Защита от к з лабораторного блока питания. Защита от кз на полевом транзисторе
Представлена конструкция защиты для блока питания любого типа. Данная схема защиты может совместно работать с любыми блоками питания — сетевыми, импульсными и аккумуляторами постоянного тока. Схематическая развязка такого блока защиты относительна проста и состоит из нескольких компонентов.
Схема защиты блока питания
Силовая часть — мощный полевой транзистор — в ходе работы не перегревается, следовательно в теплоотводе тоже не нуждается. Схема одновременно является защитой от переплюсовки питания, перегруза и КЗ на выходе, ток срабатывания защиты можно подобрать подбором сопротивления резистора шунта, в моем случае ток составляет 8 Ампер, использовано 6 резисторов 5 ватт 0,1 Ом параллельно подключенных. Шунт можно сделать также из резисторов с мощностью 1-3 ватт.
Более точно защиту можно настроить путем подбора сопротивления подстроечного резистора. Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока Схема защиты блока питания, регулятор ограничения тока
~~~При КЗ и перегрузе выхода блока, защита мгновенно сработает, отключив источник питания. О срабатывании защиты осведомит светодиодный индикатор. Даже при КЗ выхода на пару десятков секунд, полевой транзистор остается холодным
~~~Полевой транзистор не критичен, подойдут любые ключи с током 15-20 и выше Ампер и с рабочим напряжением 20-60 Вольт. Отлично подходят ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ44, IRFZ46, IRFZ48 или более мощные — IRF3205, IRL3705, IRL2505 и им подобные.
~~~Данная схема также отлично подходит в качестве защиты зарядного устройства для автомобильных аккумуляторов, если вдруг перепутали полярность подключения, то с зарядным устройством ничего страшного не произойдет, защита спасет устройство в таких ситуациях.
~~~Благодаря быстрой работе защиты, ее можно с успехом применить для импульсных схем, при КЗ защита сработает быстрее, чем успеют сгореть силовые ключи импульсного блока питания. Схематика подойдет также для импульсных инверторов, в качестве защиты по току. При перегрузе или кз во вторичной цепи инвертора, мигом вылетают силовые транзисторы инвертора, а такая защита не даст этому произойти.
Комментарии
Защита от короткого замыкания , переплюсовки полярноси и перегруза собрана на отдельной плате. Силовой транзистор использован серии IRFZ44, но при желании можно заменить на более мощный IRF3205 или на любой другой силовой ключ, который имеет близкие параметры. Можно использовать ключи из линейки IRFZ24, IRFZ40, IRFZ46, IRFZ48 и другие ключи с током более 20 Ампер. В ходе работы полевой транзистор остается ледяным,. поэтому в теплоотводе не нуждается.
Второй транзистор тоже не критичен, в моем случае использован высоковольтный биполярный транзистор серии MJE13003, но выбор большой. Ток защиты подбирается исходя из сопротивления шунта — в моем случае 6 резисторов по 0,1Ом параллельно, защита срабатывает при нагрузке 6-7 Ампер. Более точно можно настроить вращением переменного резистора, таким образом я настроил ток срабатывания в районе 5 Ампер.
Мощность блока питания довольно приличная, выходной ток доходит до 6-7 Ампер, что вполне достаточно для зарядки автомобильного аккумулятора.
Если все сделано правильно, то блок начинает работать сразу, замыкайте выход, должен загореться светодиодный индикатор защиты, который будет гореть до тех пор, пока выходные провода находятся в режиме КЗ.
Если все работает как нужно, то приступаем дальше. Собираем схему индикатора.
Схема срисована из зарядника аккумуляторной отвертки. Красный индикатор свидетельствует о том, что имеется выходное напряжение на выходе БП, зеленый индикатор показывает процесс заряда. С таким раскладом компонентов, зеленый индикатор будет постепенно потухат и окончательно потухнет, когда напряжение на аккумуляторе будет 12,2-12,4 Вольт, когда аккумулятор отключен, индикатор гореть не будет.
Добрый день. В этой заметке я хочу предложить вашему вниманию блок питания дополнительного усилителя мощности для портативной радиостанции «Веда-ЧМ» . Выходное напряжение блока питания 24В, номинальный ток нагрузки – 3,5А, порог тока срабатывания защиты от короткого замыкания – 5,5А, ток короткого замыкания – 0,06А.
Общий вид комплекта показан на фото 1.
Схема блока питания представлена на рисунке 1.
Силовой трансформатор блока – перемотанный сетевой трансформатор от старого телевизора ТС-90-1, в качестве первичной обмотки — используются все витки сетевой обмотки трансформатора. Новая вторичная обмотка содержит 2×65 витков провода ПЭТВ-2 диаметром 1,25мм. При отсутствии провода данного диаметра, можно на каждой из катушек намотать по 130 витков проводом диаметром 0,9мм. При этом катушки потом соединяют синфазно параллельно при сохранении схемы мостового выпрямителя. Если эти катушки соединить последовательно, то от двух диодов можно избавиться (Рис.2).
Схема стабилизатора собрана навесным монтажом (1 на фото 2). Конденсаторы С3 и С4 у меня находятся в корпусе усилителя мощности. Цифрой два обозначен дополнительный регулируемый стабилизатор напряжения для питания «Веда-ЧМ», собранного на микросхеме КРЕН12А. Меняя напряжение питания самой радиостанции, можно менять в некоторых пределах выходную мощность излучения усилителя. Схему этого стабилизатора можно найти в рубрике «Блоки питания» — «Стабилизатор напряжения на КР142ЕН12А». Индикатор перегрузки работает следующим образом. Напряжение на конденсаторах фильтра выпрямителя С1и С2 примерно равно 37 вольт, учитывая, что выходное напряжение – 24В, напряжение между точками 1 и 2 будет находиться в районе13 вольт, которого не хватит для пробоя стабилитронов VD5, VD6, так как их суммарное напряжение стабилизации равно 15В. При «коротыше» напряжение между этими точками возрастет, через стабилитроны потечет ток и светодиод HL1 загорится, а светодиод HL2 – погаснет. Обратите внимание на то, что на «земле» находятся коллектора мощных транзисторов, что, ну просто очень удобно, размещая транзисторы непосредственно на корпусе изделия. Блок питания и усилитель мощности висят на стене чердака под антенной, что значительно уменьшает потери мощности в кабеле. До свидания. К.В.Ю.
Для защиты блока питания при конструировании различных схем рекомендуется на выход БП добавить узел защиты от перегрузки по току. Простая схема устройства построена с применением тиристора в качестве управляющего элемента защиты по напряжению.
Пока напряжение питания на входе находится в пределах нормы, стабилитрон и тиристор закрыты, ток протекает в нагрузку. При превышении напряжения питания свыше 15,2В, открывается стабилитрон, и вслед за ним тиристор, так как между его катодом и управляющим электродом присутствует разность потенциалов, достаточная для его отпирания. Подключенный параллельно выходу источника питания тиристор VS1 при перегрузке обрывает плавкий предохранитель в течение нескольких микросекунд, если выходное напряжение окажется свыше допустимого. Порог открывания тиристора, а именно, срабатывания защиты, зависит от технических данных стабилитрона. При перегорании предохранителя включится пьезоизлучатель звука со встроенным генератором, который просигнализирует о внешней неисправности, который, так же, индицирует о возможном коротком замыкании в нагрузке. Сигнализатор будет звучать до тех пор, пока не будет отключено общее питание или устройство нагрузки.
Видео работы схемы защиты источника 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
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.
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.
Основа всех электронных устройств — блок питания. Именно он является камнем преткновения когда речь заходит о конструировании усилителя или приемника, подзарядке фонарика, устройстве освещения подвала или гаража. Всюду требуется снижать подводимое от сети сетевое напряжение. После изобретением Теслы катушки переменного тока и внедрение ее в промышленность — повсюду стали применяться сетевые трансформаторы. Идея проста — закон электромагнитной индукции плюс усиление с помощью сердечника. Применение трансформаторов сократило потери электричества при передаче тока по линиям и дало возможность как угодно преобразовывать напряжение одной амплитуды в другое. С развитием электроники возможным стало конструирование блока питания не на трансформаторе, а с помощью импульсов высокой частоты. Идея в том, что если подавать и прекращать подачу постоянного тока на прибор с достаточно высокой частотой, то снятое на приборе напряжение будет не постоянным, а переменным высокой частоты. Возможно, что силовые трансформаторы высокого напряжения тоже заменят на импульсные трансформаторы высокого напряжения. Уже в продаже имеется огромный выбор импульсных сварочных аппаратов (инверторов) токи в которых достигают 300 ампер и выше. Источники импульсного питания применяются во многих радиоэлектронных устройствах. Источник питания может быть выполнен в виде сетевого трансформатора, диодного моста и конденсатора фильтра. Чем больше мощность сетевого трансформатора, тем тяжелее и массивнее получается блок. К примеру, трансформатор на 1 кВА может достигать 10 килограммов, а импульсный блок – едва достигнет 800 граммов. Ясно, что сэкономить на массе можно лишь в том случае, если мощность источника составляет сотни ватт. В феврале 2000 года в журнале «Радио» вышла статья «Импульсный блок питания мощного УМЗЧ». Автор статьи — А. Колганов из г. Калуга. Представленный Колгановым блок питания прост. В нем используется генератор и силовые ключи. Стабилизации выходного напряжения нет. В импульсном блоке существует пара ошибок. В июльском номере «Радио» за 2000 год написано про ошибку в схеме генератора. По неизвестной причине все пишут про ошибку и приводят стандартную схему без исправления ошибки. При этом напечатанную журналом корректировку выдают за сугубо свои радиоэлектронные познания. Спустя почти 2 года в апрельском журнале «Радио» за 2002 год выходят консультации журнала «Радио» о том, почему нельзя заменять транзисторы кт3102ж на другие. На мой взгляд, написано неубедительно, да к тому же на моем местном радиорынке даже не знали о существовании таких транзисторов. Пришлось мне заменить их на буржуйские BC548. Спустя еще полгода в сентябрьском журнале «Радио» за 2002 год печатаются разъяснения о применении транзисторов КП707В2. Как оказалось, их можно заменить на буржуйские. Вторая ошибка связана с намоткой импульсного трансформатора, из-за которой полевые транзисторы сильно перегревались. Про эту ошибку речь пойдет дальше. Проектирование схемыПравильная схема представлена на рисунке. Общий вид схемы электрической принципиальной импульсного блока питания УМЗЧ А. Колганова. По ходу пьесы можно немножко упростить схему. Например, блок стабилизации на транзисторах VT1, VT2 и стабилитроне VD6 смело можно заменить на микросхему 142ЕН8А, это обеспечивает лучшую стабилизацию выходного напряжения для генератора. Две симметричные вторичные обмотки импульсного трансформатора можно соединить вместе, выделив при этом среднюю точу. В результате можно сэкономить на одном высокочастотном диодном мосту, правда при этом упадет максимально отдаваемая мощность. Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания. Для построения печатной платы можно применять сложные графические пакеты, которые сами смоделируют разводку, а можно ручками при помощи программы Sprint-Layout нарисовать все компоненты и соединить все проводниками-дорожками. Схема электрическая принципиальная импульсного блока питания для Sprint-Layout для v.5 Насколько можно понять из журнала, автор А. Колганов точно спаял этот блок, но вот печатную плату никто нигде не выкладывал. Поэтому мне пришлось разработать печатную плату. Схема получилась громоздкой, некоторые узлы не встали на свои места. Тем, кто будет повторять этот блок, нужно увеличить размеры для R16, R17. Печатная плата для Corel Печатная плата для Sprint-Layout v.5
РезисторыРезисторы все либо советские МЛТ либо зарубежные, достаточно низковаттные. Исключением идут резисторы R16 и R17, номиналом 10 кОм при мощности в 10 Вт, их делают из высокоомной проволоки, которую навивают на каркас.
ТрансформаторыВ самом начале укажу на еще одну ошибку в статье. Эта ошибка связана с намоткой трансформатора. В статье сказано: «Обмотка 1 содержит 2×42 витка провода ПЭВ-2 1,0 (наматывают в два провода)». Если взять провод диаметром 1 мм, сложить в два раза и намотать 84 витка с выводом на 42 витке, то блок может и будет работать, но полевые транзисторы выходного каскада даже на холостых оборотах будут греться так, что просто ставь сковородку и жарь яичницу. К сожалению нужного специалиста по импульсным блокам я не нашел, поэтому методом тыка пришел к тому, что лажа в самом трансформаторе. С применением программы SPS для расчета импульсных блоков питания можно пересчитать трансформатор, тогда получится, что мотать нужно проводом ПЭВ диаметром 1 мм 84 витка с выводом на 42 витке, но не в два провода, а в один. Блок работает на частоте 90 кГц. При этом полевые транзисторы практически не греются при нагрузке в 100 Вт. Сознательно была допущена эта ошибка или журнал «Радио» что-то неправильно напечатал — неизвестно. Еще одна хитрость схемы – подключение вентилятора от вторичной обмотки импульсного трансформатора. Кажется, что все логично, что охлаждать транзисторы вроде как и надо, но ведь можно же подключить кулер и после стабилизатора питания для генератора. Кулер для охлаждения и не обязателен, но нужен, и именно во вторичной обмотке импульсного трансформатора. Дело в том, что импульсники не могут работать без нагрузки – нет ограничения безудержного роста тока в первичной обмотке. Обычно в импульсных блоках питания применяются нагрузочные сопротивления для включения блока без нагрузки. В этом блоке роль нагрузки возложена на кулер. Если мотать трансформатор без обмотки для кулера, то на выход обязательно нужно вешать либо лампы накаливания, либо сопротивление. Основа импульсного блока – высокочастотный трансформатор. Такой трансформатор можно делать на ферритовых кольцах или на прямоугольном каркасе. Блок питания предназначен для питания музыкального усилителя звуковой частоты (УМЗЧ), поэтому предпочтительнее применять ферромагнитные кольца (тороиды) – у них малы внешние излучения, что положительно сказывается на применении блока питания в качестве источника питания усилителя звуковой частоты. Для нужной мощности нужно использовать три кольца марки М2000НМ1-В размером 45x28x12, составленные вместе они образуют сплошной феррит размером 45x28x36, что примерно соответствует мощности в 1 кВА. Для справки: мощность трансформатора измеряется в вольт-амперах, потому что трансформатор — не потребитель энергии, а только преобразователь ее. Склеивать кольца нужно сильным клеем, например эпоксидным. Эпоксидка дает время на тщательное приготовление смеси. Для более низкого электромагнитного сопротивления между кольцами в клей нужно добавить ферромагнитный порошок, добытый из сломанного феррита. После подготовки клея обмазываются три кольца и склеиваются вместе. Клей наносится тонким слоем на обе склеиваемые половины. При склеивании колец нужно склеить все ровно. Зазоров быть не должно. Смещений также нужно избежать.
Ферриты – тоже металлы. Поэтому если на феррит намотать изолированный эмалевый провод (ПЭВ) – пробоя не избежать. Дело в том, что эмалевая изоляция не любит трения о твердые предметы и даже если очень аккуратно наматывать, то все равно со временем провод замкнет на корпус. Чтобы избежать пробоя, необходимо изолировать феррит, но нужно помнить, что сам трансформатор может нагреваться, и поэтому простой изолентой явно не обойтись. Для изоляции можно применять стеклоткань или, как в моем случае, лакоткань. Можно попробовать изолировать и изоляционной хлопчатобумажной лентой, но что получится – не знаю. Наматывать провод на тор приходится вручную, поэтому аккуратно виток к витку с натягом неспешно нужно проделать эту работу. Внутренний диаметр меньше наружного, поэтому виток к витку должен быть на внутреннем кольце. Трансформатор имеет одну первичную обмотку со средней точкой, поэтому дойдя до 42 витка нужно сделать отвод, чтобы потом к нему припаять провод для среднего вывода. После намотки каждого слоя следует проходить изоляцией весь феррит, т.е. каждый слой одной и той же обмотки должен быть отделен слоем изоляции. Изоляция сильно сокращает внутренний диаметр, поэтому экономить на жизненном пространстве приходится с каждым витком. После намотки первичной обмотки следует пройти слоем изоляции по всему ферриту 3 раза, т.е. изоляция между первичной и вторичной обмотками должна быть толще, чем та, которая разделяет слои первичной обмотки. Намотку всех обмоток трансформатора следует производить в одну сторону. Если начали просовывать провод первичной обмотки сверху вниз тора, то и вторичную обмотку следует мотать сверху вниз тора. Если наматывать в обратную сторону, то вместо трансформации трансформатор нагрузит обе обмотки друг на друга примерно как электрофорная машина. Блок питания рассчитан на напряжение ±50 В, но можно и пересчитать на любое другое напряжение через коэффициент трансформации по обычной пропорции. Мне от блока питания требуется ±36 В, и таблица с параметрами имеет следующий вид. К примеру, трансформатор L2 изготавливается из феррита марки М2000НМ1-В, типоразмер кольца К45 X 28 X 12, колец нужно 3 штуки, по расчетным данным первую обмотку нужно выполнять проводом ПЭВ, диаметр провода d=1 мм, проводов в параллель 1, количество витков 86 с выводом точки на 86/2=43 витке, при этом можно совершить замену и первую обмотку выполнить проводом ПЭВ, диаметр провода d=0,6 мм, проводов в параллель 2, количество витков 86 с выводом точки на 86/2=43 витке. Аналогично читаются все остальные ячейки.
К примеру, трансформатор L2 типа М2000НМ1-В имеет 3 кольца размером 45x28x12. По расчету требуется наматывать первую обмотку проводом ПЭВ диаметром 1 мм, количество витков 84 с выводом на середине обмотки, а замена получилась проводом ПЭВ диаметром 0,6 мм, мотать в 2 провода, количество витков 86 с выводом на середине обмотки. По входу блока находится катушка L1. Обе половины катушки также мотаются в одну сторону. На основной схеме указаны две точки рядом с этой катушкой. Точки означают начала обмоток. Катушка служит фильтром от высокочастотной составляющей, которая может проникать из блока в сеть, а также, и это намного важнее, ограничивает ток заряда входного конденсатора C3. Второй трансформатор, применяемый в схеме, – обычный сетевой на напряжение 220/12 В, взятый от старого и нерабочего АОНа. МикросхемыПлата спроектирована так, что все детали находятся с одной стороны, а микросхемы – с другой, т.е. со стороны дорожек. Между ножками 7 и 14 каждой микросхемы, т.е. между ножками питания можно запаять бумажные конденсаторы на 0,01 мкФ – это улучшит ситуацию с пульсациями.
