Site Loader

Содержание

Каталог радиолюбительских схем. Защита блока питания от КЗ .

Каталог радиолюбительских схем. Защита блока питания от КЗ .

Защита блока питания от КЗ.

Для питания собираемых конструкций радиолюбители нередко используют простейшие блоки, состоящие из понижающего трансформатора и выпрямителя с конденсатором фильтра. И, конечно, в таких блоках нет никакой защиты от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, хотя оно подчас приводит к выходу из строя выпрямителя и даже трансформатора. Применять в таких блоках питания в качестве элемента защиты плавкий предохранитель не всегда удобно, да и, кроме того, быстродействие у него невысокое. Один из вариантов решения проблемы защиты от КЗ — включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора средней мощности с встроенным каналом. Дело в том, что на вольт-амперной характеристике такого транзистора есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор работает как стабилизатор (ограничитель) тока.


Рис.1

Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.1, а вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 — на рис.2. Работает защита так. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.


Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1. Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки. Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (такой пример показан на рис. 3). Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации — рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.


Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям. Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1. При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук. Однопереходный транзистор может быть КТ117А- КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).


Рис. 4

Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток — исток. Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

И. НЕЧАЕВ, г. Курск, Радио №7, 1989 г.

Источник материала



«Электронный дроссель». — Блоки питания — Источники питания

Николай Петрушов

Такое название в последнее время приходится часто встречать в схемах блоков питания ламповых и не ламповых конструкций. Что это такое? давайте поближе познакомимся с особенностями работы «электронного дросселя» и с часто встречающимися ошибками при его сборке и использовании.

Рисунок 1.

В блоках питания ламповых усилителей в последнее время, радиолюбителями довольно широко используются стабилизаторы напряжения, выполненные на полевом транзисторе. Такие стабилизаторы называют ещё «электронный дроссель», «усилитель ёмкости» и даже «виртуальная батарея».

Будем называть его «электронный дроссель», хотя по сути — это обычный стабилизатор с плавающим опорным напряжением, изменяющимся в зависимости от входного, или активный фильтр с функцией задержки подачи напряжения и ничего общего с обычным дросселем (накопителем энергии) и принципом его работы он не имеет.
«Электронный дроссель» можно собирать и на биполярных транзисторах, такие схемы известны ещё с 60-х годов, но на полевых схема имеет гораздо лучшую эффективность, поэтому будем рассматривать здесь «электронный дроссель» на мощных полевых транзисторах.
Рассмотрим обычную схему, гуляющую по сети. См. рисунок 2.

Рисунок 2.
«Электронный дроссель» на IRF830.

У некоторых радиолюбителей эта схема работает, у некоторых нет, почему? Эта схема имеет  свои недостатки, которые сейчас рассмотрим.
Входное напряжение здесь подаётся на С1 через резистор R1 большого сопротивления. Ток стока транзистора практически нулевой и при качественном конденсаторе С1 (с очень маленькой утечкой) он зарядится до уровня напряжения входа, транзистор уйдёт в насыщение и пользы от такого «дросселя» будет мало.
Если конденсатор С1 будет не очень качественный (иметь утечку больше тока заряда R1), то напряжение на затворе транзистора будет меньше входного и схема может работать. Для нормальной работы схемы, напряжение на затворе должно быть меньше входного, минимум

на величину пульсаций при номинальном токе нагрузки. Это ещё не учитывается нестабильность напряжения сети.
То есть входное напряжение сначала должно подаваться на делитель напряжения. Этот делитель и определяет разность между входным и выходным напряжением «электронного дросселя». Сделать такой делитель можно, добавив всего одно сопротивление (R3).

Рисунок 3.
«Электронный дроссель» на IRF830. Второй вариант.

На второй схеме ЭД, входное напряжение на конденсатор С1 подаётся с  делителя (R1, R3). Коэффициент такого делителя рассчитывается таким образом, что бы разница между входным и выходным напряжением, для обеспечения нормальной работы ЭД, была 20 — 30 вольт. Сопротивление резистора R1 можно уменьшить, что бы компенсировать ток утечки у конденсатора С1, если он попадётся не очень качественный. Для увеличения времени заряда конденсатора (увеличение времени задержки нарастания выходного напряжения), его ёмкость можно увеличить. Время заряда конденсатора определяется величиной R1 и ёмкостью конденсатора, т.е. постоянная времени заряда.Так, как постоянная времени R1, C1 очень большая (десятки секунд), то;

1) Обеспечивается плавное нарастание выходного напряжения.
2) Быстрые изменения и колебания сети не проходят на выход схемы.
3) Очень качественная фильтрация напряжения, так как на затворе транзистора практически отсутствуют пульсации и в виду наличия у полевого транзистора огромнейшего входного сопротивления и весьма большой крутизны характеристики, на выходе имеем пульсации почти такие же как и на RC-фильтре в цепи затвора.
Рассмотрим назначение элементов схемы;
Резистор R2 подобен «антизвоновому» резистору в цепи сетки лампы выходного каскада, и необходим для предотвращения самовозбуждения транзистора. Его величина выбирается в пределах 1 — 10 кОм. Наличие его обязательно. При монтаже, его лучше припаять непосредственно к выводу транзистора (и стабилитрон VD2 тоже).
Стабилитрон VD2 предназначен для защиты транзистора от переходных процессов и статики. Напряжение его стабилизации выбирается в пределах 14 — 18 вольт. В нормальном режиме работы он заперт. Его можно не ставить, если он уже встроен в транзистор (есть транзисторы со встроенным стабилитроном).
Если у транзистора отсутствует встроенный диод между истоком и стоком, то его необходимо поставить. Он защищает транзистор от обратного напряжения, и если (например при выключении питания) входные конденсаторы разрядились (на схеме не показаны), а выходные ещё нет и напряжение на них больше напряжения входного, то открывается этот диод и конденсаторы на выходе, подключаются через диод к входным и к делителю R1, R3.
Диод VD1 необходим для быстрой разрядки конденсатора С1.

Рассмотрим некоторые особенности монтажа подобных схем.
Транзистор желательно применять в изолированном корпусе. Если корпус транзистора не изолирован, то на радиатор он крепится через изолирующую прокладку (например слюда), а корпус радиатора заземляется.
Антизвоновый резистор и защитный стабилитрон лучше распаять непосредственно на выводах транзистора.
Наличие в схеме «электронного дросселя» не отменяет необходимость в установке конденсаторов после него,которые играют роль источника энергии для быстрых импульсов тока потребления нагрузкой и уменьшают выходное сопротивление источника питания.

«Электронный дроссель», в отличии от обычного дросселя, не является накопителем энергии, и соответственно не применим  (как замена обычному дросселю) в схемах выпрямителей с L-фильтром там, где дроссель отдаёт накопленную энергию.

Хотя бытуют различные мнения у противников «транзисторизации» ламповых схем, вплоть до замены индикаторов на светодиодах — неоновыми лампочками (хотя попадаются неонки с очень большим уровнем шума), скажу однозначно — применение в блоке питания лампового усилителя «электронного дросселя», нисколько не ухудшает его звучание, а в некоторых случаях гораздо его улучшает, позволяя при этом сэкономить габариты и вес любительских конструкций.  

 

 

Посоветуйте схему защиты бп от короткого замыкания. Несколько защитных устройств блоков питания

У каждого радиолюбителя, регулярно занимающегося конструированием электронных устройств, думаю, имеется дома регулируемый блок питания. Штука действительно удобная и полезная, без которого, испробовав его в действии, обходиться становится трудно. Действительно, нужно ли нам проверить, например светодиод, то потребуется точно выставлять его рабочее напряжение, так как при значительном превышении подаваемого напряжения на светодиод, последний может просто сгореть. Также и с цифровыми схемами, выставляем выходное напряжение по мультиметру 5 вольт, или любое другое нужное нам и вперед.

Многие начинающие радиолюбители, сначала собирают простой регулируемый блок питания, без регулировки выходного тока и защиты от короткого замыкания. Так было и со мной, лет 5 назад собрал простой БП с регулировкой только выходного напряжения от 0,6 до 11 вольт. Его схема приведена на рисунке ниже:


Но несколько месяцев назад решил провести апгрейд этого блока питания и дополнить его схему небольшой схемкой защиты от короткого замыкания. Эту схему нашел в одном из номеров журнала Радио. При более детальном изучении выяснилось, что схема во многом напоминает приведенную выше принципиальную схему, собранного мной ранее блока питания. При коротком замыкании в питаемой схеме светодиод индикации КЗ гаснет, сигнализируя об этом, и выходной ток становится равен 30 миллиампер. Было решено, взяв часть этой схемы дополнить свою, что и сделал. Оригинал, схему из журнала Радио, в которую входит дополнение, привожу на рисунке ниже:


На следующем рисунке показывается часть этой схемы, которую нужно будет собрать.


Номинал некоторых деталей, в частности резисторов R1 и R2, нужно пересчитать в сторону увеличения. Если у кого-то остались вопросы, куда подсоединять выходящие провода с этой схемы, приведу следующий рисунок:


Еще дополню, что в собираемой схеме, вне зависимости, будет это первая схема, или схема из журнала Радио необходимо поставить на выходе, между плюсом и минусом резистор 1 кОм. На схеме из журнала Радио это резистор R6. Дальше осталось протравить плату и собрать все вместе в корпусе блока питания. Зеркалить платы в программе Sprint Layout не нужно. Рисунок печатной платы защиты от короткого замыкания:


Примерно месяц назад мне попалась на глаза схема приставки регулятора выходного тока, которую можно было использовать совместно с этим блоком питания. взял с этого сайта. Тогда собрал эту приставку в отдельном корпусе и решил подключать её по мере необходимости для зарядки аккумуляторов и тому подобных действий, где важен контроль выходного тока. Привожу схему приставки, транзистор кт3107 в ней заменил на кт361.


