadratica rossa tratteggiata separa la regione resistiva da quella attiva.
Questo articolo si propone di offrire una interfaccia economica per connettere Mosfet con sistemi come Arduino o PIC, dimostrando come pilotare carichi in continua con PWM o come relè statico.
Il MOSFET può essere controllato in modo efficace con ingressi a partire da 3,3 V grazie a circuiti di pilotaggio adeguati, garantendo isolamento quando si usa un modulo optoisolato.
Nel corso della guida verrà esaminata una configurazione pratica che permette di comandare un motore DC o un carico resistivo fino a tensioni di circa 30 V, offrendo controllo di accensione/spegnimento e modulazione PWM.
La tecnica descritta è utile per varie applicazioni: pilotaggio di motori in corrente continua, controllo di carichi resistivi attraverso Arduino, e utilizzo di moduli MOSFET optoisolati per aumentare la sicurezza e l'affidabilità. Il modulo HW-532, con opzioni MOSFET FR120N, LR7843 o D4184, permette di controllare la velocità e l'accensione/spegnimento di un motore DC con tensioni fino a 30 V. Questo progetto è utile per diverse applicazioni, offrendo protezione e isolamento rispetto al collegamento diretto del motore all'Arduino.
Componenti principali: Arduino, modulo MOSFET optoaccoppiato HW-532 (con MOSFET FR120N, LR7843 o D4184), motore DC (tensione nominale ≤ 30V), cavi di collegamento e, opzionalmente, potenziometro e pulsante per controllo avanzato. La scelta del MOSFET all'interno del modulo dipende dalle esigenze di corrente, mentre il video correlato fornisce un confronto dettagliato e indicazioni sull'idoneità per varie applicazioni.
Conferenze di programmazione: un semplice codice consente di accendere e spegnere il motore, mentre un secondo esempio mostra l’uso della modulazione di larghezza d’impulso (PWM) per controllarne la velocità. Un ulteriore esempio integra potenziometro e pulsante per controllo manuale avanzato.
Aspetti pratici: è importante considerare che i MOSFET di potenza hanno una zona di conduzione definita dal valore VGS(th) e che la gestione della tensione di gate è cruciale per evitare perdite o surriscaldamenti. Per i neofiti, la nota vicino la lampadina “0-60V +” indica che il LED deve essere collegato ai 5V dell’Arduino e il negativo al drain del MOSFET, quindi al DRAIN. Tale dettaglio aiuta a evitare errori comuni durante i collegamenti iniziali.
Risorse aggiuntive: una breve panoramica storica ricorda che il MOSFET è una tecnologia chiave nell’elettronica di potenza sin dagli anni ’60, con applicazioni come alimentatori switching e controllo motori. Le caratteristiche principali includono la presenza di un body diode e la possibilità di funzionare nello stato OFF a VGS = 0, differenziandosi dai MOSFET Depletion che sono ON di default.
In questa guida non viene fornita una trattazione esaustiva del funzionamento intrinseco dei semiconduttori, bensì viene presentata un’interfaccia economica e pratica per collegarli a sistemi tipo Arduino o PIC, utilizzando segnali di ingresso a bassa tensione e offrendo una soluzione affidabile per controllare carichi DC con PWM o come interruttore statico.