ФильтрДля сглаживания высокочастотной составляющей на выходе находится фильтр. Диоды
ВыпрямительПосле трансформатора напряжение выпрямляется на высокочастотном мосту. Диоды достаточно мощные, поэтому нуждаются в радиаторах. Радиаторы можно сделать из дюралевого профиля так, чтобы прижимная пластина сверху полностью покрывала корпус диода. Один из выводов диода, обычно анод, выведен на луженый медный корпус, поэтому радиаторов нужно минимум 3, а лучше 4. При этом если делать 2 диодных моста, то количество радиаторов увеличивается вдвое, увеличивая объем блока. Конденсаторы
Конденсатор C3 – источник напряжения всего блока.0,5=310 В и большой емкости. Именно этим элементом и опасны все импульсные блоки питания. Большая емкость, большое напряжение и большой ток могут быть смертельны, поэтому при ремонте и наладке нужно соблюдать осторожность и постоянно продумывать свои поступки. Транзисторы
Полевые транзисторыТранзисторы могут работать в режиме усиления и ключевом режиме. Предпочтительнее в ключевом режиме применять полевые транзисторы. Полевой транзистор управляется напряжением. Если на исток (место, откуда потечет ток) и сток (куда потечет ток) подать постоянное напряжение, а на управляющий электрод (затвор) — высокочастотное напряжение, то с частотой подачи напряжения на затвор между истоком и стоком потечет ток. Это принцип ключевой схемы. Если использовать два ключа, открываемые затвором каждый в свое непересекающееся время, и подать снятое со стоков напряжение на импульсный трансформатор, то с выхода этого трансформатора можно снять переменное высокочастотное напряжение. Полевые транзисторы можно брать любые, но устанавливать на радиаторы их нужно обязательно. Если мощность блока 800 Вт, то совсем не обязательно транзистор должен рассеивать 800 Вт. В ключевом режиме транзистор почти не греется, но лучше, чтобы рассеиваемая мощность каждого транзистора была около 100 Вт. Параметры, по которым следует выбирать полевые транзисторы: во-первых, напряжение затвор-исток (>14 В), а во-вторых, напряжение сток-исток (>750 В). При использовании двух транзисторов и трансформатора со средней точкой напряжение на сток — истоке каждого полевика будет равно 2,4*U, т.е. 2,4*310=744 В. Если ставить полевики на Uси=600 В, то разрывает их очень красиво с громким хлопком и взлетом всего кристалла в воздух. По схеме нужно использовать транзисторы КП707В2. Сборка блокаСхема паяется довольно быстро. Единственный вопрос – множество перемычек, которые создают дополнительную головную боль. Общий видЗапускМожно все правильно спаять и развести, но если неправильно произвести запуск, то можно сжечь большую часть блока. Первое — необходимо измерить импульсы при помощи осциллографа на генераторе при выключенном напряжении на катушку L1. Импульсы должны примерно соответствовать друг другу. После этого можно измерить импульсы между затворами обоих транзисторов. Размах каждого импульса по 8 В (4 клетки по 2 В) – то, что приходит от сетевого трансформатора с учетом потерь, а полный размах на экране осциллографа – 16 В (8 клеток по 2 В). Длительность периода 14 мкс (3 клетки по 5 мкс), что составляет 71,5 кГц. Разница между заявленными 90 кГц и 71,5 кГц может быть связана с погрешностью осциллографа, но если прибор исправен, то можно увеличить емкость конденсатора С9 – он отвечает за генерацию частоты. Если импульсы генерации примерно симметричны, то можно переходить к подаче 220 В на вход блока. При этом обязательно нужно нагрузить блок питания на какую-нибудь нагрузку, например, лампочку накаливания. Лампочка обладает относительно низким сопротивлении при достаточно высокой выходной мощности. Главный ее плюс – визуальное отображение работы блока (видно, как накаляется нить лампочки). Если лампочка на 220 В, то ее можно включить между «+» и «-» источника, напряжение должно составить 72 В. Мощность лампочки лучше выбирать на 60 Вт, но подойдет и любая другая на меньшую мощность. При нагрузке своего блока я использовал две лампочки на напряжение 36 В и мощностью 60 Вт. Вместо лампочки автор статьи использовал вентилятор на 12 В, подключенный на отдельную вторичную обмотку. Можно применять нагрузочный резистор или теплоэлектронагреватель (ТЭН) от старого обогревателя. При этом напряжение ТЭНа должно быть больше 72 В, а мощность не должна превышать 1 кВт. Если ТЭН на 220 В при мощности 1 кВт и его подключить на выход блока к напряжению 72 В, то блок будет нагружен на 72*1000/220=327 Вт. Кроме применения нагрузки в выходной цепи следует защитить полевые транзисторы. Если генератор заглючит и только откроет транзистор, не закрыв его, то оба транзистора сразу вылетят. Для защиты используется вторая лампочка накаливания, включенная последовательно со всем блоком вместо предохранителя FU1. При этом трансформатор для генератора должен быть включен перед лампой на напряжение 220 В, чтобы падение напряжения на лампе не сказывалось на напряжении для генератора. При включении блока должна засветиться лампа по входу блока и лампа по выходу блока. Лампа по входу должна светиться вполнакала. Если лампа по выходу не светится – это не значит, что напряжения там нет. Просто напряжение на выходе может быть настолько малым, что света от спирали не видно. Нужно измерить напряжение на выходе блока. Напряжение лучше измерять между «+» и «-» блока без средней точки. При использовании лампы мощностью 60 Вт по входу блока на выходе блока должно примерно быть напряжение 13,75 В, а если по входу поставить лампу на 150 Вт, то на выходе напряжение поднимется до 36,6 В. Если все сделано правильно и измеренные напряжения примерно совпадают, то можно исключать лампу по входу блока, заменив ее на предохранитель, и включать все 220 В прямо на блок. | ||||
Микросхема STK730-080 — ШИМ-контроллер для ипульсных блоков питания со встроенным силовым ключом
Рис. 2. Типовая схема импульсного блока питания на микросхеме STK730-080 со встроенным силовым ключом.
Принцип работы блока питания на микросхеме STK730-080
Принцип работы микросхемы STK730-080 рассмотрим на примере импульсного блока питания телевизора Otake.
Рис. 2. Принципиальная схема блока питания на микросхеме STK730-080 телевизора Otake
Блок питания телевизора формирует для питания узлов телевизора в рабочем и дежурном режимах стабилизированные напряжения +101 В, +14 В, +12 В, +6 В.
Преобразователь блока построен на основе ШИМ-контроллера STK730-080 со встроенным силовым ключом (полевой транзистор с изолированным затвором).
Выпрямленное напряжение сети поступает на 1 вывод Т501. Одновременно через цепь запуска R506, R507 оно поступает на схему старта (4 вывод IC501): силовой ключ постепенно открывается, и через обмотку 1-2 Т501 течет ток.
Питание микросхемы STK730-080 (IC501) осуществляется от обмотки 6-7 Т501 и выпрямителя D515, С511.
Цепь С510, R504, R524 и обмотка 5-6 Т501 образуют цепь ПОС, благодаря которой силобой ключ открывается, и затем, когда полярность напряжений на обмотках Т501 меняется на обратную, переходит в закрытое состояние. Далее процесс повторяется.
Частоту работы преобразователя определяют параметры Т501 и цепь С510, R509, R524. Стабилизация выходных напряжений осуществляется с помощью усилителя ошибки (1, 2 выводы IC501) и внешних цепей:
- делителя R503, R504, R523, R520, формирующего напряжение смещения на 2 выводе IC501;
- цепи D505, С504, которая снимает напряжение, пропорциональное выходному, с датчика R503, стоящего в цепи истока силового ключа, и подает на 2 вывод усилителя ошибки.
Другой вход усилителя ошибки (1 вывод IC501) запитан от источника опорного напряжения. В результате формируется напряжение ошибки, которое через усилитель напряжения корректирует время открытия и закрытия силового ключа; тем самым стабилизируются значения выходных напряжений.
В случае резкого возрастания выходных напряжений пробивается стабилитрон D507, и на вход схемы защиты (9 вывод IC501) поступает сигнал. Выход схемы защиты стробирует усилитель напряжения, и в результате силовой ключ закрывается до тех пор, пока напряжение на обмотке связи 5-6 Т501 станет меньше напряжения пробоя D507.
Вторичные выпрямители блока питания выполнены по однополупериодной схеме. Канал +6 В реализован на интегральном стабилизаторе напряжения — микросхеме L78M06. Перевод телевизора в дежурное состояние осуществляется низким уровнем сигнала ВКЛ/ВЫКЛ от микроконтроллера, которым закрывается ключ Q502, что в свою очередь приводит к закрытию Q504 и Q503; в результате снимается питание блока строчной развертки телевизора. Преобразователь в это время начинает работать в режиме холостого хода. Питание микроконтроллера осуществляется от канала +6 В.
ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
Решил собрать себе в гараж усилитель звуковой частоты, ватт на 60, чтоб читал музыку с флешки. Для этого приобрел китайский ФМ модулятор, а корпус у меня для данного девайса лежал уже давно. Когда собрал усилитель, возникла проблема — обычный сетевой трансформатор на такую мощность в корпус просто не влез. Было решено сделать импульсный блок питания. Пересмотрел кучу схем из интернета. Автогенераторные не подходили, так как дают сильные помехи. Переделка блоков питания от компьютера тоже не понравилась, очень не люблю когда на плате все паяно перепаяно. Тут проще сделать новое. И вот нашел эту интересную схемку импульсного блока питания.
Схема проще некуда — работает на частоте 100кгц и содержит минимум недорогих, распространённых деталей. Частота задается резистором, который висит на второй ноге микросхемы (в данном случае 10кОм). Микросхема IR2151-2153 — это драйвер управления затворами полевых транзисторов. Практика показала, что снабберы для подавления ВЧ грязи в данном блоке не обязательны. Даная схема ИБП может вытянуть до 500 ватт мощности. Здесь по описанию автора работают и самодельные трансформаторы. Эта простая проверенная схема прекрасно подойдет для питания усилителей, зарядки аккумуляторов, галогенных ламп на 12 вольт в точечных светильниках и многого другого.
Схема не требует никакого налаживания и начинает работать сразу. В своём варианте использовал трансформатор из неисправного блока питания копьютера и все детали кроме микросхемы, транзисторов и мощного резистора на 47 кОм взял оттуда же. На схеме на выпрямлении сетевого напряжения стоит диодный мост — тоже использовал диоды из блока АТХ (плата рассчитана под мост). Входные высоковольтные конденсаторы рассчитывают из соображения 1Мкф ёмкости на 1 Ватт мощности. В данном случае конденсаторы рассчитаны на мощность 220 Ватт. Можно для регулирования частоты последовательно с резистором на 10 кОм поставить переменный на 5кОм. Ведь при изменении частоты изменяется выходное напряжение. Еще хочу добавить, что диоды типа КД213 тут не работают — очень сильно греются, надо ставить что-то по быстрее. Вот фото моего варианта. Диодный мостик на выходе не ставил, так как он стоит отдельно вместе с конденсаторами фильтра в самом усилителе. Транзисторы применил IRF840, так как они больше всего подходят для этого блока питания.
На фото он тянет 50-ти ваттную нагрузку, диод включил для снижения напряжения, так как на выходе 22 вольта. Печатную плату делал маркером, ушло на минут 10. Транзисторы крепятся на общем радиаторе через слюдяные прокладки.
В архиве дана печатная плата на схему. Еще добавлю, что по стоимости радиокомпонентов обошлось всё в три доллара. Автор статьи: Ксюня.
Originally posted 2019-01-27 07:25:54. Republished by Blog Post Promoter
IR2153 софтстарт, простой испульсный блок питания
Предлагаю вам простую схему импульсного блока питания для усилителя на основе легендарной микросхемы IR2153. Схем в сети очень много, но ни одна не имеет нормального софтстарта, из-за чего начинающие радиолюбители палят много полевых транзисторов и микросхем (я тоже с этого начинал).
ИИП IR2153Характеристики:
— напряжение питания: 210-240в;
— напряжение на выходе (холостой ход): +38/-38в;
— мощность: 300вт;
— софтстарт: есть.
— защита от короткого замыкания: есть.
Данная схема отличается от всех остальных тем, что в ней каждый полевик защищен от токовой перегрузки. Принцип работы защиты очень прост, рассмотрим схему управления нижним полевиком. С выхода LO микроcмы IR2153 поступаем меандр амплитудой 12в и частотой 44кГц, через конденсатор С11 и затворный резистор R8 этот сигнал открывает и закрывает полевик. Как только ток через шунт R10 хоть на мгновение превысит значение 7А, зарядится конденсатор С13, транзистор VT2 откроется и разрядит внутреннюю емкость полевика и конденсатор С11. Трансзистор T2 закроется , и может быть открыт только поле следующего сигнала от IR2153. Ток через полевый транзистор будет иметь форму острой иголки (подобие ШИМ с малым заполнением импульса).
Рисунок платыСкачать файлы: DA-Power-IR2153.zip (Одна Загрузка)
При 6А импульсы обычные:
При токе более 7А импульсы принимают следующую форму:
Первое включение нужно осуществлять при подаче на вход 12в вместо 220, установив перемычку на резистор R4. На плате подписаны +12 и -12в для проверки. Если все нормально работает и на выходе в плечах есть небольшое постоянное напряжение, значит все собрано верно и можно включать в сеть через лампочку, затем напрямую. Блок питания стартует очень мягко, можно смело ставить на выходе большие емкости, при коротком замыкании на выходе напряжение падает до нуля, затем снова поднимается до оптимального значения.
Фото собранного блока питания:
Осциллограммы на обмотках трансформатора:
Холостой ходДобавляем снаббер 100ом + 220пф стало поменьше звонаНагрузка 250вт, огромный DeadtimeУдалось зафиксировать работу софтстарта при включении, заряд емкостей по 1000мкф в плече происходит за 10мСУвеличиваем разверткуНачало пускаУдачи в повторении….
Более надежный вариант с триггерной защитой: Собранный блока питания.R17 и транзистор VT4 — датчик тока, VT1 и VT3 — триггер, VT2 — при защелкивании притягивает вывод (CT) микросхемы IR2153 к земле, мгновенно останавливая генерацию. При токовой перегрузке или КЗ ИИП выключается, дальнейшая работа возможна при обесточивании на 1 минуту. С9 — предотвращает ложное срабатывание защиты при первом пуске, когда заряжаются емкости во вторичке.
Печатная плата второй версии:
Скачать файл печатной платы: DA_Power_IR2153-v2.1.zip (5335 Загрузок)
Описание сборки данного блока питания.
Силовой трансформатор намотан на кольце R31*19*15 PC40.
Ферритовое кольцо.Для надежности поверх лака уложен слой изоляции в 1 слой:
Слой изоляции.Первичная обмотка содержит 52 витков проводом 0,75мм. Выводы дополнительно изолируются термоусадкой.
Первичная обмотка.Далее накладываются 2 слоя изоляиции:
Двойной слой изоляции.Вторичная обмотка содержит 11 витков, мотается разом 4-мя жилами провода 0,75мм (в диаметре). При 52 витках первички будет ровно 3в/виток, 11 витков вторички дадут нам +33/-33в на выходе.
Вторичная обмотка.Те выводы, что снизу фиксируются нитками, также сразу надо зачистить все жилы:
Готовый трансформатор.Синфазный дроссель, установлена перегодка для разделения обмоток:
Ферритовое кольцо для синфазного фильтра. R16*10*4.5 PC40Обмотки выполнены проводом 0,5 мм длиной по 50см каждая, выводы также зачищаются:
Синфазный дроссель.Проводом 0,75мм на оправке сделаны обмотки для силовых дросселей:
Намотка дросселя.Далее на сердечниках 6*20 Zn600 с помощью клея крепятся обмотки:
Силовые дроссели.Закупаем все необходимые детали:
Набор деталей.Подложка от самоклейки с помощью скотчка крепится на лист бумаги А4:
Подложка.Распечатываем на принтере рисунок платы, зеркалить ничего не надо!
Распечатанный рисунок.Подготавливаем поверхность:
Чистка меди наждачкой.Обезжириваем медь и кладем подложку рисунком вверх на полумягкую поверхность, например книгу:
До переноса рисунка обезжириваем поверхность меди.Кладем текстолит медью вниз и выравниваем по отметкам:
Текстолит на рисунке.Ставим сверху утюг, прижимаем сильно, не двигаем горячий утюг в течении 1 минуты:
Утюг — мощность на максимум.После убираем утюг, приживаем сверху текстолит еще парочкой книг, и даем немного остынуть. Далее подложка легко отрывается, а рисунок остается на медной поверхности:
Отрываем подложку.Кладем текстолит в раствор хлорного железа:
В растворе хлорного железа.После травления сверлим отверстия и залуживаем:
Олово, паяльник с оплеткой и канифоль.Вставляем резисторы и всякую мелочь:
Резисторы+перемычки.Далее более габаритные элементы:
ОстальноеПравильно фазируем обмотки, тут проще некуда, если провода заранее промаркировать:
Не забываем зачищать лак на проводах.Вставляем трансформатор на место:
Установка трансформатора.Загибаем выводы и запаиваем:
Осталось запаять.Сверлим радиатор для крепления транзисторов, делаем прижимную планку, а снизу делаем отверстие сверлом на 2,5мм и метчиком на 3 нарезаем резьбу для крепления радиатора:
Сверловка отверстий и нарезка резьбы.Устанавливаем радиатор на место:
Крепим радиатор.Все тщательно проверяем:
Проверка на «сопли» с помощью подсветки платы фонариком.Готовимся к проверке работоспособности от блока питания 12в:
Перед проверкой от 12 в ставим перемычку.На вход вместо 230в подаем 12в ( +и- обозначены на плате) на выходе должно появится небольшое постоянное напряжение:
Проверка от 12в с перемычкой, на выходе около 1в в плече.Смотрим форму сигнала на затворах транзисторов:
Форма сигнала на затворе полевика, питание 12в ( для безопасности).А на обмотках трансформатора должен появится меандр частотой 45-47кГц:
Проверка меандра на первичке при питании от 12в.Далее обязательно убираем перемычку с резистора снизу платы и включаем в сеть:
Первое включение от сети с резистором 200ом в разрыв.Прижимаем транзисторы к радиатору изолировав их с помощью теплопроводных прокладок:
Крепление транзисторов к радиатору.ИИП в сборе:
Силовые диоды при работе греются довольно сильно.Вид сверху.Форма сигнала на вторичных обмотках на холостом ходу:
Холостой ход, питание 220в, вторичка.Тоже самое, но нагрузка 180вт.
Нагрузка 180вт.ИИП работает хорошо, софтстарт, триггерная защита от КЗ. Микры китайские с али, но работают нормально, частота 47кГц. IR2153 Deadtime бы поменьше, было бы круто, напряжение под нагрузкой падает на 15%.
Удачи в повторении, вопросы задаем в комментариях, в группе вконтакте или vatsapp( в нижней правой части экрана жмем кнопку).
▶▷▶▷ лабораторный блок питания полевой транзистор схема
▶▷▶▷ лабораторный блок питания полевой транзистор схема| Интерфейс | Русский/Английский |
| Тип лицензия | Free |
| Кол-во просмотров | 257 |
| Кол-во загрузок | 132 раз |
| Обновление: | 11-08-2019 |
лабораторный блок питания полевой транзистор схема — Лабораторный блок питания своими руками 3 — 18 Вольт sekret-masterarubez-rubrikilaboratornyj-blok Cached Простой лабораторный блок питания делаем своими руками с регулировкой напряжения Предоставлена схема , видео и пошаговая инструкция сборки Мощный лабораторный блок питания с MOSFET транзистором на wwwmastervintikrusamodelnyj-blok-pitaniya-na-mosfet Cached Мощный лабораторный блок питания с MOSFET транзистором на выходе своими руками В предыдущей статье мы рассматривали схемы ЗУ с использованием в качестве силового ключа мощные p-n-p или n-p-n транзисторы Лабораторный Блок Питания Полевой Транзистор Схема — Image Results Питание Комбинированный лабораторный блок data-pos2 data-9b15d5042fc38653 Питание Комбинированный лабораторный блок titleСхемы Питание Комбинированный лабораторный блок data-pos2 src More Лабораторный Блок Питания Полевой Транзистор Схема images Источники питания — radio-schemyru radio-schemyrusupplyhtml Cached Лабораторный блок питания 020 В Под таким заголовком в Радио, 1998, 5 было опубликовано описание несложного блока питания на микросхемах серии КР142 Источник питания на полевых транзисторах типа IRF3205 meandrorgarchives29134 Cached Для питания различных транзисторных конструкций решил собрать источник питания (далее ИП) со стабилизатором на полевых транзисторах, так как они имеют малое падение напряжения при больших токах в нагрузке Схема лабораторного блока питания работа и настройка texnicrukonstrpitalopit2html Cached В результате чего третий транзистор откроется и тем замкнет базовую цепь vt2, лимитируя нагрузочный ток на выходе блока питания Сигнализирует о перегрузки по току светодиод hl2 СТАБИЛИЗАТОР НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ radioskotrupublbpstabilizator_naprjazhenija Cached Схема регулируемого стабилизатора Основной радиодеталью данного устройства является полевой (mosfet) транзистор , в качестве которого можно использовать irlz243244 и другие подобные МОЩНЫЙ САМОДЕЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ (power supply wwwyoutubecom watch?v_du2xA72_tc Cached Мощный полевой транзистор , так как в интернет-магазине нужного транзистора не оказалось я его заменил на Лабораторный Блок Питания С Полевым Транзистором — beeprikaz beeprikazweeblycombloglaboratornij-blok-pitaniya-s Cached Как сделать лабораторный блок питания своими руками Для переделки была применена простая, но мощная схема на полевом транзисторе и регулируемом параллельном стабилизаторе tl431 Лабораторный Блок Питания С Полевым Транзистором filipokklubweeblycombloglaboratornij-blok-pitaniya-s Cached Предлагаемый для повторения лабораторный блок питания с Поскольку приобрести n-канальный мощный полевой транзистор с малым пороговым ЛАБОРАТОРНЫЙ БП С ИНДИКАЦИЕЙ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ elworupublskhemy_blokov_pitanijalaboratornyj Cached Транзистор irf9540 допустимо заменить на irf4905, а транзистор irf1010n на buz11, irf540 Если потребуется блок питания с выходным током, превышающим 7,5 А, необходимо добавить еще один стабилизатор DA5 Promotional Results For You Free Download Mozilla Firefox Web Browser wwwmozillaorg Download Firefox — the faster, smarter, easier way to browse the web and all of 1 2 3 4 5 Next 5,400
- В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR2905. Используя в схеме стабилизатора м
- ощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. Упрощения схемы и получения при этом значительного выходного тока до 1,5…2 А удалось до
- аметры. Упрощения схемы и получения при этом значительного выходного тока до 1,5…2 А удалось добиться использованием в регулирующем элементе блока мощного полевого транзистора VT4, имеющего большую крутизну характеристики (100…150 мАВ). Это позволило получить довольно большой коэффициент стабилизации напряжения при … Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор. Лабораторный БП на К143ЕНЗ. Мой рабочий quot;лабораторныйquot; блок питания служит уже более 20 лет. Но для того, чтобы регулирующий полевой транзистор обеспечивал большой выходной ток, необходимо подавать на затвор открывающее напряжение 10…20 В. По этой причине в блоке предусмотрены два источника на напряжение 20 В. Один из них — мощный на диодах VD3, VD4 -служит источником нагрузочного тока, а второй -маломощный на диодах… Стабилитрон VD6 защищает полевой транзистор. В результате сравнения обоих уровней, сигнал рассогласования поступает на базу второго транзистора, который включен по схеме усилителя тока и управляет силовым транзистором VT4. При применении обычного полевого транзистора на базу транзистора может подаваться обратное напряжение значительной величины (gt;5 вольт). Также в качестве управляющего транзистора можно использовать биполярный транзистор, включенный по схеме Дарлингтона. Очень хорошо quot;ведетquot; себя на этом месте полевой транзистор IRF3205 — ему не нужен теплоотвод при токе до 1 А. Индуктивность дросселя L1 может быть любой от 40 до 600 мкГн… Ключ на мощном полевом транзисторе (пробовались IRFP460A, IRF1407, 55N80 ) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство, что выход ЛБП не имеет общего провода. Основой служит ОУ LM324 и 4 полевых транзистора. Схема электронной нагрузки на транзисторах. Лабораторный блок питания настроен на 5 В. Нагрузку показывает 0.49A. Легче на лм317 с плавным пуском и защитой собрать, или на мощном полевом транзисторе. (простые транзисторы прошлый век) Простой лабораторный регулируемый источник питания на двух транзисторах.