Но впоследствии пришла в голову мысль соединить, для удобства, все это в одном корпусе. Открыл корпус блока питания и посмотрел, места осталось маловато, переменный резистор не поместится. В схеме регулятора тока используется мощный переменный резистор, имеющий довольно большие габариты. Вот как он выглядит:


Тогда решил просто соединить оба корпуса на винты, сделав соединение между платами проводами. Также поставил тумблер на два положения: выход с регулируемым током и нерегулируемым. В первом случае, выход с основной платы блока питания соединялся с входом регулятора тока, а выход регулятора тока шел на зажимы на корпусе блока питания, а во втором случае, зажимы соединялись напрямую с выходом с основной платы блока питания. Коммутировалось все это шести контактным тумблером на 2 положения. Привожу рисунок печатной платы регулятора тока:


На рисунке печатной платы, R3.1 и R3.3 обозначены выводы переменного резистора первый и третий, считая слева. Если кто-то захочет повторить, привожу схему подключения тумблера для коммутации:


Печатные платы блока питания, схемы защиты и схемы регулировки тока прикрепил в архиве . Материал подготовил AKV.

Данная схема представляет собой простейший блок питания на транзисторах, оборудованный защитой от короткого замыкания (КЗ). Его схема представлена на рисунке.

Основные параметры:

  • Выходное напряжение — 0..12В;
  • Максимальный выходной ток — 400 мА.

Схема работает следующим образом. Входное напряжение сети 220В преобразуется трансформатором в 16-17В, затем выпрямляется диодами VD1-VD4. Фильтрация пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется конденсатором С1. Далее выпрямленное напряжение поступает на стабилитрон VD6, который стабилизирует напряжение на своих выводах до 12В. Остаток напряжения гасится на резисторе R2. Далее осуществляется регулировка напряжения переменным резистором R3 до требуемого уровня в пределах 0-12В. Затем следует усилитель тока на транзисторах VT2 и VT3, который усиливает ток до уровня 400 мА. Нагрузкой усилителя тока служит резистор R5. Конденсатор С2 дополнительно фильтрует пульсации выходного напряжения.

Защита работает так. При отсутствии КЗ на выходе напряжение на выводах VT1 близко к нулю и транзистор закрыт. Цепь R1-VD5 обеспечивает смещение на его базе на уровне 0,4-0,7 В (падение напряжения на открытом p-n переходе диода). Этого смещения достаточно для открытия транзистора при определённом уровне напряжения коллектор-эмиттер. Как только на выходе происходит короткое замыкание, напряжение коллектор-эмиттер становится отличным от нулевого и равным напряжению на выходе блока. Транзистор VT1 открывается, и сопротивление его коллекторного перехода становится близким к нулю, а, значит, и на стабилитроне. Таким образом, на усилитель тока поступает нулевое входное напряжение, через транзисторы VT2, VT3 будет протекать очень маленький ток, и они не выйдут из строя. Защита отключается сразу же при устранении КЗ.

Детали

Трансформатор может быть любой с площадью сечения сердечника 4 см 2 и более. Первичная обмотка содержит 2200 витков провода ПЭВ-0,18, вторичная — 150-170 витков провода ПЭВ-0,45. Подойдёт и готовый трансформатор кадровой развёртки от старых ламповых телевизоров серии ТВК110Л2 или подобный. Диоды VD1-VD4 могут быть Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л или любые на ток не менее 1 А и обратное напряжение не менее 55 В. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любые низкочастотные маломощные, например, МП39-МП42. Можно использовать и кремниевые более современные транзисторы, например, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 и другие. В качестве VT3 — германиевые П213-П215 или более современные кремниевые мощные низкочастотные КТ814, КТ816, КТ818 и другие. При замене VT1 может оказаться, что защита от КЗ не работает. Тогда следует последовательно с VD5 включить ещё один диод (или два, если потребуется). Если VT1 будет кремниевый, то и диоды лучше применять кремниевые, например, КД209(А-В).

В заключение стоит заметить, что вместо указанных на схеме p-n-p транзисторов можно применять и аналогичные по параметрам транзисторы n-p-n (не вместо какого-либо из VT1-VT3, а вместо всех из них). Тогда нужно будет поменять полярности включения диодов, стабилитрона, конденсаторов, диодного моста. На выходе, соответственно, полярность напряжения будет другая.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1, VT2 Биполярный транзистор

МП42Б

2 МП39-МП42, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 Поиск в Fivel В блокнот
VT3 Биполярный транзистор

П213Б

1 П213-П215, КТ814, КТ816, КТ818 Поиск в Fivel В блокнот
VD1-VD4 Диод

Д242Б

4 Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л Поиск в Fivel В блокнот
VD5 Диод

КД226Б

1 Поиск в Fivel В блокнот
VD6 Стабилитрон

Д814Д

1

Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.1, а вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 — на рис.2. Работает защита так. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.

Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1. Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (такой пример показан на рис. 3).
Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации — рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.

Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
Однопереходный транзистор может быть КТ117А- КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).


Рис. 4

Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток — исток.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Практически каждый начинающий радиолюбитель стремится вначале своего творчества сконструировать сетевой блок питания, чтобы впоследствии использовать его для питания различных экспериментальных устройств. И конечно, хотелось бы, чтобы этот блок питания «подсказывал» об опасности выхода из строя отдельных узлов при ошибках или неисправностях монтажа.

На сегодняшний день существует множество схем, в том числе и с индикацией короткого замыкания на выходе. Подобным индикатором в большинстве случаев обычно служит лампа накаливания, включенная в разрыв нагрузки. Но подобным включением мы увеличиваем входное сопротивление источника питания или, проще говоря, ограничиваем ток, что в большинстве случаев, конечно, допустимо, но совсем не желательно.

Схема, изображенная на рис.1, не только сигнализирует о коротком замыкании, абсолютно не влияя на выходное сопротивление устройства, но и автоматически отключает нагрузку при закорачивании выхода. Кроме того, светодиод HL1 напоминает, что устройство включено в сеть, a HL2 светится при перегорании плавкого предохранителя FU1, указывая на необходимость его замены.

Электрическая принципиальная схема самодельного блока питания с защитой от коротких замыканий

Рассмотрим работу самодельного блока питания . Переменное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки Т1, выпрямляется диодами VD1…VD4, собранными по мостовой схеме. Конденсатеры С1 и С2 препятствуют проникновению в сети высокочастотных помех, а оксидный конденсатор С3 сглаживает пульсации напряжения, поступающего на вход компенсационного стабилизатора, собранного на VD6, VT2, VT3 и обеспечивающего на выходе стабильное напряжение 9 В.

Напряжение стабилизации можно изменить, подбирая стабилитрон VD6, например, при КС156А оно составит 5 В, при Д814А — 6 В, при ДВ14Б — В В, при ДВ14Г -10 В, при ДВ14Д -12 В. При желании выходное напряжение можно сделать регулируемым, для этого между анодом и катодом VD6 включают переменный резистор сопротивлением 3-5 кОм, а базу VT2 подключают к движку этого резистора.

Рассмотрим работу защитного устройстваблока питания . Узел защиты от КЗ в нагрузке состоит из германиевого п-р-п транзистора VT1, электромагнитного реле К1, резистора R3 и диода VD5. Последний в данном случае выполняет функцию стабистора, поддерживающего на базе VT1 неизменное напряжение около 0,6 — 0,7 В относительно общего.

В обычном режиме работы стабилизатора транзистор узла защиты надежно закрыт, так как напряжение на его базе относительно эмиттера отрицательное. При возникновении короткого замыкания эмиттер VT1, как и эмиттер регулирующего VT3, оказывается соединенным с общим минусовым проводом выпрямителя.

Другими словами, напряжение на его базе относительно эмиттера становится положительным, вследствие чего VT1 открывается, срабатывает К1 и своими контактами отключает нагрузку, светится светодиод HL3. После устранения короткого замыкания напряжение смещения на эмиттерном переходе VT1 снова становится отрицательным и он закрывается, реле К1 обесточивается, подключая нагрузку к выходу стабилизатора.

Детали для изготовления блока питания. Электромагнитное реле любое с возможно меньшим напряжением срабатывания. В любом случае должно соблюдаться одно непременное условие: вторичная обмотка Т1 должна выдавать напряжение, равное сумме напряжений стабилизации и срабатывания реле, т.е. если напряжение стабилизации, как в данном случае 9 В, а U сраб реле 6 В, то на вторичной обмотке должно быть не менее 15 В, но и не превышать допустимое на коллекторе-эмиттере применяемого транзистора. В качестве Т1 на опытном образце автор использовал ТВК-110Л2. Печатная плата устройства изображена на рис.2.

Печатная плата блока питания

Прус С. В.

На создание данной статьи меня спровоцировал опыт создания блоков питания и зарядных устройств на основе простых импульсных блоков питания, которыми являются как иип на IR2153, так и переделанный различными способами под блок питания электронный трансформатор. Данные источники питания являются простыми, нестабилизированными импульсными блоками питания без каких-либо защит. Не смотря на данные недостатки, такие источники питания довольно просты в изготовлении,не требуют сложной настройки, времени на создание такого блока питания требуется меньше чем на полный ШИМ БП с узлами стабилизации и защиты.

