Dlaczego macierz Darlingtona nie jest tak wydajna jak MOSFET jako sterownik silnika krokowego?

Układ Darlingtona nie jest tak wydajny jak MOSFET do sterowania silnikami krokowymi, głównie ze względu na wyższe napięcie nasycenia i rozpraszanie mocy. Tranzystory Darlingtona charakteryzują się większym spadkiem napięcia (V_CE(sat)) w porównaniu do tranzystorów MOSFET, co skutkuje większymi stratami mocy i zmniejszoną wydajnością, gdy są używane do napędzania silników krokowych. Z drugiej strony tranzystory MOSFET mają zazwyczaj znacznie niższą rezystancję w stanie włączenia (R_DS(on)), co prowadzi do niższych spadków napięcia i lepszej wydajności w zastosowaniach przełączających, takich jak sterowanie silnikiem krokowym. Ta różnica w wydajności staje się znacząca szczególnie przy wyższych prądach i prędkościach, gdzie rozpraszanie mocy może mieć wpływ na wydajność i niezawodność.

Istnieje kilka wad związanych z parami Darlingtona, które czynią je mniej przydatnymi w niektórych zastosowaniach w porównaniu z innymi konfiguracjami tranzystorów, takimi jak MOSFET. Główną wadą jest wyższe napięcie nasycenia (V_CE(sat)), co prowadzi do większego rozpraszania mocy i wytwarzania ciepła. Może to ograniczyć ich wydajność i wydajność, szczególnie w zastosowaniach wymagających wysokiego prądu lub szybkiego przełączania. Ponadto pary Darlingtona mają mniejszą prędkość przełączania w porównaniu z tranzystorami MOSFET, co może mieć wpływ na czas reakcji i wydajność dynamiczną w sterowaniu silnikiem krokowym i innych zastosowaniach wymagających szybkiego przełączania.

Połączenie Darlingtona, które obejmuje kaskadowe łączenie wielu tranzystorów w celu zwiększenia wzmocnienia prądowego, nie jest preferowane w przypadku więcej niż dwóch stopni, głównie ze względu na złożone napięcie nasycenia i zmniejszoną prędkość. Każdy dodatkowy stopień zwiększa całkowite napięcie nasycenia (V_CE(sat)) i może obniżyć prędkość przełączania i wydajność obwodu. To ograniczenie sprawia, że ​​połączenia Darlingtona są mniej odpowiednie do zastosowań wymagających precyzyjnego sterowania, dużej prędkości lub niskiego rozpraszania mocy, takich jak sterowanie silnikiem krokowym, gdzie istotne jest szybkie i wydajne przełączanie.

Sprawność silnika krokowego może być niska z powodu kilku czynników, w tym strat mocy w uzwojeniach silnika, strat tarcia i nieefektywności elektroniki sterownika. Silniki krokowe działają poprzez sekwencyjne zasilanie cewek, aby poruszały się w dyskretnych krokach, co może być mniej energooszczędne w porównaniu do silników obracających się w sposób ciągły. Nieefektywna elektronika sterownika, na przykład wykorzystująca komponenty o wysokiej rezystancji w stanie włączenia lub słabym zarządzaniu temperaturą, może dodatkowo przyczynić się do obniżenia ogólnej wydajności. Poprawa wydajności silników krokowych często wiąże się z optymalizacją obwodów sterownika, wyborem odpowiednich konfiguracji uzwojeń silnika i minimalizacją strat zarówno w elementach elektrycznych, jak i mechanicznych.

Podstawowa różnica między tranzystorem a parą Darlingtona polega na ich konfiguracji i charakterystyce. Tranzystor zazwyczaj odnosi się do pojedynczego urządzenia półprzewodnikowego, które wzmacnia lub przełącza sygnały elektroniczne. Składa się z trzech końcówek: emitera, bazy i kolektora. Natomiast para Darlingtona to konfiguracja dwóch bipolarnych tranzystorów złączowych (BJT) połączonych w taki sposób, że wzmocnienie prądowe (h_FE) pary jest iloczynem wzmocnień dwóch tranzystorów. Taka konfiguracja zapewnia większe wzmocnienie prądowe w porównaniu z pojedynczym tranzystorem, ale kosztem wyższego napięcia nasycenia i mniejszej szybkości przełączania. Pary Darlingtona są używane w zastosowaniach, w których wymagane jest duże wzmocnienie prądowe, ale są mniej wydajne pod względem rozpraszania mocy i prędkości w porównaniu z pojedynczymi tranzystorami lub tranzystorami MOSFET.