5…2 А удалось добиться использованием в регулирующем элементе блока мощного полевого транзистора VT4
55N80 ) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство
- но мощная схема на полевом транзисторе и регулируемом параллельном стабилизаторе tl431 Лабораторный Блок Питания С Полевым Транзистором filipokklubweeblycombloglaboratornij-blok-pitaniya-s Cached Предлагаемый для повторения лабораторный блок питания с Поскольку приобрести n-канальный мощный полевой транзистор с малым пороговым ЛАБОРАТОРНЫЙ БП С ИНДИКАЦИЕЙ НА МИКРОКОНТРОЛЛЕРЕ elworupublskhemy_blokov_pitanijalaboratornyj Cached Транзистор irf9540 допустимо заменить на irf4905
- превышающим 7
- так как они имеют малое падение напряжения при больших токах в нагрузке Схема лабораторного блока питания работа и настройка texnicrukonstrpitalopit2html Cached В результате чего третий транзистор откроется и тем замкнет базовую цепь vt2
Нажмите здесь , если переадресация не будет выполнена в течение нескольких секунд лабораторный блок питания полевой транзистор схема Поиск в Все Картинки Ещё Видео Новости Покупки Карты Книги Все продукты Картинки по запросу лабораторный блок питания полевой транзистор схема Мощный регулируемый блок питания на полевом Квант shema mocshnyj Мощный регулируемый блок питания на полевом транзисторе схема В нем в качестве силового применен мощный полевой транзистор IRLR Хотя он Мой рабочий лабораторный блок питания служит уже более лет Мощный лабораторный блок питания с MOSFET wwwmastervintikrusamodelnyjblok окт установить мощный pканальный полевой транзистор , Смотрите следующую схему ЛАБОРАТОРНЫЙ БЛОК Самодельный блок питания на MOSFET транзисторе МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ samodelnieru tranzistor e Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор , можно собрать напряжения например для лабораторного блока питания резистор R нужно заменить переменным МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ pinterestru Источник питания В rclradioru Принципиальная Схема , Самодельный лабораторный блок питания Лабораторный блок питания своими руками Вольт май Простой лабораторный блок питания делаем своими руками с Вся скромная обвязка полевого транзистора размещена на Схема лабораторного блока питания sekretmasteraru Полевик В Блок Питания Песочница QA Форум по радиоэлектронике бло Скажите, можно сделать как то регулируемый блок питания с силовым полевым транзистором , Источник питания на полевых транзисторах типа IRF meandrorgarchives ноя Опубликовано в Источники питания Собрал и проверил схему стабилизатора RKUC , показанную на рис Но для нормальной работы полевых транзисторов VT и Источники питания Радиолюбительские схемы radioschemyrusupplyhtml Предлагаемая схема блока питания БП может служить как лабораторным источником напряжения с пределами Самодельный лабораторный блок питания vladikoms окт Когда то у меня был советский источник питания Б, он очень громко и противно пищал, Лабораторный блок питания на Lm и транзисторе апр Лабораторный блок питания на Lm и транзисторе ТА Схему скиньте пожалуйста! myoutubecom Однополярный лабораторный БП ВА РАДИО для radiokitsucozruindexlbp Однополярный лабораторный блок питания ВА с грубой и В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZN Обе схемы приведены ниже Компактный лабораторный блок питания В Схема power авг Два мощных полевых транзистора установлены с целью равномерно распределить выделяемое Схема лабораторного блока питания с описанием его wwwtexnicrukonstrpitalopithtml Приведены принципиальные схемы лабораторного блока питания На биполярном транзисторе VT собрана схема модуля сравнения который, шунтируя затвористок полевого транзистора VT и сопротивление канала Комбинированный лабораторный блок питания VA scheme s power a Этот лабораторный блок питания способен обеспечить стабилизацию как тока, так и Схема блока показана на рис Но для того, чтобы регулирующий полевой транзистор обеспечивал Ищу схему БП на полевых IRFZ CQHam wwwcqhamrushowthreadphp? авг Из разбомбленного УПСа на Вт выпали транзисторы IRFZ По четыре штуки на Лабораторный блок питания , Принципиальные схемы cxemamyru tranzistor e июл Лабораторный блок питания , В, А зарядное устройство Проще всего вместо силового pnp транзистора установить мощный pканальный полевой транзистор , Рецепт создания хорошего лабораторного бп vipcxemaorg vipcxemaorgretseptsozdaniya Оригинальные схемы и конструкции радиопередатчиков, зарядных устройств, сигнализаций, усилителей, блоков Блок питания на мосфетах схема Мощный лабораторный блок , В у составных транзисторов, что приводит к их pканальный полевой транзистор , мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока beachdomynoczmoshchnyepolevye мар мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока питания Блок питания POWER ICE ЗОА v Компактный лабораторный блок питания В Схема RadioHata PDF Схемы лабораторных блоков питания на полевых транзисторах tweakguukjppuapdf элемента используется полевой транзистор IRLZN Схема стабилизации напряжения собрана Лабораторный блок питания от Вольт от , Делаю лабораторный блок питания , нужна помощь power дек Вот схема промышленного лабораторного БП НР, думал просто пожалуйста, сэмулируйте эту схему Коэффициент усиления у полевых транзисторов вообщето Схемы лабораторных блоков питания на полевых konavebezubambukmodalrunethuzo Рассмотрены особенности работы полевых транзисторов типа Блок питания на полевых транзисторах irf Импульсный блок питания своими руками схема и принцип scheme s июн лабораторных источников питания и так далее В качестве блока управления полевых транзисторов , используется самотактируемый полумостовой драйвер IR Лабораторный блок питания на полевых транзисторах схема Лабораторный блок питания на полевых транзисторах схема лабораторный блок питания на полевых транзисторах схема Первое включение производится без LM и транзисторов Схема импульсного лабораторного блока питания на TL wwwradioradarnet power pulsed_ янв Импульсный лабораторный блок питания структурная схема и Здесь за выравнивание тока отвечают два полевых транзистора обязательно крепятся на теплоотвод tlcn схема блока питания на полевых Anapo anapoboliviaorgtlcnskhemablok апр tlcn схема блока питания на полевых транзисторах бп Рецепт создания хорошего лабораторного блока питания транзистором , так же от выбранной схемы будет, мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока prakardcomviewtopicphp? мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока питания tm транзисторы Самый простой самодельный лабораторный блок питания с Мощный лабораторный блок питания В А rclradioru янв Полевые транзисторы Биполярные транзисторы IGBT Блок питания состоит из схемы стабилизатора на R R служат для уравнивания тока через транзисторы, мощные полевые транзисторы схемы регулируемого блока wwwgardensspapl май биполярные транзисторы , полевые mosfet и igbt Лабораторный блок питания своими руками PDF Полевые транзисторы схема защиты питания СКАЧАТЬ langpenlkppuapdf фев Схема блока питания на Ампер с защитами; Схема блока питания от Источник питания на полевых Мощный Лабораторный Блок Питания С Mosfet Транзистором Простые импульсные блоки питания Журнал Datagorru power prostye При этом нижний по схеме транзистор PDF Схема транзистора вольт СКАЧАТЬ forzipazppua forzipazppuapdf Схема лабораторного блока питания Вольт Схема с общим транзистора Полевой транзистор с изолированным затвором mosfet Полевой Импульсный Блок Питания На Полевых Транзисторах ноя Стабилизатор напряжения для лабораторного блока Схема такого блока питания была найдена в одном из Это специальные высоковольтные полевые транзисторы PDF Схема регулируемого бп на полевых транзисторах СКАЧАТЬ guiwegtbppuapdf СКАЧАТЬ Схема регулируемого бп на полевых транзисторах PDF бесплатно Мощный Лабораторный Блок Питания С Mosfet Транзистором БП на Электронная нагрузка Блоки питания Источники питания vprlrupublistochniki Рисунок Принципиальная электрическая схема электронной нагрузки В качестве ключа используется полевой транзистор T с низким сопротивлением Двухполярный лабораторный блок питания своими руками транзистор Схемы источников питания shemuruistocnikitag транзистор С помощью такого устройства можно не только быстро настроить блок Проверка полевых транзисторов Стабилизированный лабораторный блок питания вольт radiohomeru дек Стабилизированный лабораторный блок питания вольт Упрощения схемы и получения при этом значительного элементе блока мощного полевого транзистора VT, Линейный стабилизатор для лабораторного блока питания мар Ещё один кубик для лабораторного блока питания , на этор раз Мощный проходной транзистор полевой , Рканальный Источник опорного напряжения ,в Принципиальная схема стабилизатора ЛБП лабораторный блок питания полевой транзистор схема wwwfronzekgutheildelaboratornyi апр лабораторный блок питания полевой транзистор схема Мощный лабораторный блок питания с схема регулированного бп на полевом транзисторе pellegrinetcomskhema май схема регулированного бп на полевом транзисторе напряжения на полевом транзисторе Известная схема лабораторный блок питания полевой транзистор схема Лабораторный блок питания ВА NewAuction Однополярный лабораторный блок питания В, А регулировками выходного напряжения, элемента используется пара полевых транзисторов IRF NKZ Схема стабилизации напряжения собрана на U и U VRTP Лабораторный блок питания Эта схема лабораторного блока питания , как я его вижу Рассчитан на проходной Дарлингтон О применении полевых транзисторов в качестве силовых Печатные платы лабораторный блок питания полевой транзистор схема dhkctuq masrolichieklablogcoma Скачать тут лабораторный блок питания полевой транзистор схема В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR ZXYS, или развитие истории самодельного мощного kirichblogzxys фев Блок питания исправен и работает абсолютно самодельного мощного лабораторного блока питания Те схема выглядит так Входное напряжение установлен драйвер мощного полевого транзистора PDF схем для радиолюбителей LabKit labkitru power Istochniki_pitaniya_ в регулирующем элементе полевого транзистора V и высокоомной Схема блока питания изображена на рисунке Рабочие Этот лабораторный блок питания способен обеспечить схема блока питания на полевых транзисторах а nicepharmacomskhemablokapitanii май схема блока питания на полевых транзисторах а надежной микросхеме ir Лабораторный блок питания своими В новинке установлены дискретные транзисторы , Блок питания а на полевых транзисторах схема My First dasijugemjp?eid сен Блок питания на полевых транзисторах IRF Стабилизатор напряжения для лабораторного блока Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор , Схема блока питания на полевом транзисторе портал с shema tranzistor e Картинки по запросу схема блока питания на полевом транзисторе напряжения например для лабораторного блока питания резистор R нужно Стоит полевой транзистор IRLR схема мощного регулируемого блока питания на полевом wwwzsmarcinkowiceeduplskhema мар схема мощного регулируемого блока питания на полевом транзисторе схема Yahoo Search Запросы, похожие на лабораторный блок питания полевой транзистор схема лабораторный блок питания на полевом транзисторе блок питания на lm с мощным транзистором блок питания на полевом транзисторе своими руками блок питания для трансивера на полевых транзисторах блок питания на мосфетах мощный лабораторный блок питания на транзисторах импульсный блок питания на полевом транзисторе блок питания на lm с полевым транзистором След Войти Версия Поиска Мобильная Полная Конфиденциальность Условия Настройки Отзыв Справка
В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR2905. Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. Упрощения схемы и получения при этом значительного выходного тока до 1,5…2 А удалось добиться использованием в регулирующем элементе блока мощного полевого транзистора VT4, имеющего большую крутизну характеристики (100…150 мАВ). Это позволило получить довольно большой коэффициент стабилизации напряжения при … Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор. Лабораторный БП на К143ЕНЗ. Мой рабочий quot;лабораторныйquot; блок питания служит уже более 20 лет. Но для того, чтобы регулирующий полевой транзистор обеспечивал большой выходной ток, необходимо подавать на затвор открывающее напряжение 10…20 В. По этой причине в блоке предусмотрены два источника на напряжение 20 В. Один из них — мощный на диодах VD3, VD4 -служит источником нагрузочного тока, а второй -маломощный на диодах… Стабилитрон VD6 защищает полевой транзистор. В результате сравнения обоих уровней, сигнал рассогласования поступает на базу второго транзистора, который включен по схеме усилителя тока и управляет силовым транзистором VT4. При применении обычного полевого транзистора на базу транзистора может подаваться обратное напряжение значительной величины (gt;5 вольт). Также в качестве управляющего транзистора можно использовать биполярный транзистор, включенный по схеме Дарлингтона. Очень хорошо quot;ведетquot; себя на этом месте полевой транзистор IRF3205 — ему не нужен теплоотвод при токе до 1 А. Индуктивность дросселя L1 может быть любой от 40 до 600 мкГн… Ключ на мощном полевом транзисторе (пробовались IRFP460A, IRF1407, 55N80 ) имеет стандартное включение по отношению к DA1 и пусть никого не смущает то обстоятельство, что выход ЛБП не имеет общего провода. Основой служит ОУ LM324 и 4 полевых транзистора. Схема электронной нагрузки на транзисторах. Лабораторный блок питания настроен на 5 В. Нагрузку показывает 0.49A. Легче на лм317 с плавным пуском и защитой собрать, или на мощном полевом транзисторе. (простые транзисторы прошлый век) Простой лабораторный регулируемый источник питания на двух транзисторах.
Как прозвонить импульсный блок питания
Неисправности современных импульсных блоков питания
Часто причины отказов импульсных источником напряжения кроется в некачественном сетевом напряжении. Понижение и повышение напряжения сети, скачки напряжения, отключение сети, негативно сказываются на надежности электронных компонентов схем питания.
Импульсный блок питания
Особенно болезненно переносят такие скачки и отключения сети — это силовые диоды, мощные транзисторы, ШИМ контроллеры, конденсаторы. Хорошо, когда у вас преобразователь напряжения выполнен без заливки компаундом. Ремонт таких импульсных блоков питания можно сделать своими руками.
Все чаще появляются источники напряжения, залитые компаундом. Их не берут на ремонт даже в специализированных мастерских. Для них только один вариант ремонта — это замена новым. Неправильная эксплуатация этих источников, подключение более мощных нагрузок, также могут быть причиной их выхода из строя.
Не нужно эти преобразователи сразу отдавать в ремонт, причины их отказа могут быть довольно простыми, и вы с легкостью с ними справитесь. Для более сложных неисправностей нужны некоторые познания в электронике. Опыт в ремонте приходит со временем, чем вы больше будете им заниматься, тем больше обретете знаний.
Диагностика неисправностей импульсных блоков питания
Самое главное в ремонте — это найти неисправность, а устранить ее дело техники. Схемотехнику импульсных источников питания можно разделить на входную и выходную части. К входной части относится высоковольтная схема, а к выходной низковольтная.
Простой импульсный блок питания
В высоковольтной ее части платы все элементы работают под высоким напряжением, поэтому они чаще выходят из строя, чем элементы низковольтной части. Высоковольтная схема имеет сетевой фильтр, диодные мосты для выпрямления переменного напряжения сети, ключи на транзисторах и импульсный трансформатор.
Используются ещё и небольшие развязывающие трансформаторы, которые управляются ШИМ контроллерами и подают импульсы на затворы полевых транзисторов. Таким образом, происходит гальваническая развязка сетевых и вторичных напряжений. Для такой развязки часто в современных схемах используются оптроны.
Схема импульсного блока питания на транзисторах
Выходные напряжения также имеют гальваническую развязку с сетью через силовой трансформатор. В простых схемах преобразования вместо ШИМ контроллеров используют автогенераторы на транзисторах. Эти дешевые источники напряжения применяются для питания галогенных ламп, светодиодных ламп и т. д.
Особенностью таких схем является простота и минимум элементов. Однако простые и дешевые источники напряжения без нагрузки не запускается, выходное напряжение нестабильно и имеют повышенные пульсации. Хотя на освещение галогенных ламп эти параметры влияния не оказывают.
Диодный мост импульсного блока питания АТХ
Ремонт такого устройства очень прост из-за небольшого количества элементов. Наиболее часто возникают неисправности в высоковольтной части схемы, когда пробивается один или несколько диодов, вспучиваются электролитические конденсаторы, отказывают силовые транзисторы. Также выходят из строя диоды низковольтной схемы, перегорают дросселя выходного фильтра и предохранитель.
Неисправность этих элементов можно обнаружить мультиметром. Другие же неисправности импульсных блоков требуют применения осциллографа, цифрового мультиметра. В этом случае лучше отдать блок на ремонт в мастерскую. Предохранитель можно легко прозвонить мультиметром на наличие напряжения после предохранителя.
Предохранитель импульсного блока питания
Если перегорел предохранитель нужно внимательно визуально проверить всю схему платы, дорожки, нарушение паек, потемнение элементов схемы и участков дорожек, вспучивание конденсаторов. Если диоды плохо прозваниваются мультиметром на плате, их выпаивают, и проверяет каждый в отдельности.
Проверяются все элементы платы, неисправный меняют и только тогда включается блок в сеть для проверки. При диагностике конденсаторы тоже выпаиваются и проверяются тестером. Сгоревший дроссель можно перемотать, определив количество витков, сечение провода. Найти необходимый дроссель в продаже будет нелегко, лучше его восстановить самому.
Ремонт блоков ИБП компьютеров и телевизоров
Для ремонта источника импульсного напряжения понадобится такие инструменты как паяльник с регулировкой температуры, набор отвёрток, кусачки, пинцет, монтажный нож, обычная лампа на 100 Вт. Из материала понадобится припой, флюс, спирт для удаления канифоли кисточкой с паек платы. Из приборов нужен будет мультиметр.