Обьединив такой блок питания и простейший ШИМ- регулятор на NE555, получам регулируемый блок питания как для экспирементов, так и для зарядки АКБ. Радости нашей нет предела до того момента, пока данный девайс не попробовать на искру, или по ошибке, размышляя над созданием очередного аппарата перепутать полярность заряжаемого АКБ. Окрикивая громким хлопком и орошая едким дымом помещение,в котором произошол данный конфуз, изобретение сообщает нам, что простой импульсный блок питания, который собран по упрощённо-ознакомительной схеме не может быть надёжным.

Тут пришла мысль о том, чтобы найти не просто ввести тот или инной узел защиты в конкретный экземпляр блока питания, а найти или создать универсальную быстродействующую схему, которую можно внедрять в любой вторичный источник питания.

Требования к узлу защиты:

Минмиум деталей

Плата защиты должна занимать мало места

Работоспособной при больших токах нагрузки

Отсутствие реле

Высокая скорость срабатывания

Одним из заинтересовавших вариантов была такая схема, найденная в интерете:

При замыкании выхода данной схемы, разряжается ёмкость затвора VT1 через диод VD1, что приводит к закрытию VT1 и ток через транзистор не протекает, блок питания остаётся целым и невредимым. Но что же произойдёт если на выход данной схемы подключить нагрузку, в 300вт, когда наш иип может выдать всего 200вт? Не смотря на то что у нас присутствует схема защиты, замученный блок питания снова взрывается.

Недостатки данной схемы:

1. Необходимо точно подбирать сопротивление шунта, чтобы максимально допустимый ток блока питания создал такое падение напряжения на выбранном шунте, при котором VT2, открываясь полностью закроет VT1.

2. В данной схеме может наступить момент, когда ток проходящий через шунт, приоткроет VT2, вследствии чего VT1 начнёт закрываться и останется в таком состоянии, что будет недозакрыт, а учитывая что через VT1 протекает немалый ток, то данный линейный режим вызовет его сильный перегрев, врезультате которого VT1 будет пробит.

В блоке питания на IR2153 однажды применял триггерную защиту, остался доволен её работой. Прицепим к схеме триггерной защёлки на комплиментарной паре транзисторов шунт в качестве датчика тока и n-канальный транзистор в роли ключевого элемента получаем такую схему:


После подачи питания на схему, транзистор Q3, через светодиод и R4 открывается, стабилитрон D3 ограничивает напряжение на затворе полевого транзистора. D4 защищает Q3 от выбросов высокого напряжения, при подключении индуктивной нагрузки (электродвигатель). На паре транзисторов Q1, Q2 собран аналог тиристора. Ток, протекающий через шунт R1, вызывает падение напряжения, которое с движка переменного резистора R10, и цепочку R2, С2, поступает на базу транзистора Q2. Величину напряжения с шунта, которое пропорционально току, протекающему через этот шунт можно регулировать прерменным резистором R10. В момент, когда напряжение на базе Q2 станет больше 0.5-0.7в транзистор Q2 начнёт открываться, тем самым открывая Q1, в свою очередь транзистор Q1открываясь, будет открывать Q2. Данный процесс происходит очень быстро, за доли секунды транзисторы откроют друг друга и останутся в таком устойчивом состоянии. Через открытый аналог тиристора затвро Q3, а также резистор R4 окажутся подключены к общему проводнику схемы, что приведёт к закрытию Q3 и свечение светодиода D1 сообщит о том что сработала защита. Снять защиту можно как отключив кратковременно питание, так и кратковременным нажатием на кнопку S1.

Универсальная схема защиты была создана и проверена в работе, шунт R1 был составлен из двух резисторов 0.22 Ом 5Вт. Остался последний шаг — вводим в нвшу схему защиту от переполюсовки клемм АКБ.

Схема с защитой от переполюсовки:


Наша схема дополнилась диодом D2, резисторами R6, R5. Кнопка S1 была убрана из схемы по причине того, что при срабатывании защиты она не выводила схему из защиты, после доработки.

Токовая защита осталась без изменений, снять защиту можно отключив питание на 2-3 секунды. При подключении к выходу схемы АКБ, перепутав полярность, напряжение с АКБ через диод D2, резистор R6 поступает на базу Q2, срабатывает защита Q3 закрывается, светодиод D1 сигнализирует о срабатывании защиты.

На этой волне я заканчиваю поиски защиты для своих простых иип. Работой своих схем доволен, надеюсь они пригодятся и вам.

Приятных вам экспирементов!

ID: 2237

Как вам эта статья?

Усилитель на полевом транзисторе для компьютера

   Этот усилитель подходящим будет только в том случае, когда входной сигнал не требует усиления по напряжению (например, выход достаточной силы дают MP-3 плеер или компьютер). Также, любой шум, возникающий в блоке питания, будет идти прямо через усилитель. По этой причине, необходимо использовать только стабилизированный источник питания. Его диапазон напряжения 10-20 В и ток приблизительно 700 мА. Здесь используется N-канальный МОП — транзистор с обратным диодом для работы в ключевом и линейном режиме IRF610. В процессе изготовления усилителя было опробовано применение и других транзисторов: IRF510, IRF611 и IRF710, все тоже работали хорошо. Рекомендую не использовать IRF530 и IRF540 (обычно встречаются в источниках питания). Используемый LM317 — стабилизатор с регулируемым выходным напряжением позволяет очень точно настроить выходные параметры блока питания.

Схема принципиальная

   Так как этот усилитель будет находиться на рабочем столе в производственном офисе, он должен обязательно вписываться в рабочую обстановку. Повезло, что имелся вышедший из строя внешний CD-ROM, его дизайн подходил идеально. К тому же в его корпусе уже имелся выключатель, адаптер питания, розетка RCA и входы на задней панели, а также разъем для наушников на передней панели.

Корпус усилителя

   На фотографиях ниже показан уже второй по счёту усилитель, он собран на печатной плате очень высокого качества.

   Для его корпуса использую блок питания от старого ноутбука. Напряжение регулируется от 16 до 20 вольт при помощи стабилизатора LM317. Это позволяет избежать образования в блоке питания различных звуковых помех.

   Обычный  RCA разъем используется для входа и выхода звука.

   Для простого  усилителя дизайн и звук довольно хорошие, большего для моих глаз и ушей не нужно. Не задумываясь, отдам ему предпочтение в  сравнении с имеющимся универсальным заводским предварительным усилителем NAD-C162.


Понравилась схема — лайкни!

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ УНЧ

Смотреть ещё схемы усилителей

       УСИЛИТЕЛИ НА ЛАМПАХ          УСИЛИТЕЛИ НА ТРАНЗИСТОРАХ  

   

УСИЛИТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ          СТАТЬИ ОБ УСИЛИТЕЛЯХ   

    

ТОП СХЕМ на ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ которые НЕ СТОИТ ДЕЛАТЬ | Дмитрий Компанец

ТОП СХЕМ на ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ которые НЕ СТОИТ ДЕЛАТЬ

СХЕМЫ ОПАСНЫЕ ДЛЯ полевого ТРАНЗИСТОРА
Вы часто их видите на многих каналах и просто в сети Интернет.
Эти схемы показывают некоторые возможности и свойства полевых транзисторов не предупреждая о том, что беспечной отношение к транзисторам управляемым электрическим полем очень быстро выводит их из строя.

ТОП СХЕМ на ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ которые НЕ СТОИТ ДЕЛАТЬ

Затвор транзистора висящий в воздухе прекрасно реагирует на статику и электрические поля, но все это до поры до времени.
Схемы всевозможных сенсоров, усилителей, маячков и реле времени в которых затвор не соединен ни с одним элементом в цепи питания это разовые развлечения ничего общего с нормальными устройствами не имеющие.

Есть и еще одна незримая опасность даже для правильных схем имеющих полевые транзисторы в цепи — это использование блоков питания даже специализированных без заземления.

Но говорить о заземлении — это дудеть в пустоту — все о нем знают, но никто не использует.
Как итог — ваша замечательная схема при случайном или намеренном касании цепи затвора мгновенно вылетает и транзистор отправляется на свалку.

Я измерял потенциал на разных блоках питания и убедился что все они, будучи включенными в сеть на контактах имеют напряжение иногда превышающее 100 вольт.
И хотя токи этих случайных наводок и емкостных связей очень малы , полевому транзистору от этого не легче. Тончайший слой диэлектрика (оксидная пленка) мгновенно пробивается статикой и сетевыми наводками.

Будьте осторожны и Внимательны работая с Полевыми транзисторами!

#ВниманиеОпасныеСхемы

Эквивалент нагрузки на полевом транзисторе

Эквивалент нагрузки на полевом транзисторе

Эквивалент нагрузки стоимостью 72 рубля


Мощные полевые транзисторы применялись в качестве эквивалента нагрузки постоянного тока уже давно, со времен их появления в продаже. Достаточно набрать в строке поисковика что-то типа «нагрузка блока питания на полевых транзисторах», как каждая вторая ссылка укажет именно на такой способ выполнения нагрузки. Наиболее типичный способ исполнения приведен на рис.1.

Рис.1. Типичный способ построения эквивалента нагрузки

Где напряжению +Vstab соответствует стабилизированное напряжение от +7В до +10В, а проводники +V и –V подключаются, соблюдая полярность, непосредственно к клеммам источника питания, нуждающегося в нагрузке.

Конструируем

1) Рисуем структурную схему.

Так как мы предполагаем управлять сопротивлением канала полевого транзистора, которое зависит, в основном*, от величины потенциала на затворе относительно истока, то в структурную схему вводим регулируемый джамперами делитель опорного напряжения, которое получим на обыкновенном стабилитроне

Рис.2. Структурная схема эквивалента нагрузки.