Так как импульсные блоки питания (ИБП) телевизоров и компьютеров имеют стандартные схемы, то и методика обнаружения неисправностей в них будет одинакова. Нарушение работы преобразователя напряжения телевизора можно определить по отсутствию подсветки светодиода.
Блок питания компьютера АТХ
Начинают ремонт с проверки сетевого шнура, снятия блока питания с телевизора, внимательного осмотра элементов и дорожек платы. Ищут вздутые конденсаторы, потемнение дорожек, треснутый корпус алиментов, обугливание сопротивлений, нарушение целостности паек, особенно у выводов импульсного трансформатора.
Если внешних повреждений не найдено мультиметром, проверяют предохранитель, диоды, силовые транзисторы ключей, работоспособность конденсаторов. Когда вы уверены в исправности всех элементов, а устройство не работает, нужно менять микросхему генератора импульсов.
В преобразователе телевизора основные неисправности возникают в балластных резисторах, электролитических конденсаторах низкого напряжения, диодах. Прозвонить их можно не снимая с плат (кроме диодов). После устранения неисправностей припаивают лампу 100 Вт взамен предохранителя и включают.
- Лампа загорается и гаснет, появляется свечение светодиода спящего режима. Светится экран телевизора. Тогда проверяют напряжение строчной развертки, если оно, выше нормы меняют конденсаторы.
- Лампа загорается и тухнет, а светодиод не светится, нет растра. Причина, скорее всего в генераторе импульсов. Меряют напряжение на конденсаторе, которое должно находиться в пределах 280 — 300В. Если напряжение ниже, неисправность ищут в диодах или в утечке конденсатора. При отсутствии напряжения на конденсаторе, снова проверяют все цепи высоковольтных источников питания.
- Лампа горит ярко при неисправности некоторых элементов. Источник напряжения проверяют заново.
С помощью лампы накаливания можно находить вероятные неисправности источника. Для ремонта источника АТХ компьютера, нужно собрать схему нагрузки как на рисунке ниже или подключить к компьютеру. Однако, если неисправность блока АТХ на устранена можно спалить материнскую плату.
Вариант нагрузки для БП компьютера
Внешнее проявление отказа блока ATX может быть, когда не включается материнская плата, вентиляторы не работают или блок пытается многократно включиться. Перед поиском неисправностей устройства нужно пылесосом и кисточкой очистить его от пыли. Также проводится визуальный осмотр элементов, дорожек платы и только после этого включается нагрузка.
Если перегорает предохранитель, тогда подключают лампу накаливания 100 Вт, как при проверке источника напряжения в телевизоре. Когда лампа загорается, но не гаснет, неисправность ищут в конденсаторе, трансформаторе и диодах моста. При целом предохранителе неисправность могла возникнуть в ШИМ контроллере, тогда необходимо заменить устройство. Также многократный запуск источника указывает на неисправность стабилизатора опорного напряжения.
Техника безопасности при ремонте импульсного блока питания
Высокая сторона устройства не имеет гальванической развязки с сетью, поэтому нельзя прикасаться к элементам этой части двумя руками. При касании одной рукой вы получите ощутимый удар током, но это не смертельно. Нельзя проверять элементы, находящиеся под напряжением отверткой, пинцетом.
Высоковольтная схема устройства обозначается широкой полосой, а внутренняя часть мелкими штрихами краски. Устройство имеет высоковольтный конденсатор, который после выключения блока держит опасное напряжение до 3 минут. Поэтому после выключения нужно ждать пока конденсаторы не разрядятся или их разрядить через резистор 3 — 5 Ком. Повысить безопасность при ремонте устройства можно с помощью трансформатора безопасности.
Схема трансформатора безопасности
Этот трансформатор имеет две обмотки на 220 В мощностью до 200 Вт (зависит от мощности ИБП). Такой трансформатор имеет гальваническую развязку с сетью. Первичная обмотка трансформатора включается в сеть, а вторичная с лампой подсоединяется к ИБП. В этом случае вы можете прикасаться к элементам высокой части устройства одной рукой, вы не получите удар током.
Введение.
Мы уже рассматривали классический вариант диагностики импульсного блока питания некоторые моменты мы сознательно опустили, для более простой подачи материала. Практика показала, что у части специалистов возникают вопросы даже после ознакомления с публикацией, постараемся исправить этот пробел. Материал является самостоятельным и строго ориентирован на ремонт блока питания с ШИМ UC3843 (3842,3844,3845). В качестве примера будем рассматривать уже рассмотренный блок питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А) выполненного на ШИМ 3843 в виду его классического исполнения.
Схемотехника.
Хотя часть ремонтируемых блоков питания не имеют родных схем, большинство ремонтов блоков питания на ШИМ 3843 (3842,3844,3845) мы выполняем по нижеприведенной принципиальной электрической схеме.
Схема блока питания D-Link JTA0302D-E (5В*2А), такая схемотехника характерна для канонических вариантов схем.
Подобная схема хоть и не соответствует стандартам, но максимально приближена к каноническому варианту исполнения принципиальных электрических схем. Некоторые признаки указывают, что схема была срисована с уже готового блока питания, а значит так ее видит автор. Если бы эту схему рисовали мы, то получился бы несколько другой вариант, по которому проще ремонтировать, схема от немного другого блока питания, несколько сумбурно прорисованы цепи обратной связи, холодная и горячая земля, но все же по ней проще делать диагностику.
Схема блока питания D-Link 5В*2А, такая схемотехника характерна для наглядных пособий по ремонту.
Отличие этих двух схем в элементной базе небольшие, но есть серьёзные различия в исполнении, если первая схема ориентирована на ГОСТ, то вторая схема нарисована специалистом ранее ремонтировавшим подобный блок питания.
Терминология.
Так как материал рассчитан на специалиста, редко занимающегося ремонтом импульсных блоков питания, то поиск по сопутствующим ресурсам или ответы от более опытных коллег, иногда ставят в тупик, вместо того чтобы помочь в решении проблемы. Такое происходит от специфики терминологии используемой в среде специалистов при ремонте блоков питания. Стоит отметить терминология может меняться от региона к региону, например грифлик может называться снаббером, а пусковой конденсатор – конденсатором первого удара.
Схема блока питания D-Link 5В*2А, с небольшими корректировками, для удобства чтения.
Структурная блок схема блока питания D-Link 5В*2А
Что бы не было неоднозначности, конкретно пропишем каждые элементы блок схемы, функционал и особенности диагностики рассмотрим позже.
1.Входной фильтр
Предохранитель F1 (2.25А) тут возможно опечатка или неудачное сокращение, скорее всего имеется ввиду 2А*250В, по функционалу – не занимается фильтрацией, но мы его отнесли к цепям входного фильтра
Терморезистор TR(5 Ом) необходим для «мягкого пуска» блока питания в момент включения и хотя по функционалу – не занимается фильтрацией, мы его отнесли к цепям входного фильтра.
Х-конденсатор XC1 (100 pF*250B), тут стоит обратить внимание – это X конденсатор.
Дроссель L1 – как правило это проволочный дроссель на феррите (не пермаллой), выполненный в виде трансформатора.
2.Входной выпрямитель
Диодный мост DB1-DB4(1N4007)
Конденсатор входного выпрямителя С1(33мкф*400В)
3.Высокочастотный трансформатор
T1.1 Высоковольтная (первичная) обмотка
T1.2 Обмотка для питания ШИМ
T1.3 Низковольтная (вторичная) обмотка
4. Грифлик.
Резистор R1(39кОм) редко бывает в планарном исполнении, так как на нем рассеивается значительная мощность
Конденсатор С2(4700 пФ*2кВ) использование низковольтного конденсатора в этой цепи недопустимо.
Быстродействующий диод VD1(PS1010R) – не смотря на рабочее напряжение конденсатора 2кВ, рабочее напряжение этого диода обычно 1кВ, при хорошем токе в 1А.
5. Выходной выпрямитель.
Диод Шотки VD5-VD6 (SB340) использование диодов Шотки позволяет на малых мощностях обойтись без дополнительных элементов охлаждения.
Конденсаторы LowESR C9, C10 (680 мкФ*10В) использование обычных конденсаторов допустимо, но резко снижает ресурс блока питания, так как эти конденсаторы работают в очень жестком режиме.
Дроссель L2 выполняет двойную функцию является накопителем для конденсатора С20, а так же является элементом фильтра.
Конденсатор С20 (220мкФ*10В) – благодаря дросселю L2 работает в нормальном режиме и особых требований, кроме массогабаритных показателей, к этому конденсатору не предъявляется.
Резистор R21(220 Ом) – формально не является элементом выходного выпрямителя, а служит для быстрого разряда С9,С10, С20, L2.
6. Силовой ключ.
МОП транзистор с n-каналом VT1(P4NK60Z), полевой транзистор на работу с которым рассчитан ШИМ UC3843
7. Токовый датчик.
Резистор R2(1.5 Ом) не смотря на то, что рассеивает значительную мощность, встречается как в планарном так и проволочном исполнении. В случае планарного исполнения набирается путем параллельного соединения нескольких планарных резисторов.
Резистор R8 (300 Ом), R3(750кОм) и С4 (10нФ) мы не хотели добавлять эти элементы в раздел токовый датчик, так как они создают некоторую путаницу в терминологии, ведь под понятием токовый датчик подразумевается именно резистор R2(1.5 Ом) и только он, но слово из песни не выкинешь, так как формально эти элементы так же являются цепями токового датчика, мы вынуждены их упомянуть, тем самым создав некоторую путаницу в терминологии токового датчика.
8. Цепь запуска.
Резистор R4 (300кОм) не смотря на простоту один из самых сложных элементов блока питания, так именно он определяет возможные замены ШИМ на аналоги, именно он выглядит как неисправный элемент, так как он рассеивает значительные мощности, именно при замене этого резистора забывают посмотреть рабочее напряжение резистора, а ведь оно должно быть не менее 400 В, для примера, планарный резистор типоразмера 1206 имеет максимальное рабочее напряжение 250В.
9. Рабочее питание
T1.2 Обмотка для питания ШИМ
Резистор R9 (5.1 Ом) элемент интегрирующей цепи для гашения паразитных выбросов трансформатора, очень неоднозначный элемент – именно неудачный выбор (слишком большой номинал) этого элемента заставляет срываться блок питания на холостом ходу.
Выпрямительный диод VD2 (1N4148) – обыкновенный диод без всяких изысков.
ZD1 (BZX55C20) еще один неоднозначный элемент схемы, о нем мы поговорим попозже и рассмотрим подробнее, на данном этапе лишь укажем его характеристики 20В, 5 мА. Отметим только тот факт, что он доставляет много проблем начинающим ремонтникам.
10.Пусковой конденсатор.
Конденсатор С6 (47мкФ*25В) – без преувеличения можно назвать основным элементом импульсного блока питания. Косвенно, как только механик начинает видеть этот конденсатор только посмотрев на блок питания, можно говорить о квалификации этого ремонтника. Отметим – этот элемент всегда подлежит замене при любом ремонте импульсного блока питания, пренебрежение этой рекомендацией превращает ремонт в борьбу с ветряными мельницами.
11. ШИМ.
U2(UC3843) – не нуждается представлении, отметим только это самый простой в реализации и надежный в эксплуатации ШИМ для своего времени.
12. Драйвер силового ключа.
Резистор R5(150 Ом), рассматриваемая схема самый неудачный пример для рассматривания драйвера силового ключа, так как большинстве своем, драйвер имеет радикальное отличие от рассматриваемого, обычно это резистор номиналом 15-30 Ом.
13. Внешние цепи генератора.
Резистор R11(3кОм) и конденсатор С5(10нФ) задают частоту генерации.
14. Обратная связь.
Делитель на резисторах R22(5.25кОм) и R23(4.87 кОм)
Токоограничивающий резистор R17(470 Ом)
Оптопара гальванической развязки U1.1, U1.2
Регулируемый стабилитрон U3(KA431AZ)
Элементы коррекции цепи обратной связи конденсаторы С12 (1мкФ*50В), С3(10нФ)
Отдельно стоит отметить помехоподавляющий Y конденсатор YC2(2200пФ), но не столько из за его функционала, сколько благодаря ему можно (и нужно) отличать «горячую» и «холодную» землю.
В зависимости от причин и видов возникших поломок, могут потребоваться различные виды инструментов, обязательно необходимо иметь:
- набор отверток с различными типами рабочих наконечников и размерами;
- изоляционная лента;
- пассатижи;
- нож с острым лезвием;
- паяльный аппарат, припой и флюс;
- оплетка, предназначенная для удаления ненужного припоя;
- тестер или мультиметр;
- пинцет;
- кусачки;
В наиболее сложных случаях, когда не удается установить точную причину неполадок, может понадобиться осциллограф.
Ремонт основных неисправностей
После осуществления диагностики, и выявления причин некорректной работы импульсного блока питания, можно приступать к его ремонту:
- Скопившуюся внутри блока питания пыль можно просто устранить при помощи обычного бытового пылесоса.
- Если причина была в неисправном предохранителе, то необходимо приобрести новую деталь, которая имеется во всех соответствующих в магазинах. После этого, осуществляется удаление старого элемента и пайка нового предохранителя. Если эта последовательность действий не помогла, и блок питания так и не заработал, то остается отдать его в мастерскую для диагностики при помощи профессиональных видов оборудования, либо просто приобрести новое устройство.
- Если проблема была в конденсаторах или диодах, то неисправность исправляется по такому же алгоритму: приобретаются новые детали и впаиваются в схему вместо старых элементов.
- Если проблема неисправности заключалась в дросселе, то его заменять необязательно, поскольку этот элемент можно починить по довольно легкой методике. Дроссель извлекается из блока питания, после чего его потребуется разобрать и начать сматывать обгоревший провод, при этом, важно внимательно считать сматываемые витки. Затем необходимо подобрать аналогичный провод с равным диаметром и намотать его вместо испорченного проводника, осуществляя такое же количество витков, которое было смотано. После осуществления этих действий, дроссель устанавливается обратно на свое место и, если все было сделано правильно, устройство должно функционировать.
- Термисторы ремонту не подлежат, их просто меняют на новые элементы, чаще всего это осуществляется вместе с предохранителями.
- Для профилактики, во время ремонта можно извлечь из устройства кулер и смазать машинным маслом, после чего установить его на место.
- Если на поверхности платы были обнаружены трещины, которые повредили соединение контактов, то их необходимо закрыть при помощи пайки. Таким же образом исправляется любое нарушение контактов в резисторе, индукторе или трансформаторе.
Устройство
Блоки питания подобного типа являются по своей сути разновидностью стабилизаторов напряжения, устройство которых выглядит следующим образом:
- Сетевой выпрямитель является одним из основных элементов, который необходим для сглаживания возникающих пульсаций. Также, он требуется для поддержания заряда фильтрующих конденсаторов во включенном режиме и непрекращающейся передаче электроэнергии в нагрузку, если напряжение в главной питающей сети упало ниже допустимых для работы параметров. В его конструкцию входят особые разновидности фильтров, позволяющие подавлять большинство возникающих помех.
- Преобразователь напряжения, основными составными частями которого являются конвертор и контроллер управляющего устройства.
- Конвертор также имеет сложную структуру, в которую входит трансформатор импульсного типа, инвертор, ряд выпрямителей и стабилизаторов, которые обеспечивают вторичную подпитку и снабжение нагрузки напряжением. Инвертор необходим для изменения формы постоянного выходного напряжения, которое после процесса преобразования становится переменным напряжением с прямоугольной формой. Наличие трансформатора, функционирующего на высоких частотах со значением выше 20 кГц, обусловлено необходимостью поддержания рабочего состояния инвертора в автогенераторном режиме, а также получения напряжения, которое используется для подпитки контроллера, нагрузочных цепей и ряда защитных схем.
- Контроллер выполняет функции по управлению транзисторным ключом, который входит в состав инвертора. Помимо этого, он стабилизирует параметры напряжения, подаваемого на нагрузку, и защищает устройство в целом от возможных перегрузок и нежелательных перегревов. Если в блоке питания имеется дополнительная функция, обеспечивающая дистанционное управление устройством, то за ее реализацию также отвечает контроллер.
- Контроллер блоков питания подобного типа состоит из целого ряда функциональных узлов, таких как источник, обеспечивающий его бесперебойным питанием; защитная система; модулятор длительности импульсов; логическая схема для обработки сигналов и формирователь особого вида напряжения, предназначенного для поступления на транзисторы, располагающие в конверторе.
- В большинстве современных моделей, присутствуют оптроны, используемые в качестве развязки. Они постепенно заменяют собой трансформаторные разновидности развязки, это происходит благодаря тому, что они занимают меньше свободного пространства и обладают возможностью передачи сигналов в гораздо более широком частотном спектре, но при этом требуют значительного количества промежуточных усилителей.
Основные неисправности и их диагностика
Иногда импульсные блоки питания ломаются и их неисправности могут носить самый разный характер, но существует ряд схожих случаев, на основе которых был составлен список наиболее часто встречающихся видов неисправностей:
- Нежелательное попадание внутрь устройства пыли, особенно строительной.
- Выход из строя предохранителя, чаще всего эта проблема вызывается другой неисправностью – выгоранием диодного моста.
- Отсутствие выходного напряжения при работоспособном и исправном предохранителе. Данная проблема может быть вызвана различными причинами, наиболее часто ими является поломка выпрямительного диода, либо перегорание фильтрационного дросселя в низковольтной области схемы.
- Выход из строя конденсаторов, чаще всего это случается по следующим причинам: потеря емкости, приводящая к плохому качеству фильтрации напряжения на выходе и повышению уровня рабочих шумов; чрезмерное увеличение параметров последовательного сопротивления; короткое замыкание внутри устройства или разрыв внутренних выводов.
- Нарушение соединений контактов, которое чаще всего вызывается трещинами в плате.
В зависимости от разных ситуаций, эта процедура имеет свои особенности:
- Осмотреть блок питанияв целом на наличие скопившейся в нем пыли, которая может быть причиной его некорректной работы.
- Проверить главную плату на наличие на ее поверхности трещин.
- Проведение визуального осмотра основной платы блока питания позволяет определить состояние предохранителей. Заметить поломку будет достаточно просто, этот элемент устройства вздуется или полностью разрушится в случае пробоя. Также рекомендуется сразу провести комплексную проверку силового моста, конденсатора фильтра и всех силовых ключей.
- Если предохранитель находится в исправном состоянии, то необходимо проверить дроссель и электролитные конденсаторы, неисправности также элементарно выявляются визуальным методом по возникшим деформациям либо вздутиям. Сложнее осуществляется диагностика диодного моста или отдельных диодов, их потребуется выпаять из схемы и отдельно проверить при помощи тестера или мультиметра.
- Проверка конденсатором также осуществляется визуальным методом, поскольку возникшие перегревы могли расплавить электролит и разрушить их корпусы, или при помощи специального прибора, предназначенного для измерения уровня их емкости, если внешних неисправностей выявлено не было.
- Провести осмотр термистора, который подвержен частым поломкам из-за скачков напряжения или перегревов. Если его поверхность стала черной, а сам он разрушается от легких прикосновений, значит, причина неполадок именно в нем.
- Проверить контакты всех оставшихся элементов (резистора, трансформатора, индуктора) на возможные нарушения соединения.
Советы
Дополнительно при осуществлении диагностики или ремонта импульсных блоков питания рекомендуется следовать следующим советам:
- Осуществление самостоятельного ремонта подобных устройств является довольно сложным процессом, который требует определенных навыков и знаний, даже если в наличии имеются подробные инструкции. Поэтому, если отсутствует уверенность в своих силах, лучше обратиться к квалифицированному мастеру, чтобы не нанести блоку питания еще более серьезные поломки.
- Перед началом осуществления любых действий с импульсным блоком питания, его необходимо отключить от электросети. При этом, нажатие соответствующей клавиши на самом устройстве не гарантирует полной безопасности во время ремонта, поэтому необходимо осуществить отключение силового шнура.
- После того, как блок питания был полностью обесточен, необходимо выждать около 10-15 минут перед началом каких-либо работ. Это время требуется для полной разрядки конденсаторов на плате.
- Если требуется проведение паяльных работ, то их необходимо осуществлять крайне осторожно, поскольку перегрев места пайки может вызвать отслоение дорожек, а также существует риск их замыкания припоем. Лучше всего, для этих целей подходят паяльные аппараты с параметром мощности, находящимся в диапазоне 40-50Вт.
- Сбор блока питания после окончания ремонта, допускается производить только после внимательного осмотра мест пайки, в частности, требуется проверка замыкание припоем между дорожками.
- Рекомендуется обеспечить импульсному блоку питания качественную вентиляцию и охлаждение, которые защитят его загрязнений и перегревов, что минимизирует возможные поломки. Также, не допускается перекрытие вентиляционных отверстий на устройстве.
в качестве переключателя — использование силового МОП-транзистора
Ранее мы видели, что N-канальный MOSFET в режиме расширения (e-MOSFET) работает с положительным входным напряжением и имеет чрезвычайно высокое входное сопротивление (почти бесконечное), что позволяет взаимодействовать практически с любым логическим вентилем или драйвером, поддерживающим получения положительного результата.
Мы также увидели, что благодаря очень высокому входному сопротивлению (затвору) мы можем безопасно соединить вместе множество различных МОП-транзисторов до тех пор, пока не достигнем требуемой пропускной способности по току.
Параллельное соединение различных полевых МОП-транзисторов может позволить нам переключать высокие токи или нагрузки высокого напряжения, но это становится дорогостоящим и непрактичным как для компонентов, так и для монтажной платы. Для решения этой проблемы были разработаны силовых полевых транзисторов или силовых полевых транзисторов .
Теперь мы знаем, что есть два основных различия между полевыми транзисторами: режим истощения только для полевых транзисторов JFET и режим увеличения и режим истощения для полевых МОП-транзисторов.В этом руководстве мы рассмотрим использование полевого МОП-транзистора с расширенным режимом в качестве коммутатора , поскольку этим транзисторам требуется положительное напряжение затвора для включения и нулевое напряжение для выключения, что делает их легко воспринимаемыми как переключатели, а также простыми в использовании. интерфейс с логическими вентилями.
Функционирование полевого МОП-транзистора в расширенном режиме или e-MOSFET лучше всего можно описать с помощью его кривых ВАХ, показанных ниже. Когда входное напряжение (V IN ) на затворе транзистора равно нулю, полевой МОП-транзистор практически не проводит ток, а выходное напряжение (V OUT ) равно напряжению питания V DD .Таким образом, полевой МОП-транзистор находится в состоянии «ВЫКЛЮЧЕНО», работая в пределах своей «отключенной» области.
Кривые характеристик полевого МОП-транзистораМинимальное напряжение затвора в открытом состоянии, необходимое для обеспечения того, чтобы полевой МОП-транзистор оставался включенным при прохождении выбранного тока стока, можно определить по приведенным выше кривым перехода V-I. Когда V IN HIGH или равно V DD , точка Q MOSFET перемещается в точку A вдоль линии нагрузки.
Ток стока I D увеличивается до максимального значения из-за уменьшения сопротивления канала.I D становится постоянным значением, независимым от V DD и зависит только от V GS . Следовательно, транзистор ведет себя как замкнутый переключатель, но сопротивление канала в открытом состоянии не уменьшается полностью до нуля из-за его значения R DS (on) , а становится очень маленьким.
Аналогичным образом, когда V IN имеет значение LOW или уменьшено до нуля, точка Q MOSFET перемещается из точки A в точку B вдоль линии нагрузки. Сопротивление канала очень велико, поэтому транзистор действует как разомкнутая цепь, и ток не течет через канал.Таким образом, если напряжение затвора MOSFET переключается между двумя значениями, HIGH и LOW, MOSFET будет вести себя как твердотельный переключатель «однополюсный однопозиционный» (SPST), и это действие определяется как:
1. Обрезка
Здесь условиями работы транзистора являются нулевое входное напряжение затвора (V IN ), нулевой ток стока I D и выходное напряжение V DS = V DD . Поэтому для полевого МОП-транзистора улучшенного типа проводящий канал закрыт, и устройство выключено.
Характеристики отсечки
|
Затем мы можем определить область отсечки или «режим выключения» при использовании электронного МОП-транзистора в качестве переключателя как напряжение затвора, V GS
2. Область насыщенности
В области насыщения или линейной области транзистор будет смещен так, что к устройству будет приложено максимальное напряжение затвора, что приведет к сопротивлению канала R DS (на будет как можно меньше с максимальным током стока, протекающим через Переключатель MOSFET Поэтому для MOSFET расширенного типа проводящий канал открыт, и устройство находится в положении «ON».
Характеристики насыщенности
|
Затем мы можем определить область насыщения или «режим включения» при использовании e-MOSFET в качестве переключателя в качестве напряжения затвор-исток, V GS > V TH , таким образом, I D = Максимум. Для полевого МОП-транзистора с P-каналом потенциал затвора должен быть более отрицательным по отношению к источнику.
Путем подачи подходящего управляющего напряжения на затвор полевого транзистора сопротивление канала сток-исток R DS (вкл.) может быть изменено от «сопротивления выключения» в несколько сотен кОм, что фактически означает разрыв цепи. до «сопротивления в открытом состоянии» менее 1 Ом, эффективно действующего как короткое замыкание.
При использовании полевого МОП-транзистора в качестве переключателя мы можем управлять полевым МОП-транзистором так, чтобы он включался быстрее или медленнее, или пропускал высокие или низкие токи. Эта способность включать и выключать силовой полевой МОП-транзистор позволяет использовать устройство в качестве очень эффективного переключателя со скоростью переключения, намного большей, чем у стандартных транзисторов с биполярным переходом.
Пример использования полевого МОП-транзистора в качестве переключателя
В этой схеме используется N-канальный полевой МОП-транзистор в расширенном режиме для включения и выключения простой лампы (также может быть светодиодом).
Входное напряжение затвора V GS устанавливается на соответствующий положительный уровень напряжения, чтобы включить устройство и, следовательно, ламповую нагрузку либо «ВКЛ» (V GS = + ve), либо нулевой уровень напряжения, который включает устройство. «ВЫКЛ.» (V GS = 0 В).
Если резистивная нагрузка лампы должна быть заменена индуктивной нагрузкой, такой как катушка, соленоид или реле, потребуется «диод маховика» параллельно с нагрузкой для защиты полевого МОП-транзистора от любой самогенерируемой обратной ЭДС.
Выше показана очень простая схема переключения резистивной нагрузки, например лампы или светодиода. Но при использовании силовых полевых МОП-транзисторов для переключения индуктивной или емкостной нагрузки требуется некоторая форма защиты, чтобы предотвратить повреждение полевого МОП-транзистора. Включение индуктивной нагрузки имеет эффект, противоположный управлению емкостной нагрузкой.
Например, конденсатор без электрического заряда представляет собой короткое замыкание, приводящее к сильному «броску» тока, и когда мы снимаем напряжение с индуктивной нагрузки, мы получаем большое обратное напряжение, нарастающее по мере схлопывания магнитного поля, что приводит к наведенная обратная ЭДС в обмотках индуктора.
Затем мы можем суммировать характеристики переключения как N-канального, так и P-канального типа MOSFET в следующей таблице.
| MOSFET Тип | В GS ≪ 0 | В GS = 0 | В GS ≫ 0 |
| Расширение N-канала | ВЫКЛ | ВЫКЛ | НА |
| Истощение N-канала | ВЫКЛ | НА | НА |
| Расширение P-канала | НА | ВЫКЛ | ВЫКЛ |
| Истощение P-канала | НА | НА | ВЫКЛ |
Обратите внимание, что в отличие от N-канального MOSFET, у которого вывод затвора должен быть более положительным (притягивающим электроны), чем у источника, чтобы позволить току течь через канал, проводимость через P-канальный MOSFET возникает из-за потока дыры.То есть вывод затвора P-канального MOSFET должен быть более отрицательным, чем источник, и будет прекращать проводить (отсечку) только до тех пор, пока затвор не станет более положительным, чем исток.
Таким образом, чтобы силовой полевой МОП-транзистор расширенного типа работал как аналоговое переключающее устройство, он должен переключаться между его «зоной отключения», где: V GS = 0 В (или V GS = -ve) и его « Область насыщения », где: V GS (вкл.) = + ve. Мощность, рассеиваемая в полевом МОП-транзисторе (P D ), зависит от тока, протекающего через канал I D при насыщении, а также от «сопротивления в открытом состоянии» канала, обозначенного как R DS (on) .Например.
МОП-транзисторв качестве примера переключателя №1
Предположим, что лампа рассчитана на 6 В, 24 Вт и полностью «ВКЛ», стандартный MOSFET имеет значение сопротивления канала (R DS (on) ) 0,1 Ом. Рассчитайте мощность, рассеиваемую в коммутационном устройстве MOSFET.
Ток, протекающий через лампу, рассчитывается как:
Тогда мощность, рассеиваемая на полевом МОП-транзисторе, будет выражена как:
Вы можете сидеть и думать, ну и что! Но при использовании полевого МОП-транзистора в качестве переключателя для управления двигателями постоянного тока или электрическими нагрузками с высокими пусковыми токами сопротивление канала «ВКЛ» (R DS (on) ) между стоком и источник очень важен.Например, полевые МОП-транзисторы, управляющие двигателями постоянного тока, подвергаются высокому пусковому току, когда двигатель впервые начинает вращаться, поскольку пусковой ток двигателей ограничен только очень низким значением сопротивления обмоток двигателя.
Поскольку базовое соотношение мощности: P = I 2 R, тогда высокое значение сопротивления канала R DS (on) просто приведет к рассеиванию и потере большого количества мощности внутри самого полевого МОП-транзистора, что приведет к чрезмерной температуре. подъем, который, если его не контролировать, может привести к сильному нагреву полевого МОП-транзистора и его повреждению из-за тепловой перегрузки.
Более низкое значение сопротивления канала R DS (вкл.) также является желательным параметром, поскольку оно помогает снизить эффективное напряжение насыщения каналов (В DS (насыщ.) = I D * R DS (вкл.) ) через полевой МОП-транзистор и, следовательно, будет работать при более низкой температуре. Силовые полевые МОП-транзисторы обычно имеют значение сопротивления R DS (on) менее 0,01 Ом, что позволяет им работать при более низкой температуре, продлевая срок их службы.
Одним из основных ограничений при использовании полевого МОП-транзистора в качестве переключающего устройства является максимальный ток стока, с которым он может справиться.Таким образом, параметр R DS (on) является важным показателем эффективности переключения полевого МОП-транзистора и просто задается как отношение V DS / I D , когда транзистор включен.
При использовании полевого МОП-транзистора или любого типа полевого транзистора в качестве твердотельного переключающего устройства всегда рекомендуется выбирать те, которые имеют очень низкое значение R DS (on) или, по крайней мере, устанавливать их на подходящую радиатор, чтобы уменьшить любой тепловой пробой и повреждение.Силовые полевые МОП-транзисторы, используемые в качестве переключателя, обычно имеют встроенную защиту от импульсных перенапряжений, но для сильноточных приложений лучше выбрать биполярный переходной транзистор.
Power MOSFET Управление двигателем
Благодаря чрезвычайно высокому входному сопротивлению или сопротивлению затвора, которое имеет полевой МОП-транзистор, его очень высокая скорость переключения и простота управления делают их идеальными для взаимодействия с операционными усилителями или стандартными логическими вентилями. Однако необходимо следить за тем, чтобы входное напряжение затвор-исток было выбрано правильно, поскольку при использовании полевого МОП-транзистора в качестве переключателя устройство должно получить низкое сопротивление канала R DS (вкл.) пропорционально этому входному напряжению затвора. .
МОП-транзисторы с низким порогом мощности могут не переключаться в положение «ВКЛ», пока на их затвор не будет подано минимум 3 В или 4 В, и если на выходе логического элемента будет только логика + 5 В, этого может быть недостаточно для полного перевода МОП-транзистора в насыщение. Доступны полевые МОП-транзисторы с нижним порогом, предназначенные для взаимодействия с логическими вентилями TTL и CMOS, которые имеют пороговые значения от 1,5 до 2,0 В.
Полевые МОП-транзисторымогут использоваться для управления движением двигателей постоянного тока или бесщеточных шаговых двигателей непосредственно из компьютерной логики или с помощью контроллеров типа с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ).Поскольку двигатель постоянного тока обеспечивает высокий пусковой момент, который также пропорционален току якоря, переключатели MOSFET вместе с ШИМ могут использоваться в качестве очень хорошего регулятора скорости, который обеспечит плавную и тихую работу двигателя.
Контроллер двигателя Simple Power MOSFET
Поскольку нагрузка двигателя является индуктивной, простой диод маховика подключается к индуктивной нагрузке для рассеивания любой обратной ЭДС, генерируемой двигателем, когда полевой МОП-транзистор выключает его. Фиксирующая цепь, образованная стабилитроном, включенным последовательно с диодом, также может использоваться для обеспечения более быстрого переключения и лучшего контроля пикового обратного напряжения и времени падения.
Для дополнительной безопасности можно разместить дополнительный кремниевый или стабилитрон D 1 через канал переключателя MOSFET при использовании индуктивных нагрузок, таких как двигатели, реле, соленоиды и т. Д., Для подавления переходных процессов переключения напряжения и дополнительных шумов. защита переключателя MOSFET при необходимости. Резистор R GS используется как понижающий резистор, помогающий снизить выходное напряжение TTL до 0 В, когда MOSFET выключен.
P-канальный переключатель MOSFET
До сих пор мы рассматривали N-канальный полевой МОП-транзистор как переключатель, в котором полевой МОП-транзистор помещен между нагрузкой и землей.Это также позволяет связать управляющий сигнал затвора или сигнал переключения полевого МОП-транзистора с землей (переключение нижнего уровня).
P-канал
Переключатель MOSFET
Но в некоторых приложениях нам требуется использование полевого МОП-транзистора с P-каналом в режиме улучшения, если нагрузка подключена непосредственно к земле. В этом случае переключатель MOSFET подключен между нагрузкой и положительной шиной питания (переключение на стороне высокого напряжения), как мы это делаем с транзисторами PNP.
В P-канальном устройстве обычный поток тока стока идет в отрицательном направлении, поэтому отрицательное напряжение затвор-исток применяется для переключения транзистора в положение «включено».
Это достигается за счет того, что полевой МОП-транзистор с P-каналом находится «вверх ногами», а его клемма истока подключена к положительному источнику питания + V DD . Затем, когда переключатель переходит в низкий уровень, полевой МОП-транзистор включается, а когда переключатель переходит в высокий уровень, полевой МОП-транзистор переключается в положение «ВЫКЛ».
Это перевернутое соединение переключателя MOSFET режима P-канала позволяет нам подключать его последовательно с MOSFET-транзистором с N-каналом для создания дополнительного или CMOS-коммутирующего устройства, как показано на двойном источнике питания.
Контроллер двигателя на дополнительных полевых МОП-транзисторах
Два полевых МОП-транзистора сконфигурированы для создания двунаправленного переключателя от двойного источника питания с двигателем, подключенным между общим соединением стока и заземлением. Когда вход LOW, P-канальный MOSFET включается, поскольку его переход затвор-исток имеет отрицательное смещение, поэтому двигатель вращается в одном направлении. Для привода двигателя используется только положительная шина питания + V DD .
Когда на входе ВЫСОКИЙ уровень, P-канальное устройство отключается, а N-канальное устройство включается, поскольку его переход затвор-исток имеет положительное смещение.Теперь двигатель вращается в противоположном направлении, потому что напряжение на клеммах двигателя было изменено на противоположное, поскольку теперь оно питается от отрицательной шины питания -V DD .
Затем P-канальный полевой МОП-транзистор используется для переключения положительного источника питания на двигатель для прямого направления (переключение на стороне высокого напряжения), в то время как N-канальный МОП-транзистор используется для переключения отрицательного источника питания на электродвигатель для обратного направления (переключение на стороне низкого уровня. ).
Существует множество конфигураций для управления двумя полевыми МОП-транзисторами с множеством различных приложений.И P-канальные, и N-канальные устройства могут управляться одной ИС управления затвором, как показано.
Однако, чтобы избежать перекрестной проводимости, когда оба полевых МОП-транзистора проводят одновременно через две полярности двойного источника питания, требуются устройства быстрого переключения, чтобы обеспечить некоторую разницу во времени между их выключением и другим включением. Один из способов решить эту проблему — управлять обоими затворами MOSFETS по отдельности. Затем это приводит к третьему варианту «СТОП» двигателя, когда оба полевых МОП-транзистора находятся в состоянии «ВЫКЛ».
Дополнительный стол управления двигателем на полевых МОП-транзисторах
| МОП-транзистор 1 | МОП-транзистор 2 | Функция двигателя |
| ВЫКЛ | ВЫКЛ | Двигатель остановлен (ВЫКЛ) |
| НА | ВЫКЛ | Мотор вращается вперед |
| ВЫКЛ | НА | Мотор вращается в обратном направлении |
| НА | НА | НЕ РАЗРЕШЕНО |
Обратите внимание, что важно, чтобы одновременно не допускались другие комбинации входов, так как это может привести к короткому замыканию в источнике питания, поскольку могут быть переключены оба полевых МОП-транзистора, полевые транзисторы 1 и полевые транзисторы 2 «ON» вместе приводят к: (fuse = bang!), Будьте осторожны.
Как и когда взрываются полевые МОП-транзисторы
Высокие температуры и рабочие условия за пределами безопасной рабочей зоны могут вывести из строя полевые МОП-транзисторы, используемые в схемах переключения.
MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) является основным компонентом в схемах преобразования энергии и коммутации для таких приложений, как приводы двигателей и импульсные источники питания (SMPS).МОП-транзисторы обладают высоким входным сопротивлением затвора, в то время как ток, протекающий через канал между истоком и стоком, регулируется напряжением затвора. Однако при неправильном обращении и защите высокий входной импеданс и усиление также могут привести к повреждению полевого МОП-транзистора из-за перенапряжения или слишком высокого тока.
Сначала несколько основных принципов предотвращения повреждения полевого МОП-транзистора. Очевидно, что и V gs , и V ds должны находиться в определенных пределах. То же по току, I d . Также существует ограничение мощности, определяемое максимальной температурой перехода.Базовые значения для верхнего максимума этих параметров приведены на графике безопасной рабочей области (SOA) в таблице данных MOSFET. Но, оказывается, могут применяться и другие тепловые ограничения. График SOA, например, обычно предполагает температуру окружающей среды 25 ° C с определенной температурой перехода, обычно ниже 150 ° C.Но существует множество условий, которые могут вызвать высокие температурные градиенты, которые могут привести к расширению и растрескиванию MOSFET умирают.
Новые поколения полевых МОП-транзисторов включают в себя особенности, которые включают низкий R DS (on) , чтобы минимизировать потери проводимости и повысить эффективность работы.Примеры включают полевые МОП-транзисторы NTMFS5C404NLT, NTMFS5C410NLT и NTMFS5C442NLT от ON Semiconductor, которые имеют максимальные значения R DS (on) 0,74, 0,9 и 2,8 мОм соответственно. Они дополняются моделями NTMFS5C604NL, NTMFS5C612NL и NTMFS5C646NL, которые имеют номинальное напряжение пробоя 60 В. Устройства на 40 и 60 В рассчитаны на работу при температурах перехода до 175 ° C, чтобы обеспечить больший тепловой запас для конструкций.Одним из факторов, который следует учитывать в этом отношении, является то, что термическое сопротивление MOSFET является средним; он применяется, если вся матрица имеет одинаковую температуру.Но полевые МОП-транзисторы, предназначенные для импульсных источников питания, могут испытывать большие колебания температуры в разных областях своего кристалла. Оптимизированные для включения / выключения, они обычно не работают в своей линейной области.
Типичным режимом отказа полевого МОП-транзистора является короткое замыкание между истоком и стоком. В этом случае только полное сопротивление источника питания ограничивает пиковый ток. Обычным результатом прямого короткого замыкания является плавление матрицы и металла, что в конечном итоге приводит к размыканию цепи. Например, достаточно высокое напряжение, приложенное между затвором и истоком (V GS ), разрушит оксид затвора MOSFET.Гейтс, рассчитанный на 12 В, скорее всего, откажется от напряжения около 15 В или около того; ворота с номиналом 20 В обычно выходят из строя при напряжении около 25 В.
В общем, превышение номинального напряжения MOSFET всего на несколько наносекунд может его разрушить. Производители устройств рекомендуют выбирать устройства MOSFET консервативно для ожидаемых уровней напряжения и дополнительно рекомендуют подавлять любые скачки напряжения или звон.