*сопротивление канала MOSFET транзистора зависит также от напряжения сток-исток и от температуры кристалла.

2)      Выбор компонентов

·        Сначала выбираем полевой транзистор. Это удобно сделать по сводной таблице печатного издания платановского каталога (электронной копии на их сайте я что-то не обнаружил 🙁 ). Критерии поиска — помощнее, совместимый с логическими сигналами (есть буква L в обозначении) – для того, чтобы можно было проверять низковольтные БП (от 5 В), и, чтобы был дешевый. Выбора особого нет, из корпусов с отверстием под винт (ТО-220 или ТО-247) есть только IRLZ44(60В, 150Вт, 24 руб). Другие корпуса не рассматриваем, поскольку крепить их к теплоотводу заведомо труднее.

·       Для моделирования заодно скачиваем с платановского сайта Spice -модели транзисторов, нужный нам интегрируем в MicroCAP (предварительно переименовав расширение из spi в ckt)

·        Диодный мост – из мощных есть только MB501 (50А, 100 В, есть отверстие для крепления, корпус от теплоотвода изолирован)

·        Так как выбранный полевой транзистор полностью открывается при 4,75 В, то стабилитрон выбираем на  напряжение 5,1 В, ток стабилизации выбранного стабилитрона BZX55C5V1 от 0,5 мА до 80 мА.

3)      Расчеты.

Все расчеты сводятся к просчитыванию в программе MicroCAP тока канала транзистора VT1 при различных номиналах сопротивления R3. Пример такого расчета на ток 6 А (сопротивление канала ~ 8 Ом) приведен в скриншоте на рис.3: Модель лежит здесь.

Рис.3. Пример расчета тока транзистора VT1 при R3=1,2 кОм.

4)      Реализация.

Итоговый вариант схемы приведен на рис.4.

плюсы:

—         возможность монтировать все тепловыделяющие элементы на одном теплоотводе, без изолирующих прокладок;

—         наглядность задания номинала нагрузки;

—         нет регулирующего резистора, а, значит, и нет проблемы, как его расположить;

—         не требуется дополнительный источник питания;

—         работоспособность схемы на низких (до 5В) напряжениях.

—         низкая стоимость (стоимость радиоэлементов без теплоотвода — 72,5 руб по ценам Платана  2006 г)

минусы:

—         мощность не более 150 Вт;

—         неработоспособность схемы на напряжениях менее 2,5 В (без моста VD2) и более 55 В;

—         установленный номинал сопротивления  на эквиваленте при разогреве транзистора выше 100°С будет меньше действительного примерно  в два раза;

Рис.4.  Принципиальная схема.

Примечания:  джампер с названием «0,5 Ом» введен  для наглядности.

Наборное поле для джамперов – на основе штыревого разъема PLS-40, от которого откусывается нужное количество контактов

Расчет стоимости

позиц.обозн.

Тип

Кол-во

Цена

VT1

IRLZ44

1

24.00

VD1

BZX55C5V1

1

3.20

VD2

MB501

1

38.00

R1-R9

C1-4 0.25Вт

9

0.30

C1

К10-17Б

1

1.50

J1-J8

PLS-40

1

3.10

 

Итого

 

72.50

Резюме

Этот эквивалент функциональнее и дешевле стандартных балластов на основе резисторов ПЭВ.


(с) SM,  2007 г.

Сайт управляется системой uCoz

Мощный регулируемый блок питания 12 вольт 20 ампер на транзисторе КТ825 | РадиоДом

Купить мужские и женские унты с бесплатной доставкой по России

Схема блока питания представленная в статье имеет выходное напряжение от 0 до 12 вольт, которое можно регулировать плавно потенциометром R8. Позволяет подключить нагрузку до 20 ампер. Имеет надёжную защиту от короткого замыкания (КЗ).
Устройство работает так: когда включаем выключатель сетевое переменное напряжение 220 — 230 вольт сглаживается конденсатором С1 от высокочастотных помех, понижается в понижающем трансформаторе Т1 до напряжения 10-11 вольт.
Диоды VD1-VD4, включенные по мостовой схеме, выпрямляют переменное напряжение. Конденсаторы С2-С5, включенные параллельно диодам, подавляют помехи и шумы. Конденсаторы С6 и С7 образуют фильтр, который подавляет пульсации выпрямленного напряжения, при этом увеличивая его в 2 раза, т.е. получаем постоянное напряжение 14-15 вольт.
 


Токоограничивающий резистор R1 и светодиод зеленого цвета HL1 образуют индикатор включения устройства в сеть. Функцию регулирующего элемента выполняют транзисторы VT5-VT4, которые управляются потенциометром R8. Конденсатор C8 гасит паразитные импульсы контактов. На стабилитроне VD5 собран генератор образцового напряжения 12 вольт. Ток (10-20 мА), проходящий через него, также стабилизирован генератором тока на полевом транзисторе VT3. При перегрузке падение напряжения на датчике тока (резисторе R3) увеличивается, транзистор VT1 открывается. Светодиод красного цвета HL2 сигнализирует о включении защиты. Кроме того, напряжение по цепи через R6 поступает на базу транзистора VT2. В результате он открывается, что приводит к ограничению тока на установленном уровне. Ток перегрузки можно регулировать подстроенным резистором R5. Для повторения схемы требуются средние знания в радиоэлектронике. Прибор работает сразу при использовании исправных радиодеталей, налаживания не требует.
Радиокомпоненты блока питания отечественные и имеют зарубежные замены:
SA1 — выключатель на 220 вольт 10 ампер
C1 — 3300 х 1600 вольт
C2 — 0,1 мкФ
C3 — 0,1 мкФ
C4 — 0,1 мкФ
C5 — 0,1 мкФ
C6 — 0,1 мкФ
C7 — 4700 мкФ х 16 вольт
C8 — 10 мкФ х 16 вольт
C9 — 0,1 мкФ
C10 — 2200 мкФ х 16 вольт
R1 — 1 кОм
R2 — 1 кОм
R3 — 0,83 Ом
R4 — 100 Ом
R5 — 1 кОм — переменный
R6 — 51 кОм
R7 — 10 кОм
R8 — 10 кОм — переменный
VD1 — КД213А
VD2 — КД213А
VD3 — КД213А
VD4 — КД213А
VD5 — КС212
HL1 — АЛ307
HL2 — АЛ307
VT1 — КТ3107
VT2 — КТ3102
VT3 — КП303В
VT4 — КТ3102
VT5 — КТ825


Схемы переключения высоковольтных МОП-транзисторов


Рис. 1 Схема переключения N-канального оптоизолированного МОП-транзистора с использованием IRF630

от Lewis Loflin

См. видеоролик Учебное пособие по высоковольтным MOSFET-переключателям

На этой странице обсуждаются и рассматриваются схемы переключения силовых транзисторов MOSFET. Акцент делается на коммутационные цепи более высокого напряжения. Я буду использовать силовые МОП-транзисторы IRF630 и IRF9630. Также подчеркну оптронную изоляцию силовых цепей от микроконтроллера.

Обновление

, декабрь 2019 г. Многие микроконтроллеры сегодня используют 3,3-вольтовое напряжение Vcc. Это также относится к Raspberry Pi. Я нашел два МОП-транзистора, которые работают на 3,3 вольта.

IRFZ44N представляет собой N-канальное устройство с номинальным напряжением 55 В и сопротивлением RDS(on) не более 0,032 Ом. Другое устройство представляет собой P-канальное устройство с номинальным напряжением 55 В и сопротивлением RDS (вкл.) не более 0,02 Ом.

См. следующие спецификации:

См. также Test Power MOSFET Transistors, Results, Observations

На рис. 1 используется N-канальный IRF630 с оптроном типа 4N25.Сначала обратите внимание на резистор 5,2 кОм и 12-вольтовый стабилитрон. Это обеспечивает 12 вольт для включения Q1, когда транзистор 4N25 включен.

Напряжение затвор-исток Q1 ограничено 20 вольтами, а напряжение пробоя коллектора транзистора 4N25 ограничено примерно 30 вольтами. Это безопасно обеспечивает 12 вольт для включения Q1. Имейте в виду, что полевой МОП-транзистор Q1 является устройством, работающим от напряжения, и он будет накапливать заряд из-за емкости затвор-исток.

Для выключения транзистора Q1 должен присутствовать резистор 15K затвора.

При подаче +5В на вход оптопары внутренний светодиод включает выходной транзистор. Это переключает +12 вольт на затвор Q1, открывая Q1, создавая путь тока для идентификаторов.

При включении оптопары резистора затвора 15K выключается Q1.


Рис. 2 Схема переключения P-канального оптоизолированного МОП-транзистора с использованием IRF9630

На рис. 2 показано, как использовать P-канальный МОП-транзистор IRF9630 для переключения положительной стороны источника питания на лампочки, действующие в качестве нагрузки.

Входная оптопара и Q1 работают так же, как на рис. 1. Хотя здесь показано подключение к отдельному источнику питания 12 В, можно использовать ту же комбинацию резистор-стабилитрон, что и на рис. 1.

Я использую полевой МОП-транзистор IRF630 в качестве транзистора Q1 из-за высокого напряжения в цепи делителя напряжения на стабилитроне. Когда Q1 переключается, ток не течет и у нас нет падения напряжения на стабилитроне — Q2 выключается.

Когда Q1 включен, ток Ik создает разницу в 12 вольт на стабилитроне, таким образом, затвор-исток Q2, открывая Q2.Диод Зенера ограничивает Vgs на Q2 до уровня ниже 20 вольт.