Слишком маленький привод затвора
Устройства MOSFET предназначены для рассеивания минимальной мощности при включении.Кроме того, полевой МОП-транзистор должен быть включен с большой нагрузкой, чтобы свести к минимуму рассеивание во время проводимости, в противном случае он будет иметь высокое сопротивление во время проводимости и будет рассеивать значительную мощность в виде тепла.
Вообще говоря, полевой МОП-транзистор, пропускающий большой ток, нагревается. Плохой теплоотвод может повредить полевой МОП-транзистор из-за чрезмерной температуры. Один из способов избежать слишком высокого тока — это параллельное соединение нескольких полевых МОП-транзисторов, чтобы они разделяли ток нагрузки.
Графики зависимости мощности полевого МОП-транзистора от температуры обычно делают предположения относительно теплоотвода и монтажа, как в случае с этим графиком для устройства ON Semiconductor CPh4348.Многие P- и N-канальные полевые МОП-транзисторы используются в топологиях, включающих конфигурацию H- или L-моста между шинами напряжения. Здесь, если управляющие сигналы на полевые МОП-транзисторы перекрываются, транзисторы фактически закорачивают питание. Это состояние известно как прострел. Когда он возникает, любые разделительные конденсаторы питания быстро разряжаются через оба полевых МОП-транзистора во время каждого переключения, вызывая короткие, но большие импульсы тока.
Способ избежать этого условия — обеспечить мертвое время между переключениями, в течение которого ни один из полевых МОП-транзисторов не включен.
Типичный график области безопасной работы полевого МОП-транзистора, этот для полевого МОП-транзистора CPh4348 от ON Semiconductor. График SOA обычно предполагает температуру окружающей среды 25 ° C с температурой перехода ниже 150 ° C.Перегрузки по току даже на короткое время могут вызвать прогрессирующее повреждение полевого МОП-транзистора, часто с небольшим заметным повышением температуры перед отказом. МОП-транзисторы часто имеют высокий пиковый ток, но они обычно предполагают пиковые токи продолжительностью только 300 мкс или около того. При переключении индуктивных нагрузок особенно важно завышать максимальную мощность полевых МОП-транзисторов.
При переключении индуктивных нагрузок должен быть путь, по которому обратная ЭДС может свободно вращаться при выключении полевого МОП-транзистора. Свободный ход — это внезапный скачок напряжения, наблюдаемый на индуктивной нагрузке, когда ее напряжение питания внезапно прерывается. МОП-транзисторы с расширенным режимом содержат диод, обеспечивающий такую защиту.
Резонансные цепи с высокой добротностью могут накапливать значительную энергию за счет своей индуктивности и емкости. При определенных условиях эта высокая энергия заставляет ток свободно проходить через внутренние диоды полевых МОП-транзисторов, когда один полевой МОП-транзистор выключается, а другой включается.(Внутренний диод образуется в pn переходе корпус-сток, подключенном между стоком и истоком. В N-канальных устройствах анод основного диода соединяется со стоком. В P-канальных MOSFET полярность обратная.) Проблема может возникают из-за медленного выключения (или обратного восстановления) внутреннего диода, когда противоположный MOSFET пытается включиться.
Корпусные диоды полевого МОП-транзистораобычно имеют длительное время обратного восстановления по сравнению с характеристиками самих полевых МОП-транзисторов. Если основной диод одного полевого МОП-транзистора проводит ток при включенном противостоящем устройстве, возникает короткое замыкание, напоминающее состояние прострела.Для решения этой проблемы используются диод Шоттки и диод с быстрым восстановлением. Диод Шоттки подключается последовательно с источником MOSFET и предотвращает прямое смещение основного диода MOSFET током свободного хода. Высокоскоростной диод (быстрое восстановление) подключается параллельно паре MOSFET / Schottky. Это позволяет току свободного хода полностью обходить полевой МОП-транзистор и Шоттки. Это гарантирует, что корпусный диод MOSFET никогда не перейдет в проводимость.
Продолжительность работы полевого МОП-транзистора может сильно повлиять на тепловое сопротивление.Этот конкретный примерный график предназначен для полевого МОП-транзистора CPh4348 от ON Semiconductor. Переходы
МОП-транзистор рассеивает мало энергии во время его устойчивого включения и выключения, но он рассеивает значительную энергию во время перехода. Таким образом, желательно переключаться как можно быстрее, чтобы минимизировать рассеиваемую мощность. Поскольку затвор MOSFET в основном емкостный, для зарядки и разрядки затвора требуются значительные импульсы тока за несколько десятков наносекунд. Пиковый ток затвора может достигать ампера.
Высокий импеданс входов MOSFET может привести к проблемам со стабильностью. При определенных условиях высоковольтные полевые МОП-транзисторы могут колебаться на высоких частотах из-за паразитной индуктивности и емкости в окружающей цепи (частоты обычно находятся в диапазоне низких мегагерц). Производители устройств рекомендуют использовать схему управления затвором с низким импедансом, чтобы предотвратить попадание паразитных сигналов на затвор MOSFET.
Список литературы
ON Semiconductor
onsemi.com
Атомные транзисторы MoS2 с переключением порога в сторону сверхмалой мощности
Abstract
Рассеивание мощности является фундаментальной проблемой для будущей электроники на основе микросхем. В качестве многообещающих материалов для каналов двумерные полупроводники демонстрируют отличные возможности масштабирования размеров и уменьшения токов в закрытом состоянии. Однако полевые транзисторы на основе двумерных материалов все еще сталкиваются с фундаментальным термоэлектронным ограничением подпорогового размаха в 60 мВ, декада -1 при комнатной температуре.Здесь мы представляем атомный полевой транзистор с переключением порога, построенный путем интеграции металлического нитевидного порогового переключателя с двумерным каналом MoS 2 , и получаем резкую крутизну характеристик включения и декаду 4,5 мВ −1 подпороговые колебания (более пятидесяти лет). Это достигается за счет использования эффекта отрицательного дифференциального сопротивления от порогового переключателя для индуцирования внутреннего усиления напряжения в канале MoS 2 . Примечательно, что в таких устройствах одновременное достижение эффективной электростатики, очень малых субтермионных подпороговых колебаний и сверхмалых токов утечки было бы весьма желательно для энергоэффективных интегральных схем следующего поколения и приложений со сверхмалым энергопотреблением.
Условия темы: Электротехника и электроника, Электронные устройства, Электронные устройства
Введение
Уменьшение размера дополнительных полевых транзисторов (FET) металл-оксид-полупроводник (КМОП) является основным подходом к снижению рассеиваемой мощности в быстроразвивающейся сфере информационных технологий 1 — 4 . Тем не менее, технология CMOS по-прежнему сталкивается с серьезной проблемой, связанной с размером элемента <5 нм, из-за ухудшения тока утечки в закрытом состоянии, вызванного эффектами короткого канала (т.(например, прямой пробой исток – сток и потеря электростатического контроля затвора) 3 — 8 . Эффективный способ минимизировать энергопотребление — достичь крутого подпорогового размаха (SS) с быстрой скоростью переключения при пониженном напряжении питания 7 , 9 . Новые двумерные (2D) дихалькогениды переходных металлов 10 — 12 , например атомарно тонкий дисульфид молибдена (MoS 2 ) 5 , 8 , 13 , являются перспективным каналом материалы для будущих электронных чипов с масштабными размерами и сверхмалыми токами в закрытом состоянии благодаря высокой эффективной массе электронов, низкой диэлектрической проницаемости и большой ширине запрещенной зоны 10 — 13 .Кроме того, атомная толщина и гладкость MoS 2 также значительно улучшают способность управления электростатическим затвором в соответствии с его характеристической длиной масштабирования и могут эффективно снижать напряжение питания 8 , 10 . Однако электроны в источнике обычно представляют собой тепловое распределение Больцмана с потенциальным барьером, который ограничивает модулирующую способность затвора до 60 мВ декада -1 , что определяется тепловым напряжением ( кТл / q ) 6 , 7 .Следовательно, слом «тирании Больцмана», позволяющий использовать полевые транзисторы атомного масштаба с крутым подпороговым поведением и при этом поддерживать высокий коэффициент включения / выключения, имеет решающее значение для развития электроники сверхмалой мощности.
Было предложено несколько стратегий для получения SS с декадным значением менее 60 мВ −1 , например межполосное туннелирование 8 , ударная ионизация 14 , наноэлектромеханическое переключение 15 , источник Дирака 16 , отрицательная емкость (NC) 17 — 20 и отрицательное дифференциальное сопротивление (NDR) 21 , 22 .Продемонстрированное поведение переключения пороговых значений, действующее как внутренний усилитель, предлагает более короткий путь для преодоления барьера Больцмана и запускает полевой транзистор для переключения с наклоном ниже kT / q . В частности, эффект NDR в полевых транзисторах с переключением пороговых значений очень предсказуем и поддается количественной оценке для создания высокопроизводительных электронных устройств с круто переключаемыми характеристиками 9 , 21 . По сравнению с обычным переходным устройством изолятор-металл-переход (например, VO 2 ) 21 , 23 , новый тип металлического нитевидного порогового переключателя (TS), который обычно состоит из Ag (или Cu) в качестве активного электрода или легирующей примеси в твердом электролите был продемонстрирован более низкий ток утечки и гораздо более крутые характеристики переключения 24 — 27 и может способствовать подавлению тока утечки в закрытом состоянии обычных полевых транзисторов с резким скачком СС 22 , 28 .Бесшовная архитектура устройства, основанная на двумерном полевом транзисторе и TS, может реализовать одновременное достижение эффективного электростатического контроля, небольшой суб-термоэлектронной SS и низкого тока утечки, что приводит к эффективному минимизации рассеиваемой мощности.
Здесь мы представляем атомный полевой транзистор MoS 2 с переключением пороговых значений (ATS-FET) с отличными характеристиками включения / выключения и сверхнизким энергопотреблением. ATS-FET наделен возможностью резкого усиления за счет интеграции резкого атомного TS с переменным сопротивлением с атомарно тонким каналом MoS 2 .Толщина канала и металлическая нить в атомном масштабе имеют решающее значение для снижения напряжения питания. Обычный изолятор HfO 2 функционирует как диэлектрический слой для полевого транзистора и электролит для TS, что является многообещающим для будущей монолитной интеграции конфигураций ATS-FET с простыми процессами изготовления. Эффект NDR в соответствии с резким переходом сопротивления TS вызывает внутреннее усиление напряжения в канале MoS 2 , что позволяет полевому транзистору MoS 2 значительно преодолеть фундаментальное термоэлектронное ограничение.Согласно атомной толщине канала MoS 2 и атомной проводящей нити Ag (Ag нить), превосходные электрические характеристики, такие как отношение тока включения / выключения> 10 6 , сверхнизкий ток отсечки при 1 × 10 — 13 A мкм -1 , средняя SS (SS , средняя ) декада менее 5 мВ -1 (медиана) и очень маленький гистерезис достигаются в ATS-FET. Мы систематически исследуем влияние эффекта NDR на явления внутреннего усиления и оцениваем улучшенные электрические характеристики ATS-FET.Предлагаемый ATS-FET имеет большой потенциал для расширения до масштабируемых и монолитных массивов транзисторов с крутым наклоном и имеет большое значение в энергоэффективных и высокопроизводительных электронных переключателях со сверхмалым рассеиванием мощности.
Результаты
Конструкция полевого транзистора ATS
На рисунке показана схематическая иллюстрация полевого транзистора ATS путем последовательной интеграции атомарного транзистора Ag с полевым транзистором MoS 2 . Полевой транзистор использует тот же диэлектрик HfO 2 , что и TS (действующий как электролит в TS).Нанофластинки MoS 2 треугольной формы сначала были синтезированы на подложке SiO 2 / Si методом химического осаждения из газовой фазы (CVD). Электроды истока / стока (Cr / Au), контактирующие сверху с MoS 2 , изготавливаются с помощью стандартной литографии с электронным пучком (EBL), термического испарения и процесса отрыва. Обычная тонкая пленка HfO 2 осаждается методом осаждения атомных слоев (ALD), выполняя роль как диэлектрического слоя полевого транзистора, так и электролита TS. Атомный слой Ag формируется на HfO 2 с помощью стандартного процесса отрыва.Контакты верхнего затвора и стока определяются в желаемом положении с помощью EBL и металлизации. Структурная конструкция обычного слоя HfO 2 упрощает процесс изготовления, обеспечивая при этом высокие диэлектрические характеристики ( κ ) для работы полевого транзистора и хорошую электрохимическую кинетику для порогового переключения. Быстрое образование и самопроизвольный разрыв атомарной нити Ag в TS приведет к резкому включению / выключению ATS-FET со сверхнизким SS (рис.).
Сверхмощный полевой транзистор 2D MoS с крутым наклоном 2 с пороговой коммутацией атомов Ag (ATS-FET).a Схематическое изображение ATS-FET, состоящего из полевого транзистора MoS 2 и TS на основе Ag / HfO 2 . Повышенная производительность ATS-FET в основном объясняется резким переходом переключения TS. b Эквивалентная принципиальная схема полевого транзистора ATS-FET, который можно рассматривать как базовый полевой транзистор MoS 2 , включенный последовательно с устройством TS. V D — напряжение сток-исток на TS и MoS 2 FET; В G — напряжение затвор-исток на полевом транзисторе MoS 2 . c , d Схематические диаграммы полос ATS-FET в условиях теплового равновесия со смещением В G , включая c V G < V T и d В G > В T . Электроны проходят через контактные барьеры посредством термоэлектронной эмиссии или туннелирования; и через электролитный барьер посредством прыжков. e Оптическое изображение структуры устройства ATS-FET, демонстрирующее, что стек TS (площадь пересечения: 2 × 2 мкм 2 ) включен последовательно с каналом полевого транзистора MoS 2 .Красный пунктирный треугольник указывает материал канала MoS 2 . Масштабная линейка: 50 мкм. f Спектр комбинационного рассеяния наночастиц MoS 2 , синтезированных методом химического осаждения из паровой фазы. Пики плоских мод колебаний E 2g и внеплоскостных A 1g находятся при 386,2 и 406,6 см −1 соответственно.
На рисунке показана эквивалентная принципиальная схема ATS-FET, который можно рассматривать как базовый MoS 2 FET, подключенный последовательно с устройством TS.Напряжение питания (или напряжение сток-исток, В, D ) управляет TS и каналом MoS 2 , а напряжение затвор-исток ( В, , G ) управляет характеристиками переключения. ATS-FET. Напряжение питания переменно распределяется между TS и FET, что соответствует падению напряжения В D для всего устройства и В D ‘ для полевого транзистора MoS 2 соответственно. На основе конфигурации последовательного TS, V G может настраивать уровень Ферми канала MoS 2 и вести к эффективному управлению сопротивлением канала, которое в основном определяет падение напряжения между полевым транзистором и TS в последовательной конфигурации. .Диаграммы диапазонов ATS-FET для типичного В, , G (по сравнению с пороговым напряжением, В, , Т, ) показаны на рис. Слой электролита HfO 2 в серии TS можно рассматривать как переменный барьер для транспорта электронов согласно приложенному V G , который определяет падение напряжения на канале MoS 2 и составляющую TS. Для V G < V T уровень Ферми MoS 2 немного смещен вниз (сопротивление канала MoS 2 поддерживается на высоком уровне).Ток через TS недостаточен для срабатывания перемычки Ag нити. Слой электролита HfO 2 действует как большой барьер, блокирующий перенос электронов. Когда V G > V T , уровень Ферми MoS 2 эффективно смещается вниз (сопротивление канала MoS 2 переходит на низкий уровень). Ток через TS может вызвать образование Ag-нити, что приведет к резкому увеличению тока (механизм будет подробно рассмотрен ниже).Оптическое изображение устройства ATS-FET показано на рис. Пакет TS (Au / Ag / HfO 2 / Au) подключен последовательно к полевому транзистору, используя его верхний электрод в качестве электрода стока полевого транзистора ATS. На рисунке показан спектр комбинационного рассеяния наночастиц MoS 2 , синтезированных методом химического осаждения из паровой фазы, возбужденного лазером с длиной волны 532 нм. Пики плоских мод колебаний E 2g и внеплоскостных A 1g при 386,2 и 406,6 см −1 соответственно указывают на то, что свежий MoS 2 является монослой.
ATS-FET в сравнении с базовым FET
Передаточные характеристики ( I D — V G ) ATS-FET и базового MoS 2 FET представлены на рис. Как ясно показано, когда В G изменяется от -3 до 3 В и обратно до -3 В, базовый полевой транзистор MoS 2 показывает отношение тока включения / выключения 10 5 и очень небольшой гистерезис. (серые квадратные кривые). Минимальная SS (SS мин. ) при прямой и обратной развертках составляет 118.3 и 120,9 мВ декада -1 , соответственно, что выше термоэмиссионного предела 60 мВ декада -1 при комнатной температуре (рис.). Напротив, ATS-FET демонстрирует более высокие электрические свойства, в том числе более высокое отношение тока включения / выключения (5 × 10 6 ), более низкий ток в закрытом состоянии (1 × 10 −13 A мкм −1 ) и более крутой SS (<5 мВ декада −1 ). Примечательно, что в ATS-FET последовательная интеграция TS в базовый полевой транзистор MoS 2 позволяет производить внутреннее усиление для преодоления фундаментального термоэмиссионного ограничения больцмановского распределения электронов.Что еще более впечатляюще, экспоненциально увеличивающиеся передаточные кривые базового MoS 2 FET могут переходить к почти вертикальным передаточным кривым с гораздо более крутыми наклонами для ATS-FET (рис.).
Характеристики устройства ATS-FET.a Кривые передачи для ATS-FET и FET с одним и тем же каналом 2D MoS 2 (ширина канала: 10 мкм; длина канала: 2 мкм). Сплошные символы обозначают прямую развертку, а открытые символы — обратную развертку. b SS от ATS-FET и FET как в прямой, так и в обратной развертке. Полевой транзистор работает значительно выше основного термоэлектронного ограничения, в то время как ATS-FET имеет большой диапазон тока стока, где минимальная SS составляет 2,5 мВ декады -1 . c Ток утечки в закрытом состоянии и SS могут быть одновременно уменьшены в ATS-FET, что указывает на явление крутого спада сверхмалой мощности в ATS-FET. д I D — V G Характеристики измерены при комнатной температуре и В D = 0.2 В при медленной / быстрой скорости развертки напряжения затвора. Шаги В, , , G, были установлены на 3 и 30 мВ соответственно. e Передаточные характеристики ( I D — V G ), измеренные при комнатной температуре и В D = 0,2 и 0,3 В. f Выходные характеристики ( I D — В D ) измерено при комнатной температуре при В G от -2 до 2 В с шагом 1 В.
В последовательной комбинации V D делится между каналом MoS 2 и TS в соответствии с их индивидуальными сопротивлениями. Ток в закрытом состоянии (или ток утечки) ATS-FET обычно определяется сверхвысоким сопротивлением TS, что приводит к дальнейшему снижению I D до более низкого уровня 1 × 10 −13 A мкм. -1 . Первоначально при низком значении V G , I D , протекающего через канал MoS 2 и TS, недостаточно, чтобы вызвать переключение TS.По мере увеличения V G (т. Е. Прямая развертка) сопротивление канала MoS 2 постепенно уменьшается до тех пор, пока I D не приблизится к критическому порогу ( I th-TS ), который составляет способный вызвать включение ТП (в низкоомное состояние, LRS). И, следовательно, общее сопротивление ATS-FET резко уменьшается и вызывает резкое повышение I D . Напротив, когда V G уменьшается (т.е.е., обратная развертка) сопротивление канала MoS 2 показывает постепенное увеличение до тех пор, пока I D не снизится до другого критического порога ( I hold-TS ), что может в обратном направлении вызвать отключение TS. (обратно в состояние высокого сопротивления, HRS) и вызывает быстрое падение I D . Следовательно, гистерезис на передаточной кривой может быть обнаружен как результат разницы в V G , соответствующих двум критическим порогам (рис.). В отличие от базового полевого транзистора (по часовой стрелке), гистерезис ATS-FET напоминает переход против часовой стрелки, вызванный последовательным интегрированием TS.
Из подпороговой области ATS-FET (на рис.) Извлеченные SS min при прямой и обратной развертке составляют 2,5 и 4,5 мВ декада -1 , соответственно, как показано на рис. Кроме того, ATS-FET имеет большой диапазон I D (более четырех десятилетий), где среднее значение SS (среднее значение SS ) равно 3.0 мВ декада −1 в прямой развертке. Считается, что эффект NDR, возникающий из-за нестабильного поведения переключения порогов в устройстве с атомарной нитью Ag, вызывает эффективное внутреннее усиление напряжения через канал MoS 2 атомарной толщины и способствует достижению рекордного и значительного снижения SS, что является намного меньше, чем значения, ранее сообщенные для туннельного полевого транзистора (TFET) при 31,1 мВ, декада -1 (ref. 8 ), NC-FET на 41.7 мВ декада -1 (каталожный номер 19 ), CNT FET с источником Дирака (DS-FET) на декаде 35 мВ -1 (каталожный номер 16 ) и ионная жидкость стробирующий полевой транзистор при 50 мВ, декада −1 (каталожный номер 29 ). Кроме того, подпороговые характеристики различных типов полевых транзисторов MoS 2 с крутым наклоном приведены в дополнительной таблице 1 . Рекорд на SS min 0,3 мВ, декада −1 и SS в среднем из 1.3 мВ декада -1 (за три декады) также достигается в ATS-FET при комнатной температуре.
Как снижение тока в закрытом состоянии, так и SS в ATS-FET
Рассеивание мощности является фундаментальной проблемой для передовой технологии CMOS, которая сталкивается с двумя серьезными проблемами: возрастающая сложность масштабирования напряжения питания и возрастающие токи утечки, вызывающие снижение коэффициента текущей ликвидности 6 , 7 . Энергоэффективность логической операции может быть оценена через общую энергию переключения ( E всего ), состоящую из динамической ( E динамической ) и статической ( E статической ) частей, определяемых как:
Etotal = Edynamic + Estatic = αCLVD2 + IoffVDτdelay≈CLVD2α + γ10 − VDSS,
1
, где C L — коммутируемая емкость, τ задержка — время задержки, α — время задержки. коэффициент активности, а γ — подгоночный параметр 7 .Из приведенных выше уравнений можно сделать вывод, что более крутая SS и более низкий ток в закрытом состоянии в полевых транзисторах позволяют дополнительно масштабировать напряжение питания и соответствующее снижение общей рассеиваемой мощности. Как показано на рис. (Оранжевая область), интеграция TS с базовым полевым транзистором MoS 2 помогает значительно подавить токи утечки в закрытом состоянии примерно в 30 раз, что объясняется сверхвысоким сопротивлением TS в отключенном состоянии. состояние (~ 1 ТОм). Кроме того, было продемонстрировано, что SS min ATS-FET при прямой и обратной развертках значительно снизились до 2.5 и 4.5 мВ декада −1 соответственно. Оба они намного ниже, чем фундаментальные термоэмиссионные ограничения и ограничения базового MoS 2 FET (сокращение почти в 50 раз, голубая область на рис.).
Электрические свойства ATS-FET
Чтобы исключить влияние скорости развертки V G на сверхнизкую SS, передаточные характеристики ( I D — V G ) ATS-FET измеряются при медленной и быстрой скоростях развертки V G 3 и 30 мВ с -1 соответственно.Как показано на рис., Идентичные крутые характеристики переключения с высокими отношениями тока включения / выключения более 10 6 наблюдаются при разных скоростях развертки V, , G, . SS, V T , ток в выключенном состоянии и соотношение включения / выключения не зависят от скорости развертки V G . Кроме того, передаточные характеристики ( I D — V G ) ATS-FET при V D = 0.2 и 0,3 В показаны на рис. В прямой развертке среднее значение SS при В D = 0,2 и 0,3 В характеризуется как 4,5 мВ для декады -1 (за пять десятилетий) и 6,0 мВ за декаду -1 (за четыре декады). ), соответственно. Между тем, В T ATS-FET показывает отрицательный сдвиг от -1,14 до -1,59 В, который определяется балансом между напряжением питания и соответствующими падениями потенциала на полевых транзисторах и TS во время В G подметание.При более высоком значении В, , , D, TS поддерживает тенденцию к включению; следовательно, резкое изменение сопротивления менее эффективно, и TS легче включить при более низком значении V G . При обратной развертке I D ATS-FET уменьшается, пока не достигнет критического порога I hold-TS (<5 × 10 −11 A мкм −1 ), опережая до мгновенного выключения ТС.И, следовательно, ATS-FET показывает аналогичные характеристики резкого переключения в подпороговой области независимо от V D . Выходные характеристики ( I D — V D ) ATS-FET для различных V G характеризуются, как показано на рис. Канальный ток I D увеличивается с 6,7 × 10 −8 до 2,1 × 10 −6 A мкм −1 при увеличении V G от −2 до 2 В в линейном / область насыщения, показывающая увеличение проводимости канала с увеличением V G .Различимые состояния включения и выключения наблюдаются в разных регионах V D ( V D < V th-TS или V D ≥ V th-TS , V th-TS — пороговое напряжение TS), как показано на рис. По мере увеличения V D , когда V D < V th-TS , проводимость ATS-FET в первую очередь определяется TS, даже если канал MoS 2 находится в LRS; когда В D ≥ В th-TS , проводимость ATS-FET координируется каналом MoS 2 .Точно так же, когда V D уменьшается, проводимость ATS-FET показывает внезапное снижение, когда V D ≤ V удержание-TS ( V удержание-TS является удержанием напряжение ТС). Кроме того, выходные характеристики другого полевого транзистора ATS-FET и его базового полевого транзистора при различных значениях В G (от -2 до 2 В) в линейном масштабе также показаны на дополнительном рисунке 1 . Ясно видно, что резкое включение / выключение TS способствует возникновению явления крутого спада двумерного полевого транзистора.
Переключение атомного порога Ag
Превосходные подпороговые характеристики ATS-FET связаны с последовательной интеграцией высокопроизводительного устройства TS. Следовательно, критически важно получить устройство TS с превосходным поведением при переключении пороговых значений. Типичная характеристика I — В готового устройства TS при токе согласования ( I cc ) 100 нА показана на рис. TS демонстрирует неустойчивое поведение порогового переключения при небольшом пороговом напряжении TS ( В, th-TS = ~ 0.26 В), сверхмалый ток утечки (<1 пА) и высокий коэффициент включения / выключения (> 10 6 ). Устройство TS переключается из выключенного состояния во включенное состояние при приложенном напряжении ( В, a ), превышающем В th-TS (зеленая кривая на рис.), В то время как оно переключается в выключенное состояние. -состояние при В, , , на меньше, чем напряжение удержания ( В, , , удержание TS ; серая кривая на рис.). Устройство TS дает очень крутой наклон включения / выключения <0.5 мВ декада −1 и В th-TS колеблется между 0,205 и 0,265 В при циклических испытаниях. Профили линий энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) поперечных слоев стопки TS показаны на рис. На вставке — изображение, полученное методом сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (HAADF-STEM) в кольцевом темном поле под большим углом. Сферический слой Ag, слой диэлектрика HfO 2 и слои верхнего / нижнего электрода (TE / BE) могут быть четко видны, при этом слой Ag в атомном масштабе накапливается на границе раздела TE / HfO 2 .
Пороговое переключение атомов Ag (ТС на основе Ag / HfO 2 ).a Типичная I — В характеристика устройства TS при токе согласования ( I cc ) 100 нА при прямом (зеленый) / обратном (серый) колебании напряжения, демонстрируя сверхмалые токи утечки (<1 пА). b Профили линий энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDS) (включая элементы Ag, Hf и O) слоев стопки TS вдоль красной линии, показанной в поперечном сечении под большим углом кольцевого темнопольного сканирования, проходящего электрон микроскопия (HAADF-STEM) изображение.Шкала шкалы: 10 нм. c Моделирование процедур образования и разрыва (вкл. / Выкл.) Атомарной нити Ag в устройстве TS с приложенным напряжением 0,4 В.
Для исследования влияния морфологии нити на динамику переключения, формирование и разрыв нити Ag при В, , и 0,4 В проиллюстрированы на рис. с помощью моделирования Монте-Карло (блок-схема показана на дополнительном рис. 2 ). Состояние включения / выключения TS определяется образованием / разрывом Ag-нити с изменчивым поведением переключения порога.Слой электролита HfO 2 ПС можно рассматривать как переменный барьер для транспорта электронов. Диффузия наночастиц Ag в матрицу HfO 2 способствует переносу электронов по цепочке наночастиц (т.е. нити накала), а соседние наночастицы Ag могут действовать как ловушки электронов для термоэлектронной эмиссии или туннелирования 30 . Как показано на дополнительном рисунке 3 , кривая Аррениуса используется для объяснения температурной зависимости тока утечки устройства TS.Перенос заряда TS в HRS регулируется комбинацией эмиссии Френкеля-Пула (F-P) и процесса туннелирования с помощью ловушек (TAT) 31 — 33 . В частности, в высокотемпературной области (> 200 K) ток сильно зависит от температуры, что указывает на механизм эмиссии F-P. Напротив, в области низких температур (<200 K) ток демонстрирует слабое температурно-зависимое поведение из-за существования механизма TAT.
При приложении большого напряжения к TS, резкое образование Ag-нити обычно вызывает эффект NDR на TS.Измеренные характеристики I — В устройства TS в режимах качания напряжения и тока показаны на дополнительном рисунке 4 , что свидетельствует о хороших характеристиках для режима NDR с управлением по току (или S-типа). Эффект NDR дополнительно проиллюстрирован с помощью контрольного образца (TS, подключенного к резистору R L , дополнительный рисунок 5a ) для изучения распределения падений напряжения во время процесса включения / выключения TS.Эффект NDR вызывает резко уменьшенное падение напряжения ( В TS — Δ В NDR ) на устройстве TS и, как следствие, усиленное падение напряжения ( В L + Δ В NDR ) через последовательный резистор (дополнительный рисунок 5a ). Уменьшение падения напряжения (-Δ V NDR ) на устройстве TS можно извлечь из характеристик AC I — V (дополнительный рис. 5б ). Согласно анализу контрольного образца, можно предсказать, что эффект NDR может вызвать аналогичное внутреннее усиление напряжения при замене резистора на полевой транзистор MoS 2 .
Контроль внутреннего усиления в ATS-FET
Эквивалентную принципиальную схему ATS-FET можно рассматривать как два переменных резистора, соединенных последовательно, как показано на рис. Мы пытаемся раскрыть рабочий механизм ATS-FET, используя математический вывод и моделирование с полуколичественной моделью 34 — 36 , и моделирование проиллюстрировано на дополнительном рис. 6 и Примечание 1 . Принимая во внимание сильно нелинейные характеристики I — В как TS, так и базового MoS 2 FET, узловое напряжение ( В D ‘) и ток канала ( I D ) могут решается как пересечение выходных характеристик ( I D — V D ′ , черные линии) базовой линии MoS 2 FET и кривой I — V ( I D — V D ′ , красная линия) устройства TS для различных V G (см. Дополнительный рис. 6c ). Впечатляет то, что смоделированные кривые переноса, извлеченные из Дополнительного рисунка 6c , хорошо согласуются с экспериментальными данными, как показано на рисунке. С физической точки зрения явление крутого SS вызвано эффектом NDR TS, и его можно понять с помощью концепции внутреннего усиления усиления ( β = d V D ‘ / d V G ), который определен для описания взаимосвязи между V D ‘ и V G .Согласно определению подпорогового колебания, SS может быть записано как
SS = ∂VG∂log10 (ID) = ∂VG∂VD ′ × ∂VD′∂log10 (ID) = 2.3kTq1n + βexpqVD′kT − 1≈2,3 kTq × expqVD′kT − 1β≈0mVdecade − 1, когда β → ∞,
2
где В D ′ — выходное напряжение на внутреннем узле D ′, β — коэффициент внутреннего усиления, n — идеальный коэффициент, q — основной заряд электрона, k — постоянная Больцмана и T — абсолютная температура.В идеале β приближается к бесконечности (т.е. ∆ V G = 0) в процессе прямого переключения, и, таким образом, SS будет приближено к нулю. Однако из-за неизбежного ограничения точностью прибора для тестирования измеренная величина SS> 0 мВ декада -1 .
ATS-FET с внутренним усилением по каналу MoS 2 .a Схема замещения электрических измерений. V D ‘ и I D , выделенные красным цветом, являются выходными параметрами, которые необходимо одновременно записывать с увеличением входного V G (синий). b Экспериментальные и смоделированные характеристики переключения ( I D — V G ) характеристики ATS-FET при В D = 0,3 В, что указывает на хорошее согласие с результатами моделирования. экспериментальные данные. 0 .2 В) < В th-TS и V D (= 0,3 В)> V th-TS . На вставке — линейная шкала данных, показанных в сером пунктирном прямоугольнике. d , e V D ‘ изменяется в зависимости от I D для двух схем V D . Эффект NDR вызывает усиление В D ‘ через канал MoS 2 . f Соотношение между средней SS и внутренним усилением ( β = d V D / d V G ).На вставке показано резкое увеличение V D ‘ по отношению к приложенному V G , происходящее в области резкого переключения из-за эффекта NDR.
Чтобы проверить и дополнительно уточнить внутреннее усиление, вызванное NDR, мы отслеживаем выходное напряжение на внутреннем узле D ‘( В, D’ ) и анализируем характеристики вольтамперометрии при качании тока при двух разных В D . Согласно V th-TS при ~ 0.26 В, мы разумно выбираем два типичных значения В D (0,2 и 0,3 В, т.е. В D < В th-TS и В D > В th-TS соответственно). Как показано на рис., Резкие увеличения V D ‘ четко наблюдаются под обоими V D ( V D < V th-TS и V D > В th-TS ).Поскольку В G проходит по В T , перераспределение эффективного потенциала падает на канале MoS 2 , и TS подтягивается (увеличивается) В D ‘ в соответствии с напряжением стока эффект наложения. Падение V, , D ‘ на канале MoS 2 усиливается в соответствии с эффектом NDR, вызванным переходом TS из выключенного состояния во включенное состояние. Примечательно, что тенденции изменения V, , D ′ , очевидно, различимы для разных V, , D, . В D ′ при В D = 0,3 В показывает начальное уменьшение с последующей тенденцией к увеличению, в то время как В D ′ при В D = 0,2 В показывает увеличение только при точка подтягивания. Подтягивающее значение V, , G также сдвигается с -1,45 до -1,04 В по мере того, как V D уменьшается с 0,3 до 0,2 В (вставка на рис.). Основная причина объясняется вольтамперометрическими характеристиками при качании тока.Для V D < V th-TS (рис.) TS изначально находится в выключенном состоянии при I D <1 × 10 −12 A мкм −1 . Чтобы поддерживать низкий ток в последовательной цепи, В D ‘, следовательно, поддерживается на низком уровне, чтобы минимизировать ток в полевом транзисторе MoS 2 . По мере увеличения I D немного увеличивается V D ’. Когда I D достаточно велик (больше 1.6 × 10 −12 A мкм −1 ), чтобы вызвать образование нитей Ag в TS, сопротивление ATS-FET резко уменьшается с В D ′ , что представляет собой резкое приращение (Δ V NDR ). Напротив, V D ′ изначально находится на высоком уровне (0,263 В) для V D > V th-TS (рис.). Это может быть связано с тем, что напряжение питания, подаваемое от электрода стока, временно накладывается на компонент TS и запускает перемычку Ag нити.Мгновенно увеличенный ток устройства приводит к высокому значению В D ′ вначале. Затем V D ‘ резко уменьшается с последующей тенденцией к небольшому увеличению по мере развертки I D . Когда I D превышает 1,4 × 10 −12 A мкм −1 , V D ′ представляет собой крутой приращение (Δ V NDR ). Поскольку напряжение питания на рис. Выше, чем на рис., ток срабатывания для Ag нити будет относительно меньше, что согласуется с результатами на рис.
Кроме того, внутреннее усиление усиления ( β = d В D ‘ / d В G ), извлеченное из области резкого переключения, составляет ~ 22,2 для низкого напряжения питания при В D. = 0,2 В (вставка на рис.), Что соответствует SS min , равному 2,5 мВ, декаду −1 и среднему значению SS , равному 3.0 мВ декада −1 за четыре декады I D . Когда коэффициент внутреннего усиления увеличивается до 28,6, среднее значение SS может быть дополнительно уменьшено до рекордного значения 1,3 мВ декады -1 (рис.). Коэффициент внутреннего усиления считается важным параметром при разработке полевых транзисторов с более крутым наклоном и меньшим энергопотреблением.
Основываясь на приведенном выше обсуждении, в этой работе непосредственно наблюдается усиление внутреннего напряжения в ATS-FET в соответствии с скачком напряжения (Δ V NDR ), вызванным эффектом NDR.С точки зрения носителей заряда, свободные электроны, переносимые в ATS-FET, блокируются барьером из электролита HfO 2 вначале ( В, G < В T ). Когда V G достигает V T , I D резко возрастает в результате образования Ag нити. Следовательно, ATS-FET в принципе может преодолеть фундаментальное термоэлектронное ограничение 60 мВ декады -1 при комнатной температуре.
Улучшенный ATS-FET со значительно уменьшенным гистерезисом и SS
Гистерезис обычно нежелателен для транзисторов в логических приложениях 37 . Технически достижимый ATS-FET с малым гистерезисом (или без гистерезиса) и сверхнизкими подпороговыми характеристиками может предложить многообещающий потенциал для приложений сверхмалой мощности логических схем. Однако описанный выше ATS-FET демонстрирует большой гистерезис 0,5–1 В (рис.), Который, по сути, необходимо значительно уменьшить.Некоторые методы оптимизации устройства использовались для уменьшения гистерезиса, такие как отжиг и пассивация, как сообщалось ранее 37 , 38 . Чтобы подавить гистерезис ATS-FET, мы также представляем эффективный подход к оптимизации устройства за счет использования устройства TS с высокоупорядоченными наноточками Ag, которые могут способствовать уменьшению окна переключения (например, уменьшению разницы между V th -TS и V hold-TS ) и улучшение I hold-TS TS.Недавно представленное устройство TS изготовлено со слоем HfO 2 толщиной 10 нм, активным электродом из высокоупорядоченных наноточек Ag, с последующим процессом быстрого термического отжига. Крайне важно обработать атомарный слой Ag с помощью быстрого термического отжига, чтобы атомы Ag накапливались в сферической форме, что является предпочтительным для примесей внедрения в HfO 2 , чтобы гарантировать летучие характеристики переключения порога даже при высоком токе податливости. 26 .При токах согласования ( I cc ), определенных от 10 нА до 50 мкА, устройство TS демонстрирует резкое и неустойчивое поведение переключения порога (дополнительный рисунок 7a ). Устройство TS также демонстрирует хорошую стабильность в циклическом тесте (рис.), Достигая уменьшенного окна переключения 0,12–0,24 В и небольших отклонений как в В, , th-TS , так и в V hold-TS ( Дополнительный рисунок 7b ). Кроме того, при подключении такого TS-устройства к полевому транзистору MoS 2 улучшенный ATS-FET демонстрирует значительно сниженный гистерезис и SS с высокой воспроизводимостью.Выходные характеристики ( I D — V D ) улучшенного ATS-FET для различных V G показаны на дополнительном рисунке 8 . Пятьдесят непрерывных циклов выходных характеристик (при В, , G, = 2 В) на рис. Также позволяют проверить стабильную и повторяемую работу ATS-FET. Из передаточных характеристик на рис. Видно, что улучшенный ATS-FET показывает уменьшенный гистерезис <0,15 В при различных значениях В, , D, (в диапазоне от 0.От 7 до 1,1 В). Более впечатляюще то, что почти пренебрежимо малый гистерезис (10 мВ) наблюдается у V D 0,7 В, в то время как SS min в прямой и обратной развертках составляет 2,6 и 12,5 мВ, декада -1 , соответственно. Рис. 9 ). Дальнейшее извлечение ключевых параметров, включая SS вперед , SS назад , гистерезис и V T , из трех ATS-FET показано на дополнительном рисунке 10 .SS вперед , SS назад и гистерезис все не зависят от V D , в то время как V T показывает отрицательный сдвиг с увеличением V D (в соответствии с этим Рис.).