Пока у нас есть Ik Q2 включится. Когда Q1 выключен, Ik выключен. Резистор на 15 кОм на стабилитроне разряжает затвор Q2, закрывая Q2.

Новый апрель 2018:

Дополнительные схемы и теория CCS

Видео на You Tube

Прочие цепи

Домашняя страница Hobby Electronics и домашняя страница веб-мастера (вне сайта)

 

(PDF) Проект импульсного источника питания на основе MOSFET для электропорации

Ссылки

[1] E.Нойманн, А.Э. Сауэрс и К.А. Джордан, Электропорация и электрослияние в клеточной биологии.

Plenum Press, New York, 1989.

[2] U. Zimmermann, Electric Breakdown, Electropermeabilization and Electrofusion, Rev.

Physiol. Биохим. Фармакол. Том. 105, стр. 176-250, 1986.

[3]. А. Барнетт и Дж. К. Уивер, «Электропорация: единая количественная теория обратимого

электрического пробоя и механического разрыва искусственных плоских двухслойных мембран»,

Биоэлектрохимия и биоэнергетика, 25 (1991), с.163-182.

[4] Дж. К. Уивер, Ю. А. Чизмаджев, «Теория электропорации: обзор»,

Биоэлектрохимия и биоэнергетика, Vol. 41, 1996, стр. 135-160.

[5] Т.Ф. Ву, С.Ю. Ценг, Д.К. Су, Ю.М. Чен и Ю.К. Чен, «Применение полномостового преобразователя

с плавным переключением и вращательного электрического поля для трансдермальной доставки лекарств», Девятнадцатая

Ежегодная конференция и выставка IEEE по прикладной силовой электронике, Vol. 2, 2004, стр. 919-

925.

[6] У. Циммерманн, «Электрический пробой, электропермеабилизация и электроплавка», Rev.

Physicol. Биохим. Фармакол. Том. 105, pp. 75-256, 1986.

[7] T. Grahl и H. Markl, «Убийство микроорганизмов импульсными электрическими полями», Appl. микробио.

Biotechnol., 45, pp. 148-157, 1996.

[8] К.Х. Шенбах, С. Кацуки, Р. Старк, Э.С. Бюшер и С.Дж. Beebe, «Bioelectrics-New

Applications for Pulsed Power Technology», IEEE Trans.Плазменная наука, том. 30, нет. 1, февраль

2002, стр. 293-300.

[9] С.Б. Дев, Д.П. Рабуссе, Г. Видера и Г.А. Хоффманн, «Медицинское применение электропорации

», IEEE Trans. Плазменная наука, том. 28, нет. 1, февраль 2000 г., стр. 206-223.

[10] KH Schoenbach, SJ Beebe, and E.S. Buescher, «Внутриклеточный эффект ультракоротких электрических импульсов

», Bioelectromagines, vol. 22, 2001, стр. 440–448.

[11] Дж. Денг, Р. Х. Старк и К.H. Schoenbach, «Генератор наносекундных импульсов для внутриклеточных

электроманипуляций», Conf. Рекорд, 2000 г. Двадцать четвертый стажер. Модулятор мощности

Симпозиум

, июнь 2000 г., Норфолк, Вирджиния, стр. 47.

[12] SJ Beebe, PM Fox, LJ Rec, K. Somers, RH Stark и KH Schoenbach, «Наносекундное

импульсное электрическое поле (nsPEF) влияет на клетки и ткани: индукция апоптоза и ингибирование роста опухоли

, IEEE Trans. Плазменная наука, том. 30 февраля.2002, стр. 286–292.

[13] С.Б. Дев, Д.П. Рабуссе, Г. Видера и Г.А. Хоффманн, «Медицинское применение электропорации

», IEEE Trans. Плазменная наука, Vol. 28, № 1, февраль 2000 г., стр. 206-223.

[14] М. Беренд, А. Кути, П.Т. Вернье, Л. Марку, К. Крафт и М. Гундерсен, «Микропульсер для

микроскопии электровозмущений клеток в реальном времени», Международная конференция Power Modulator

, Голливуд, Калифорния, 2002 г.

%PDF-1.6 % 281 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 281 93 0000000016 00000 н 0000003654 00000 н 0000003790 00000 н 0000003952 00000 н 0000004013 00000 н 0000004152 00000 н 0000004278 00000 н 0000004314 00000 н 0000004391 00000 н 0000007509 00000 н 0000007665 00000 н 0000008078 00000 н 0000008239 00000 н 0000008394 00000 н 0000011064 00000 н 0000011134 00000 н 0000011209 00000 н 0000011284 00000 н 0000011337 00000 н 0000011503 00000 н 0000011609 00000 н 0000011759 00000 н 0000011953 00000 н 0000012152 00000 н 0000012289 00000 н 0000012487 00000 н 0000012667 00000 н 0000012823 00000 н 0000012915 00000 н 0000012967 00000 н 0000013112 00000 н 0000013164 00000 н 0000013332 00000 н 0000013384 00000 н 0000013512 00000 н 0000013641 00000 н 0000013830 00000 н 0000013999 00000 н 0000014169 00000 н 0000014306 00000 н 0000014519 00000 н 0000014643 00000 н 0000014816 00000 н 0000014932 00000 н 0000015049 00000 н 0000015229 00000 н 0000015404 00000 н 0000015569 00000 н 0000015702 00000 н 0000015864 00000 н 0000016031 00000 н 0000016140 00000 н 0000016278 00000 н 0000016457 00000 н 0000016606 00000 н 0000016743 00000 н 0000016908 00000 н 0000017041 00000 н 0000017197 00000 н 0000017377 00000 н 0000017500 00000 н 0000017613 00000 н 0000017772 00000 н 0000017899 00000 н 0000018029 00000 н 0000018205 00000 н 0000018360 00000 н 0000018512 00000 н 0000018663 00000 н 0000018802 00000 н 0000018965 00000 н 0000019114 00000 н 0000019260 00000 н 0000019395 00000 н 0000019562 00000 н 0000019709 00000 н 0000019877 00000 н 0000020047 00000 н 0000020161 00000 н 0000020311 00000 н 0000020407 00000 н 0000020571 00000 н 0000020688 00000 н 0000020819 00000 н 0000020982 00000 н 0000021130 00000 н 0000021273 00000 н 0000021423 00000 н 0000021561 00000 н 0000021710 00000 н 0000021845 00000 н 0000021966 00000 н 0000002203 00000 н трейлер ]>> startxref 0 %%EOF 373 0 объект>поток F;l >TI FzrDDG qI»;rEѨ6-!LW{z,%ƺ(piI=Gr

Регулятор постоянного тока 5 вольт без трансформатора с использованием MOSFET

Если вы ищете регулятор постоянного тока 5 вольт без трансформатора.Эта схема может помочь вам. Он подходит для цифровой схемы , использующей низкий ток. Используйте MOSFET на основе .

Преимущество этой схемы в том, что она маленькая и легкая. Идеально подходит для схем, в которых недостаточно места для трансформаторов .

Внимание! Эта цепь, Регулятор постоянного тока Без трансформатора, не подходит для соединения с другими внешними цепями. Потому что у него нет разделительного трансформатора.Эта схема требует работы в одиночку. В пластиковой коробке или в хорошей электрической изоляции. Высокое напряжение внутри может вас убить!

Как работает бестрансформаторный источник питания 5 В

Диоды D1–D4 используются для преобразования линии питания переменного тока в импульсное постоянное напряжение. Пиковое напряжение составляет около 310 вольт. Затем он поступает на сток MOSFET-T1 через токоограничивающий резистор-R9.

Схема контроллера приводит к тому, что полевой МОП-транзистор работает только кратковременно, до и после отключения линии переменного тока при нулевом напряжении.

Теперь импульсное напряжение постоянного тока ниже 5 вольт .

В это же время разрядятся конденсаторы фильтра тока-C2. Кроме того, он обеспечивает выходной ток. Таким образом, конденсатор-С2 должен иметь высокую емкость около 10000 мкФ. Максимальный ток импульса постоянного тока составляет 4А.

Стабильность выходного напряжения зависит от нагрузки. Максимальный выходной ток может составлять 110 мА.

Блок питания контроллера включает в себя резистор-R2, конденсатор-C1 и диоды-D5 и D6.

В секции контроллера находится схема оконного компаратора, состоящая из трех операционных усилителей. Который нам нужно правильно настроить.

Перед вводом переменного тока на вход схемы. Вы должны настроить P1 на середину. Затем поверните P2, чтобы низко приблизиться к земле.

После этого подайте на цепь переменное напряжение. Затем проверьте рабочее напряжение цепи. Использование вольтметра постоянного тока для измерения выходного напряжения.

Затем отрегулируйте P2, пока стрелка измерителя не начнет слегка извиваться.Затем отрегулируйте P1, пока показания счетчика не станут от 4,8 до 5 вольт .

T1 и R9 выделяют всего около 3 Вт тепла. Поэтому его можно устанавливать в труднодоступных местах.
Но вы должны быть осторожны при создании и использовании схемы. Он имеет высокое напряжение, чтобы появиться в цепи.

Примечание:
IC1, IC2, IC3: CA3130 OP-AMP
D1 … D5: 1N4007, 1000V 1A D5: 1N4007, 1000V 1A Диоды
Панауты MOSFET BUZ74

‘Продолжайте чтение: Transferensless AC в цепи источника питания постоянного тока »

ПОЛУЧИТЬ ОБНОВЛЕНИЕ ПО ЭЛЕКТРОННОЙ ПОЧТЕ

Я всегда стараюсь, чтобы электроника Обучение было легким .

Руководство по проектированию схем для преобразователей постоянного тока в постоянный (1/10)

Что такое преобразователь постоянного тока в постоянный?

В этом руководстве приведены советы по проектированию схем преобразователей постоянного тока в постоянный. Как проектировать схемы преобразователя постоянного тока в постоянный, которые удовлетворяют требуемым спецификациям при различных ограничениях, описывается с использованием как можно большего количества конкретных примеров.

Свойства цепей преобразователя постоянного тока (такие как эффективность, пульсации и переходная характеристика нагрузки) могут быть изменены с помощью их внешних частей.Оптимальные внешние детали обычно зависят от условий эксплуатации (входные/выходные характеристики). Цепь источника питания часто используется как часть цепей коммерчески доступных продуктов и должна быть спроектирована таким образом, чтобы она удовлетворяла ограничениям, таким как размер и стоимость, а также требуемым электрическим характеристикам. Обычно стандартные схемы, перечисленные в каталогах, были разработаны путем выбора таких деталей, которые могут обеспечить приемлемые свойства в стандартных условиях эксплуатации.Эти детали не обязательно оптимальны для конкретных условий эксплуатации. Поэтому при разработке отдельных продуктов стандартные схемы должны быть изменены в соответствии с требованиями их индивидуальных спецификаций (такими как эффективность, стоимость, монтажное пространство и т. д.). Разработка схемы, удовлетворяющей требованиям спецификации, обычно требует большого опыта и знаний. В этом руководстве с использованием конкретных данных описывается, какие детали и как их менять для выполнения требуемых операций без специальных знаний и опыта.Вы сможете быстро и успешно управлять своими схемами преобразователя без выполнения сложных расчетов схемы. Вы можете проверить свой проект либо самостоятельно, путем тщательных расчетов позже, либо пригласив для проверки специалистов, обладающих знаниями и опытом, если вы чувствуете себя неуверенно.

Типы и характеристики DC/DC преобразователей

Преобразователи постоянного тока

доступны в двух типах цепей:

  1. Неизолированные типы:
    • Базовый (одна катушка) тип
    • Муфта емкостная (двухвитковая) типа ―― SEPIC, Zeta и др.
    • Подкачивающий насос (переключаемый конденсатор/без катушки), тип
  2. Изолированные типы:
    • Типы трансформаторной муфты―― Прямой трансформатор типа
    • Типы трансформаторной связи―― Трансформатор обратного хода типа

Характеристики отдельных типов приведены в таблице 1.

Таблица 1. Характеристики цепей преобразователя постоянного тока в постоянный
Тип цепи №деталей
(Место установки)
Стоимость Выходная мощность Пульсация
Неизолированный Базовый Маленький Низкий Высокий Маленький
СЕПИК, Зета Средний Средний Средний Средний
Загрузочный насос Маленький Средний Маленький Средний
Изолированный Передний преобразователь Большой Высокий Высокий Средний
Обратноходовой трансформатор Средний Средний Средний Высокий

В схеме базового типа операция ограничена либо повышением, либо понижением, чтобы свести к минимуму количество частей, а входная и выходная стороны не изолированы.На рис. 1 показана повышающая схема, а на рис. 2 — понижающая. Эти схемы обеспечивают такие преимущества, как небольшой размер, низкая стоимость и небольшие пульсации, и спрос на них увеличивается в соответствии с потребностями в уменьшении размеров оборудования.

Рисунок 1: Повышающая схема

Рисунок 2: Понижающая схема

В SEPIC и Zeta между V IN и V OUT повышающей и понижающей цепей основного типа вставляется конденсатор и добавляется одна катушка.Они могут быть сконфигурированы как повышающие или понижающие DC/DC преобразователи с использованием повышающей ИС контроллера DC/DC и понижающей ИС контроллера DC/DC соответственно. Однако, поскольку некоторые ИС контроллера постоянного/постоянного тока не предназначены для использования с этими типами схем, убедитесь, что ваши ИС контроллера постоянного/постоянного тока могут использоваться с этими типами схем. Преимущество конденсаторной связи с двумя катушками заключается в обеспечении изоляции между V IN и V OUT . Однако увеличенные катушки и конденсаторы снизят КПД.В частности, во время понижения эффективность существенно снижается, обычно примерно до 70-80%.

Тип подкачивающего насоса не требует катушки, что позволяет минимизировать монтажную площадь и высоту. С другой стороны, этот тип не обеспечивает высокой эффективности для приложений, которым требуется широкий спектр выходной мощности или большие токи, и ограничивается приложениями для управления белыми светодиодами или для питания ЖК-дисплеев.

Цепь изолированного типа также известна как первичный источник питания (основной источник питания).Этот тип широко используется для преобразователей переменного тока в постоянный, которые генерируют мощность постоянного тока, в основном, от имеющегося в продаже источника переменного тока (от 100 до 240 В), или для приложений, требующих изоляции между входной и выходной сторонами для устранения шумов. В этом типе сторона входа и сторона выхода разделены с помощью трансформатора, а повышение, понижение или обратное действие можно контролировать, изменяя коэффициент трансформации трансформатора и полярность диода. Таким образом, вы можете вывести много блоков питания из одной цепи питания.При использовании обратноходового трансформатора схема может состоять из относительно небольшого количества частей и может использоваться в качестве схемы вторичного источника питания (местного источника питания). Однако для обратноходового трансформатора требуется пустота, чтобы предотвратить магнитное насыщение сердечника, что увеличивает его размеры. Если используется прямой трансформатор, можно легко получить большой источник питания. Эта схема, однако, требует схемы сброса на первичной стороне, чтобы предотвратить намагничивание сердечника, что увеличивает количество деталей.Кроме того, входная и выходная стороны микросхемы контроллера должны быть заземлены отдельно.

Основные принципы работы DC/DC преобразователей

Принципы работы повышающих и понижающих преобразователей постоянного тока будут описаны с использованием самого основного типа. Цепи других типов или цепи с катушками можно рассматривать как состоящие из комбинации повышающей и понижающей цепей или их прикладных цепей.

Рисунок 3 и Рисунок 4 иллюстрируют работу повышающей схемы.На рис. 3 показан ток, протекающий при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который снижает эффективность во время малой нагрузки. Электрическая энергия накапливается в L, пока полевой транзистор включен. На рис. 4 показан ток, протекающий при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее значение тока, а левый край катушки принудительно фиксируется на V IN , чтобы подавать мощность для увеличения напряжения до V OUT для работы в режиме повышения.Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. Однако, если полевой транзистор включается слишком долго, время подачи мощности на выходную сторону становится слишком коротким, а потери в это время увеличиваются, ухудшая эффективность преобразования. Следовательно, максимальное значение нагрузки (отношение времени включения/выключения) обычно определяется таким образом, чтобы поддерживать соответствующее значение.

При пошаговом режиме потоки тока, показанные на Рисунке 3 и Рисунке 4, повторяются:

Рис. 3. Протекание тока при включении полевого транзистора в повышающей цепи

Рис. 4. Протекание тока при отключении полевого транзистора в повышающей цепи

Рис. 5 и Рис. 6 иллюстрируют работу понижающей схемы.На рис. 5 показан ток, протекающий при включении полевого транзистора. Пунктирная линия показывает небольшой ток утечки, который ухудшит эффективность в условиях малой нагрузки. Электрическая энергия накапливается в L, пока полевой транзистор включен, и подается на выходную сторону. На рис. 6 показан ток, протекающий при выключенном полевом транзисторе. Когда полевой транзистор выключен, L пытается сохранить последнее значение тока и включает SBD. В это время напряжение на левом краю катушки принудительно падает ниже 0 В, уменьшая напряжение на V OUT .Следовательно, если полевой транзистор включен дольше, в L накапливается гораздо больший электрический ток, что позволяет получить большую мощность. В понижающей схеме, когда полевой транзистор включен, питание может подаваться на выход, и нет необходимости определять максимальную продолжительность включения. Следовательно, если входное напряжение ниже выходного, полевой транзистор остается включенным. Однако, поскольку операция повышения отключена, выходное напряжение также снижается до уровня входного напряжения или ниже.

При работе в режиме понижения потоки тока, показанные на Рисунке 5 и Рисунке 6, повторяются:

Рисунок 5: Протекание тока при включении полевого транзистора в понижающей цепи

Рис. 6. Протекание тока при отключении полевого транзистора в понижающей цепи

4 критических момента при проектировании схем преобразователя постоянного тока в постоянный

Среди технических требований к схемам преобразователя постоянного тока критически важными считаются следующие:

  1. Стабильная работа (не должна прерываться из-за сбоев в работе, таких как ненормальное переключение, перегорание или перенапряжение)
  2. Высокая эффективность
  3. Малая пульсация на выходе
  4. Хорошая переходная характеристика нагрузки

Эти свойства можно до некоторой степени улучшить, заменив микросхему преобразователя постоянного тока и внешние детали.Веса этих четырех свойств различаются в зависимости от конкретного приложения. Далее рассмотрим, как выбрать отдельные детали для улучшения этих свойств.

Следующая страница

Выбор частоты коммутации DC/DC преобразователя

MOSFET-переключателей: основы и применение в силовых преобразователях | Статья

Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылается один раз в месяц

Мы ценим вашу конфиденциальность

Как работает МОП-транзистор

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) — это электронное устройство, подпадающее под категорию полевых транзисторов (FET).Эти устройства действуют как источники тока, управляемые напряжением, и в основном используются в качестве переключателей или для усиления электрических сигналов. МОП-транзистор управляется путем подачи определенных условий напряжения на затвор. Когда МОП-транзистор включен, ток течет от стока к истоку МОП-транзистора через канал, созданный в объеме (также называемом корпусом). В большинстве случаев большая часть полевого МОП-транзистора подключена к источнику, поэтому полевые МОП-транзисторы обычно называют 3-контактными устройствами.

Рисунок 1: МОП-транзистор

P-Channel MOSFET против.N-канальные МОП-транзисторы

МОП-транзисторы

представляют собой устройства на основе полупроводников и в основном изготавливаются из кремния P-типа или N-типа. Разница между этими двумя типами кремния заключается в заряде, сохраняемом ионами легирующей примеси, которые представляют собой заряженные частицы, которые вводятся в кремний для создания нестабильности заряда, что делает элемент полезным для электронных целей. Если область кремния была легирована ионами с пятью валентными электронами (группа 5 в периодической таблице), то в полупроводнике освобождается дополнительный электрон, поэтому заряд будет в целом отрицательным (N-тип).Поскольку они вносят электрон, эти примеси в кремнии называются донорными примесями. С другой стороны, у элементов с тремя электронами в валентной зоне будет отсутствовать электрон, что эквивалентно вложению дырки, а это означает, что общий заряд будет положительным (P-тип). Эти примеси также называют акцепторными примесями. На рис. 2 показаны различия между примесями для полупроводников P-типа и N-типа и влияние, которое они оказывают на структуру кремния.

Рисунок 2: Легирующие присадки – донор по сравнению с донором.Акцепторные примеси

Простейшая структура полевого МОП-транзистора состоит из подложки, которая может быть P-типа или N-типа, и двух областей кремния противоположной полярности по отношению к объему, которые образуют сток и исток (см. рис. 3). МОП-транзисторы могут иметь подложку P-типа и области стока и истока N-типа, а это означает, что для того, чтобы ток протекал от стока к истоку, канал также должен быть N-типа. Они называются N-канальными МОП-транзисторами или NMOS-транзисторами.И наоборот, если подложка N-типа, канал будет P-типа, поэтому MOSFET называется P-канальным MOSFET или PMOS-транзистором.

Рисунок 3: Структура полевого МОП-транзистора

Полевые МОП-транзисторы с расширением и истощением

МОП-транзисторы получили свое название от структуры, через которую они контролируются. Штифт затвора соединен с проводящим электродом, который отделен от подложки слоем оксида кремния или другого диэлектрического материала. Поэтому при подаче напряжения на затвор создается электрическое поле от металлического затвора через оксид к кремниевой подложке (металл-оксид-полупроводник).Это электрическое поле воздействует на свободные носители заряда в полупроводнике подложки (например, дырки или электроны) и притягивает их близко к затвору, образуя канал, или отталкивает их, разрушая канал.

Когда электрическое поле прикладывается к полупроводнику, оно воздействует на свободные носители заряда устройства. Свободные электроны, равномерно распределенные по полупроводнику, притягиваются к точке входа электрического поля (в случае MOSFET с положительным напряжением затвора это электрод затвора), тогда как дырки будут увлекаться в направлении электрического поля. поле, противоположное электронам (см. рис. 4).Это называется дрейфом носителей и логически изменяет распределение концентрации заряда внутри полупроводника.

Рисунок 4: Дрейф несущей в полупроводниках

Основная цель полевого МОП-транзистора состоит в том, чтобы управлять созданием канала между стоком и истоком, что достигается за счет концентрации нужных носителей в области, ближайшей к затвору, чтобы создать или разрушить канал. Таким образом, полевые МОП-транзисторы можно разделить на две основные группы: полевые МОП-транзисторы с истощением и полевые МОП-транзисторы с улучшением.

Depletion MOSFET поставляются с предварительно сгенерированным каналом (см. рис. 5). Когда на затвор подается напряжение, электрическое поле выталкивает носители в канал, тем самым опустошая его. Следовательно, полевые МОП-транзисторы с истощением можно приравнять к нормально замкнутому переключателю.

В улучшенных полевых МОП-транзисторах канал появляется только при подаче напряжения на затвор, притягивая заряды и расширяя область канала. Этот тип МОП-транзистора, который можно рассматривать как нормально разомкнутый ключ, чаще всего используется в электронных приложениях, потому что при потере питания ключ отключается, и ток в цепи прекращается, что позволяет избежать неконтролируемой работы и повышает безопасность цепи.Остальная часть этой статьи будет относиться только к усовершенствованным N-канальным МОП-транзисторам.

Рисунок 5: MOSFET в режиме обеднения

Рисунок 6: Режим расширения MOSFET

Области работы MOSFET

Из того, что было объяснено до сих пор, становится ясно, что одним из наиболее важных аспектов работы полевого МОП-транзистора является потенциальное напряжение, прикладываемое к затвору. Фактически работа MOSFET определяется потенциалом напряжения между затвором MOSFET и его истоком (V GS ).На рис. 7 показано, как V GS влияет на протекание тока через МОП-транзистор. В улучшенном N-канальном МОП-транзисторе, когда между затвором и истоком отсутствует потенциальное напряжение, канал не существует. Эта рабочая область называется областью отсечки; когда транзистор находится в этой рабочей области, ток от стока к истоку не течет, что означает, что МОП-транзистор ведет себя как открытый ключ.

По мере увеличения напряжения затвора начинает формироваться канал, но он не обеспечивает проводимость между стоком и истоком до определенного уровня напряжения, называемого пороговым напряжением.Как только порог достигнут, ток начинает течь через МОП-транзистор. Эту область, называемую областью насыщения, можно сравнить с источником тока, управляемым напряжением. По мере увеличения напряжения на затворе увеличивается и ток, протекающий через ключ. Эта область в основном используется для усиления сигнала, поскольку небольшие изменения напряжения на затворе приводят к большим изменениям выходного тока (см. рис. 7). Затем этот ток можно использовать для изменения напряжения на резисторе, который является основой усилителей с общим истоком.

Рисунок 7: Ток стока в зависимости от напряжения затвора

По мере увеличения напряжения затвора растет и канал. В области насыщения канал еще не полностью соединяет области стока и истока, поэтому напряжение между истоком и стоком не оказывает большого влияния на работу. Однако, как только канал достаточно усилен, чтобы соединить сток и исток (это называется напряжением отсечки, которое является верхним пределом области насыщения), канал MOSFET полностью усилен, и транзистор ведет себя как полностью замкнутый переключатель.

С этого момента полевой МОП-транзистор можно рассматривать как сопротивление из-за потери напряжения между стоком и истоком (R DS(ON) ). В этой новой рабочей области, называемой омической или линейной областью, наблюдается увеличение тока через МОП-транзистор, которое линейно пропорционально напряжению, приложенному между стоком и истоком МОП-транзистора, хотя оно ограничено напряжением затвор-исток ( см. рисунок 8).

Рисунок 8: Ток стока в зависимости от напряжения сток-исток

Рисунок 8 также дает представление о том, какие рабочие области полезны для различных приложений.Как упоминалось ранее, область насыщения лучше всего подходит для усиления, поскольку для тех же V DS небольшое изменение напряжения на затворе вызывает гораздо большее изменение тока. Однако, поскольку мощность, потребляемая МОП-транзистором, определяется произведением тока и напряжения на МОП-транзисторе (V DS ), область насыщения также является наихудшей с точки зрения энергоэффективности, поскольку она имеет заметный ток и сток-исток. Напряжение.

Поэтому, когда МОП-транзистор используется в коммутационных устройствах, необходимо убедиться, что МОП-транзистор работает только как полностью открытый или полностью закрытый переключатель, чтобы уменьшить потери мощности.Другими словами, он должен работать только в области отсечки или линейных областей и максимально избегать насыщения.

Паразитные компоненты в силовых МОП-транзисторах

Как и в случае любого электронного устройства, важно учитывать паразитные элементы, которые оно включает, то есть компоненты, которые непреднамеренно создаются структурой устройства. В этой статье уже подробно рассказывалось об одном из них, о сопротивлении, но есть и другие компоненты, встроенные в структуру MOSFET (см. рис. 9 и рис. 10).

Другими основными пассивными компонентами полевых МОП-транзисторов являются различные конденсаторы, встроенные в структуру транзистора. Существует много паразитных конденсаторов, но в первую очередь следует учитывать конденсаторы, образованные между затвором и стоком, а также между затвором и истоком. Эти конденсаторы ограничивают максимальную частоту коммутации, на которой может работать устройство.

В дополнение к этим пассивным элементам БЯТ создается переходами N+-P-N-, образованными областями источника, тела и дрейфа.Этот транзистор имеет решающее значение для безопасной работы MOSFET. Если он случайно включен, полевой МОП-транзистор переходит в состояние «фиксации», что значительно снижает максимальное напряжение блокировки. Если это напряжение превышено, BJT вызывает лавинный пробой устройства, который может разрушить устройство, если ток не ограничен. Поэтому биполярный транзистор всегда нужно выключать, делая напряжение на базе (корпусе) максимально близким к напряжению на эмиттере (истоке). Вот почему исток и корпус почти всегда имеют короткое замыкание в силовых полевых МОП-транзисторах.Однако за счет замыкания истока и основной области создается диод, известный как внутренний диод. Этот диод не так проблематичен, как BJT, и даже может быть полезен в некоторых приложениях.

Рисунок 9: Паразитные компоненты силового полевого МОП-транзистора

Рисунок 10: Паразитные конденсаторы

Мощные МОП-транзисторы

Одной из целей при разработке полевого МОП-транзистора для силовых приложений является обеспечение того, чтобы он мог работать при высоких напряжениях, а это означает, что он может блокировать потенциалы высокого напряжения, когда это необходимо, без поломки.Это достигается за счет диодного эффекта, возникающего между N-Si стока и P-Si объема. При смещении PN-переход сток-объем действует как диод с обратным смещением, создавая область пространственного заряда (SCR) и блокируя напряжение. Чем выше смещение напряжения, тем больше область пространственного заряда, необходимая для блокирования напряжения. Если напряжение достаточно высокое, SCR может пересечь пространство между стоком и истоком, что обеспечит проводимость через MOSFET. Это называется обратным разрушением.Таким образом, казалось бы, ключом к работе при высоких напряжениях является наличие очень длинного канала MOSFET. Однако есть две причины, по которым изготовление более длинных транзисторов нецелесообразно:

  • Эффективность: более длинный канал означает более высокое значение R DS(ON) , что, в свою очередь, приводит к более высоким потерям проводимости.
  • Размер
  • : Более длинные каналы занимают больше места, что снижает возможности интеграции полевого МОП-транзистора.

По этой причине силовые МОП-транзисторы не имеют традиционной структуры МОП-транзисторов, к которой мы привыкли (см. рис. 5).Вместо этого силовые МОП-транзисторы имеют вертикальную структуру с истоком и затвором на верхней пластине и стоком на нижней (см. рис. 11).

Поскольку глубина транзистора не является проблематичным производственным параметром, область обеднения может быть сколь угодно длинной, с проблемой только увеличения потерь проводимости. При подключении стока полевого МОП-транзистора ко всей металлической задней панели также намного проще подключить эти полевые МОП-транзисторы параллельно, чтобы увеличить допустимый ток.

Рисунок 11: Вертикальная структура MOSFET

Как упоминалось ранее, основные потери энергии в МОП-транзисторах связаны либо с переключением, либо с проводимостью.Потери при переключении можно свести к минимуму, используя быстропереключающиеся транзисторы и применяя мягкое переключение, но снижение кондуктивных помех почти полностью зависит от конструкции полевого МОП-транзистора, особенно от сопротивления во включенном состоянии, или R DS(ON) .

Значение сопротивления во включенном состоянии зависит от длины канала и концентрации носителей в полупроводнике. Конечно, более высокие напряжения создают более сильное электрическое поле и, следовательно, большую область обеднения (см. рис. 12).Так как область истощения не должна пересекать весь канал, глубину необходимо делать очень большой. Однако увеличение длины полупроводника оказывает существенное негативное влияние на открытое сопротивление, поэтому были разработаны сквозные полупроводники.

В полупроводниковом устройстве этого типа область N в стоке разделена на две части с различной плотностью легирования: область N+ с очень высокой плотностью легирования и область с низкой плотностью. Эта область с низкой плотностью называется дрейфовым слоем.Из-за градиента легирования между этими двумя областями электрическое поле, создаваемое обратным смещением, больше не имеет треугольной формы. Вместо этого он может «пробивать» границу области дрейфа, приобретая прямоугольную форму (см. рис. 13). Это позволяет использовать более высокие максимальные напряжения блокировки без увеличения длины канала.

Однако низкая концентрация легирующей примеси в дрейфовом слое оказывает негативное влияние на проводимость полупроводника в этой области, ограничивая влияние на сопротивление во включенном состоянии.

Рисунок 12:

без перфорации

Рисунок 13: Сквозной

Зона безопасной эксплуатации полевого МОП-транзистора (SOA)

Как и все устройства, полевые МОП-транзисторы имеют ограничения на рабочие условия, в которых они могут работать. Эти ограничивающие условия в основном связаны с максимальными комбинациями напряжения и тока, с которыми они могут работать до выхода из строя. Чтобы лучше показать эти ограничения, большинство спецификаций полевых МОП-транзисторов содержат график безопасной рабочей зоны (SOA) (см. рис. 14).

Рисунок 14: МОП-транзистор SOA

Верхний предел безопасной рабочей зоны определяется максимальным током, который может протекать через устройство.Это ограничивается R DS(ON) устройства, поскольку ток, протекающий через канал MOSFET (и, следовательно, резистор), выделяет тепло, что может привести к выходу устройства из строя.

Вертикальный правый предел SOA задается максимальным напряжением, которое MOSFET может блокировать без разрушения и обеспечения проводимости. Это определяется структурой полевого МОП-транзистора, длиной канала и материалом, использованным при его изготовлении, как объяснялось в предыдущем разделе этой статьи.

Диагональный предел в правом верхнем углу SOA представляет способность полевого МОП-транзистора поддерживать работу в области насыщения. Из-за сочетания тока и напряжения в переключателе, которое происходит в основном при насыщении, говорят, что полевой МОП-транзистор потребляет мощность, которая затем должна рассеиваться в виде тепла. Если произведение тока и напряжения на МОП-транзисторе слишком велико, чрезмерное тепло может разрушить устройство.

Предел рассеиваемой мощности представлен несколькими линиями в правом верхнем углу SOA.Эти линии показывают, как предел рассеяния MOSFET изменяется в зависимости от процента времени, в течение которого транзистор находится в состоянии насыщения.

Если МОП-транзистор находится в постоянном токе, то на МОП-транзисторе есть постоянный ток и напряжение, и, следовательно, постоянный нагрев устройства, что сильно ограничивает его способность рассеивать всю генерируемую энергию. Однако, если MOSFET включается и выключается, то устройство нагревается лишь часть времени и может выдерживать более высокие токи и напряжения.Чем короче время, в течение которого он остается включенным, тем выше могут быть напряжение и ток, ограниченные только максимальным током и напряжением.

Заключение

МОП-транзисторы

являются неотъемлемой частью почти всех электронных систем. Таким образом, существует постоянный толчок к инновациям структур MOSFET, открытию новых материалов и разработке схем с целью преодоления существующих физических ограничений при одновременном уменьшении размеров транзисторов. Компания MPS добилась значительных успехов в этой области, разработав модули преобразования мощности с силовыми ключами, способными выдерживать до 100 А непрерывного тока, такие как MPM3695-100.Чтобы узнать больше, посетите наш веб-сайт и ознакомьтесь с нашими статьями, справочными проектами и примечаниями по применению.

_______________________

Вам было интересно? Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц! Получить техническую поддержку

Простая и недорогая схема МОП-транзистора с идеальными диодами

от Crutschow

При параллельном подключении батареи к другой батарее или другому источнику часто требуется перезарядка батарей.Это можно сделать со стандартными диодами, но это дает почти полвольта падения — даже с диодами Шоттки. Это особенно проблематично для низковольтных батарей, где это падение составляет значительный процент от напряжения батареи, что заметно снижает эффективность и срок службы батареи.

Чтобы свести к минимуму это прямое падение, вы можете сконфигурировать МОП-транзистор как идеальный диод, который имеет очень низкое падение в прямом направлении (равное току, умноженному на сопротивление МОП-транзистора в открытом состоянии), при этом блокируя ток в обратном направлении.

Ниже представлена ​​симуляция LTspice простой схемы МОП-транзистора с идеальными диодами. В нем используются недорогие компоненты, состоящие из P-MOSFET (для использования на положительной шине) с двойным PNP-транзистором и двумя резисторами.

Q1 и Q2 образуют схему токового зеркала. Указанные значения R1 и R2 приводят к включению Q2 и, следовательно, выключению M1 (Vgs ≈ 0 В), когда нет разности напряжений между стоком и истоком M1. Зеркало имеет коэффициент усиления ≈130 от разницы напряжений между двумя эмиттерами до изменения напряжения коллектора Q2.

В прямом направлении (выходное напряжение ниже напряжения батареи) токовое зеркало становится несбалансированным из-за разницы в напряжениях на эмиттерах, например, для выключения транзистора Q2, в результате чего затвор P-MOSFET приближается к потенциалу земли, открывая его. Это позволяет току течь от батареи к выходу (слева направо) с небольшим падением. (МОП-транзисторы ведут себя одинаково хорошо в любом направлении во включенном состоянии.)

Когда выходное напряжение становится немного выше, чем напряжение батареи, это изменение напряжения на MOSFET приводит к дисбалансу токового зеркала в противоположном направлении, вызывая включение транзистора Q2.Это вызывает рост напряжения на затворе MOSFET, уменьшая Vgs [V(G,Out) на графике], что отключает его и предотвращает протекание обратного тока.

Это можно увидеть в моделировании, поскольку ток выходит из батареи V1 только тогда, когда выходное напряжение V2 ниже, чем напряжение батареи, и не течет в обратном направлении, когда выходное напряжение больше, чем напряжение батареи. . Максимальное падение напряжения, когда батарея обеспечивает ток 2 А, составляет ≈32 мВ с показанным MOSFET, демонстрируя почти идеальную работу диода.

Работа токового зеркала очень чувствительна к любому смещению между напряжениями база-эмиттер двух транзисторов, что может привести к некоторой проводимости тока в обратном направлении. Таким образом, рекомендуется использовать согласованную пару транзисторов, такую ​​как DMMT3906W, показанный на схеме (по сути, два 2N3906 в одном корпусе), у которых напряжение согласовано с точностью до 2 мВ макс., и они термически соединены.

(Моделирование было выполнено с 2N3906, которые идеально совпадают в моделировании, в отличие от реальной жизни.) Пара DMMT3906W довольно недорогая, например, продается за 0,37 доллара США здесь .

Выбранный P-MOSFET должен иметь достаточно малое сопротивление в открытом состоянии, чтобы обеспечить низкое падение напряжения при проведении максимального тока нагрузки батареи. Если напряжение батареи меньше 10 В, следует использовать полевой МОП-транзистор логического уровня с пороговым напряжением затвор-исток (Vgsth) менее 2 В.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.