ATS-FET со значительно уменьшенным гистерезисом и SS.a Типичные характеристики I — V устройства TS на основе высокоупорядоченных наноточек Ag за 30 циклов ( I cc = 1 мкА).На вставке — изображение высокоупорядоченных наноточек Ag, полученное с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). b Выходные характеристики ATS-FET с недавно представленным TS при В G 2 В за 50 циклов. Канал 2D MoS 2 (ширина канала: 2,2 мкм; длина канала: 1,8 мкм). c Передаточные характеристики ( I D — V G ) ATS-FET с недавно представленным TS при V D в диапазоне от 0.От 7 до 1,1 В. d , e Статистические распределения SS вперед , SS назад и гистерезис (Δ V ) ATS-FET в d от цикла к циклу и e вариаций от устройства к устройству. f Сравнение SS – гистерезиса (слева) и SS– V D (справа) в различных полевых транзисторах с крутым наклоном, включая TFET 8 , 39 , 40 , NC-FET 18 — 20 , 41 — 46 , фазовый полевой транзистор 21 , 47 , 48 , нить Ag (или Cu) TS-FET 22 , 28 , 49 , полевой транзистор с резистивным переключением (RS-FET) 50 , 51 и DS-FET 16 , и наш ATS-FET.
Статистический анализ ATS-FET и сравнение устройств
Чтобы более четко проиллюстрировать воспроизводимость ATS-FET, мы проводим статистический анализ для средней SS (включая SS вперед и SS назад ) и гистерезиса в вариациях от цикла к циклу (80 циклов) и от устройства к устройству (50 устройств). На рисунке показаны гистограммы и гауссовы аппроксимации для SS вперед , SS назад, и гистерезиса (декада 4,8 и 4,6 мВ -1 ; 0.14 В) ATS-FET за 80 циклов. Кроме того, резкое переключение ATS-FET не имеет отклонений от устройства к устройству. Гауссовские распределения SS вперед , SS назад и гистерезиса показаны на рис., Показывая, что статистические SS вперед , SS назад, и гистерезис в основном распределяются на декаде 5,3 мВ -1 , 6,1 мВ декада −1 и 0,19 В соответственно.
Согласно вышеописанной формуле.( 1 ), V D и SS синергетически способствуют оценке энергопотребления в устройстве FET. Следовательно, рекомендуется минимизировать как V, , D, , так и SS, в дополнение к подавленному гистерезису в кривых передачи. По сравнению с предыдущими отчетами о различных категориях крутых транзисторов, включая TFET 8 , 39 , 40 , NC-FET 18 — 20 , 41 — 46 , фазовый полевой транзистор 21 , 47 , 48 , полевой транзистор из серебра (или меди) TS-FET 22 , 28 , 49 , полевой транзистор с резистивным переключением 50 , 51 и DS-FET 16 , отношения SS – гистерезис и SS– V D обобщены и изображены на рис.. Способные достигать более крутой SS, уменьшения гистерезиса и масштабирования V D , полевые транзисторы ATS-FET демонстрируют превосходные характеристики за счет использования конструкции с геометрией атомарного масштаба с бесшовной интеграцией 2D FET и TS. В частности, полученный ATS-FET практически не имеет гистерезиса (10 мВ) и имеет сверхнизкое значение SS мин <2,6 мВ декада -1 , что может удовлетворить требованиям ITRS для SS 25 мВ декада -1 в 2027 году (ref. 1 ) и будет перспективным для будущей электроники со сверхнизким энергопотреблением.
Обсуждение
Таким образом, мы успешно продемонстрировали ATS-FET, который значительно преодолевает фундаментальные термоэлектронные ограничения SS. Этот ATS-FET обеспечивает чрезвычайно резкую крутизну характеристик при включении с типичным SS , среднее значение , равное 4,5 мВ, декада −1 в течение более пяти десятилетий I D при комнатной температуре и демонстрирует значительный откат. снижение тока утечки для снижения рассеиваемой мощности. Согласно анализу динамики I — V в ATS-FET как в эксперименте, так и при моделировании, эффект NDR от перехода TS может способствовать возникновению внутреннего усиления V D ‘ через MoS 2 , позволяющий ATS-FET разрушить «тиранию Больцмана».
В качестве преимущества активных материалов в атомном масштабе (MoS 2 и Ag нить) предлагаемый ATS-FET позволяет критическое масштабирование напряжения питания и демонстрирует превосходные электрические характеристики, а также значительно снижает ток в закрытом состоянии. (Дополнительный рис. 11 ). Кроме того, V D можно легко масштабировать за счет уменьшения толщины TS HfO 2 , но резкое поведение SS может поддерживаться независимо от переменной толщины HfO 2 (дополнительный рис. 12 ). Геометрическая конструкция с бесшовной интеграцией полевых транзисторов и TS является многообещающей для потенциальной монолитной интеграции ATS-FET в масштабе пластины. В этой работе резкие характеристики переключения при сверхнизком SS в ATS-FET проистекают из поведения переключения порога с внутренним усилителем напряжения, которое является универсальным и применимо к другим появляющимся полевым транзисторам, связанным с полупроводниковыми материалами, и даже к другим типам. транзисторных устройств. Для практического применения логических схем (также проиллюстрированных в ITRS) ATS-FET доступны с дополнительной оптимизацией с технических аспектов, например.g., дальнейшее снижение тока отключения, SS и гистерезиса, а также улучшение отношения включения / выключения и надежности. На основе смоделированного анализа (дополнительный рисунок 13 и примечание 2 ) можно получить ATS-FET с безгистерезисным поведением. В качестве альтернативы, в случае полевых транзисторов с крутым наклоном и гистерезисом, они могут потенциально использоваться в качестве запоминающих устройств 52 или некоторых конкретных логических схем, например, триггера Шмитта 53 . Заглядывая в будущее, можно сказать, что создание сверхмощного полевого транзистора ATS-FET с крутым наклоном будет координироваться с научными исследованиями устройств с коротким каналом для эффективного снижения рассеиваемой мощности, что очень желательно для энергоэффективных интегральных схем следующего поколения и сверхмалых энергий. электроника.
Список литературы
2. Сакураи Т. Перспективы маломощных СБИС. IEICE T. Electron. 2004; E87C: 429–436. [Google Scholar] 3. Чанг Л. и др. Практические стратегии энергоэффективных вычислительных технологий. Proc. IEEE. 2010. 98: 215–236. DOI: 10.1109 / JPROC.2009.2035451. [CrossRef] [Google Scholar] 5. Desai SB, et al. MoS 2 транзистора с длиной затвора 1 нм. Наука. 2016; 354: 99–102. DOI: 10.1126 / science.aah5698. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 7. Ионеску AM, Риэль Х.Туннельные полевые транзисторы как энергоэффективные электронные переключатели. Природа. 2011; 479: 329–337. DOI: 10,1038 / природа10679. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 8. Саркар Д. и др. Субтермионный туннельный полевой транзистор с атомарно тонким каналом. Природа. 2015; 526: 91–95. DOI: 10,1038 / природа15387. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 9. Ко Э, Шин Дж, Шин С. Устройства с крутой коммутацией для маломощных приложений: полевые транзисторы с отрицательной дифференциальной емкостью / сопротивлением. Nano Converg.2018; 5: 2. DOI: 10.1186 / s40580-018-0135-4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 10. Чховалла М., Джена Д., Чжан Х. Двумерные полупроводники для транзисторов. Nat. Rev. Mater. 2016; 1: 16052. DOI: 10.1038 / natrevmats.2016.52. [CrossRef] [Google Scholar] 11. Фиори Дж. И др. Электроника на основе двухмерных материалов. Nat. Nanotechnol. 2014; 9: 768–779. DOI: 10.1038 / nnano.2014.207. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 12. Iannaccone G, Bonaccorso F, Colombo L, Fiori G. Квантовая инженерия транзисторов на основе гетероструктур из 2D материалов.Nat. Nanotechnol. 2018; 13: 183–191. DOI: 10.1038 / s41565-018-0082-6. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 13. Radisavljevic B, et al. Однослойные транзисторы MoS 2 . Nat. Nanotechnol. 2011; 6: 147–150. DOI: 10.1038 / nnano.2010.279. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]14. Гопалакришнан, К., Гриффин, П. Б. И Пламмер, Дж. Д. I-MOS: новое полупроводниковое устройство с подпороговой крутизной ниже, чем kT / q. В Proc. Дайджест. Международная конференция по электронным устройствам (IEDM) , 289–292 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, США, 2002).
15. Kim JH, et al. Трехполюсный наноэлектромеханический полевой транзистор с крутым подпороговым наклоном. Nano Lett. 2014; 14: 1687–1691. DOI: 10,1021 / NL5006355. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 16. Qiu C, et al. Полевые транзисторы с источником Дирака как энергоэффективные высокопроизводительные электронные переключатели. Наука. 2018; 361: 387–392. DOI: 10.1126 / science.aap9195. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 17. Салахуддин С., Датта С. Использование отрицательной емкости для усиления напряжения для маломощных наноразмерных устройств.Nano Lett. 2008. 8: 405–410. DOI: 10.1021 / NL071804g. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 18. Макгуайр Ф.А. и др. Устойчивое переключение ниже 60 мВ / декада за счет эффекта отрицательной емкости в транзисторах MoS 2 . Nano Lett. 2017; 17: 4801–4806. DOI: 10.1021 / acs.nanolett.7b01584. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 19. Si M и др. Крутая отрицательная емкость без гистерезиса MoS 2 транзисторов. Nat. Nanotechnol. 2018; 13: 24–28. DOI: 10.1038 / s41565-017-0010-1. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]22.Song, J. et al. Монолитная интеграция порогового переключателя на основе AgTe / TiO 2 с вкладышем из TiN для полевых транзисторов с крутым наклоном. В Proc. 2016 IEEE Int. Встреча электронных устройств. (IEDM) , 25.3.1–25.3.4 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, 2017).
23. Grisafe, B. et al. Фазовый транзистор с крутым наклоном на основе 2D MoS 2 и электронный фазовый переход в VO2. На Международном симпозиуме 2017 г. по технологиям, системам и приложениям СБИС (VLSI-TSA) , 1–2 (IEEE, Hsinchu, 2017).
24. Wang Z, et al. Пороговое переключение Ag или Cu в диэлектриках: материалы, механизм и применение. Adv. Функц. Матер. 2018; 28: 1704862. DOI: 10.1002 / adfm.201704862. [CrossRef] [Google Scholar] 25. Midya R, et al. Анатомия селекторов на основе Ag / Hafnia с нелинейностью 1010. Adv. Матер. 2017; 29: 1604457. DOI: 10.1002 / adma.201604457. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 26. Хуа Кью и др. Селектор переключения порога на основе высокоупорядоченных наноточек Ag для приложений памяти X-point.Adv. Sci. 2019; 6: 14. DOI: 10.1002 / advs.201
4. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
28. Lim, S. et al. Превосходное пороговое устройство переключения (Ioff ∼ 1 пА) с металлической нитью накала атомарного масштаба для крутого наклона (<5 мВ / дек), сверхнизкого напряжения (Vdd = 0,25 В) на полевых транзисторах. В 2016 IEEE Int. Встреча электронных устройств. (IEDM) , 34.7.1–37.7.4 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, 2017 г.).
29. Perera MM, et al. Повышенная подвижность носителей в многослойных полевых транзисторах MoS 2 со стробированием на основе ионной жидкости.САУ Нано. 2013; 7: 4449–4458. DOI: 10.1021 / nn401053g. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 30. Ян Y и др. Электрохимическая динамика наноразмерных металлических включений в диэлектриках. Nat. Commun. 2014; 5: 4232. DOI: 10,1038 / ncomms5232. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 31. Walczyk C, et al. Влияние температуры на резистивное переключение встроенных устройств RRAM на основе HfO2. IEEE Trans. Электронные устройства. 2011. 58: 3124–3131. DOI: 10.1109 / TED.2011.2160265. [CrossRef] [Google Scholar] 32. Лонг Б. и др.Исследование динамики переключения и переноса заряда резистивных устройств оперативной памяти. Прил. Phys. Lett. 2012; 101: 113503. DOI: 10.1063 / 1.4749809. [CrossRef] [Google Scholar]33. Chiyui, A. et al. Температурно-зависимые исследования электрических свойств и механизма проводимости RRAM на основе HfOx. В 2014 Международный симпозиум по технологии, системам и приложениям СБИС (VLSI-TSA) , 1–2 (IEEE, Hsinchu, 2014).
34. Jiang C, et al. Аналитическая модель замкнутой формы двумерных полупроводниковых полевых транзисторов с обратной емкостью и отрицательной емкостью.IEEE J. Электронные устройства. 2018; 6: 189–194. DOI: 10.1109 / JEDS.2017.2787137. [CrossRef] [Google Scholar] 35. Ван В. и др. Энергозависимая резистивная коммутационная память на основе дрейфа / диффузии ионов Ag — ЧАСТЬ II: Моделирование ударов. IEEE Trans. Электронные устройства. 2019; 66: 3802–3808. DOI: 10.1109 / TED.2019.28. [CrossRef] [Google Scholar]36. Wang, W. et al. Моделирование скорости переключения и времени удерживания в энергозависимой резистивной коммутационной памяти с помощью ионного дрейфа и диффузии. В 2019 IEEE Int. Встреча электронных устройств.(IEDM) , 32.3.1–32.3.4 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, США, 2020 г.).
37. Поздний DJ, et al. Гистерезис в однослойных полевых транзисторах MoS 2 . САУ Нано. 2012; 6: 5635. DOI: 10.1021 / nn301572c. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 38. Ро Дж. И др. Незначительный гистерезис полевых транзисторов на основе дисульфида молибдена из-за термического отжига. J. Inf. Дисп. 2016; 17: 103. DOI: 10.1080 / 15980316.2016.1179688. [CrossRef] [Google Scholar]39. Томиока, К., Йошимура, М., Фукуи, Т.Туннельные полевые транзисторы с крутым наклоном на гетеропереходе нанопроволоки III – V / Si. В 2012 Symp. Технология СБИС (VLSIT) , 47–48 (IEEE, Гонолулу, Гавайи, 2012 г.).
40. Роббинс, М. К. и Кестер, С. Дж. Ориентированные на кристаллы ТФЭТ с черным фосфором с сильной межзонной туннельной анизотропией и подпороговым наклоном, близким к термоэлектронному пределу. В 2017 IEEE Int. Встреча электронных устройств. (IEDM) , 15.7.1–15.7.4 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, 2018 г.).
41. Liu X, et al. MoS 2 Полевые транзисторы с отрицательной емкостью и подпороговым размахом ниже физического предела.Adv. Матер. 2018; 30: 1800932. DOI: 10.1002 / adma.201800932. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]42. Yu, Z. et al. Отрицательная емкость 2D MoS 2 транзисторов с подпороговым размахом менее 60 мВ / дек более 6 порядков, плотностью тока 250 мкА / мкм и почти без гистерезиса. В 2017 IEEE Int. Встреча электронных устройств. (IEDM) , 23.6.1–23.6.4 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, 2018 г.).
43. Si M, et al. Крутой полевой транзистор WSe2 с отрицательной емкостью. Nano Lett. 2018; 18: 3682–3687.DOI: 10.1021 / acs.nanolett.8b00816. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] 44. Макгуайр Ф.А. и др. Переключение менее 60 мВ / декада в 2D полевых транзисторах с отрицательной емкостью со встроенным сегнетоэлектрическим полимером. Прил. Phys. Lett. 2016; 109: 0. DOI: 10,1063 / 1,4961108. [CrossRef] [Google Scholar] 45. Ван X и др. Двумерный транзистор отрицательной емкости с затвором из сегнетоэлектрического полимера на основе поливинилиденфторида. npj 2D Mater. Прил. 2017; 1:38. [Google Scholar] 46. Ченг СН, Чин А.Низковольтный pMOSFET с крутым включением, использующий сегнетоэлектрический диэлектрик затвора с высоким k. IEEE Electron Device Lett. 2014; 35: 274–276. DOI: 10.1109 / LED.2013.22. [CrossRef] [Google Scholar]47. Park, J. et al. Устройство порогового переключателя на основе NbO2 с высокой рабочей температурой (> 85 ° C) для полевого МОП-транзистора с крутым наклоном (∼2 мВ / дек) со сверхнизким напряжением и улучшенным временем задержки. В 2017 IEEE Int. Встреча электронных устройств. (IEDM) , 23.7.1–23.7.4 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, 2018 г.).
48. Ю Дж, Ли Ди, Пак Дж, Сон Дж, Хван Х.Полевые транзисторы с крутой характеристикой и устройством овонного порогового переключателя на основе B-Te. IEEE J. Электронные устройства. 2018; 6: 821–824. DOI: 10.1109 / JEDS.2018.2856853. [CrossRef] [Google Scholar]49. Shukla, N. et al. Пороговый переключатель на основе Ag / HfO2 с крайней нелинейностью для униполярной перекрестной памяти и фазового полевого транзистора с крутым наклоном. В 2016 IEEE Int. Встреча электронных устройств. (IEDM) , 34.6.1–34.6.4 (IEEE, Сан-Франциско, Калифорния, 2017).
50. Huang Q, et al. Полевой транзистор с резистивным затвором: новое устройство с крутым наклоном, основанное на блоке затворов металл-диэлектрик-металл-оксид.IEEE Electron Device Lett. 2014; 35: 877–879. DOI: 10.1109 / LED.2014.2327219. [CrossRef] [Google Scholar] 51. Ван X-F и др. Двухрежимный транзистор накаливания MoS 2 с чрезвычайно низким подпороговым размахом и рекордно высоким соотношением включения / выключения. САУ Нано. 2019; 13: 2205–2212. [PubMed] [Google Scholar] 52. Чой М.С. и др. Управляемый захват заряда дисульфидом молибдена и графеном в сверхтонких гетероструктурных устройствах памяти. Nat. Commun. 2013; 4: 1624. DOI: 10,1038 / ncomms2652. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar] Полевой транзисторметалл-оксид-полупроводник — обзор
3.2.2.1 Силовые полевые МОП-транзисторы Технология MOSFET
восходит к 1970-м годам, когда были произведены первые полевые транзисторы с изолированным затвором. Типичный полевой МОП-транзистор состоит из выводов затвора, истока, стока и корпуса, а также областей полупроводникового материала n-типа и p-типа, как показано на рис. 3.6. В областях кремния n-типа имеется большое количество электронов в зоне проводимости атомов кремния, которые образуют материал, и эти электроны являются основными носителями заряда. Напротив, кремний p-типа имеет дефицит электронов в валентной зоне, также известный как изобилие дырок, и движение этих дырок в валентной зоне отвечает за перенос заряда.
Рисунок 3.6. (A) Планарная структура MOSFET (слева) и (B) Вертикальная структура MOSFET (справа).
В типичном плоском полевом МОП-транзисторе затвор изолирован от полупроводника с помощью оксида, а вывод корпуса изнутри соединен с источником, оставляя три открытых вывода. Это дает эффект создания диода между истоком и стоком, который может блокировать ток, протекающий от стока к истоку, когда устройство выключено. МОП-транзистор работает как переключатель, подавая положительное напряжение смещения на затвор относительно стока.Это создает электрическое поле, которое притягивает электроны из кремния p-типа к затвору. Эти электроны заполняют пространство между двумя высоколегированными областями n-типа, образуя инверсионный слой и тем самым обеспечивая путь для прохождения тока от стока к истоку.
Планарный полевой МОП-транзистор не подходит для приложений с переключением мощности по нескольким причинам. Рабочее напряжение устройства зависит от длины канала (то есть ширины области p-типа, как показано на рис.3,6 А), в то время как номинальный ток устройства зависит от поперечного сечения токоведущей части и, следовательно, ширины канала (т. Е. Глубины страницы, как показано на рисунке). Для силовых приложений планарный МОП-транзистор потребует значительной площади для создания большой площади поперечного сечения, необходимой для передачи большого количества тока. Вертикальные конструкции, подобные показанной на рис. 3.6В, решают эту проблему и позволяют использовать более высокие токи. В этой конфигурации ток течет вертикально, тем самым увеличивая площадь поперечного сечения, через которое проходит ток, при сохранении примерно того же размера корпуса.Номинальное напряжение устройства зависит от толщины и концентрации легирования в слое n-типа, что также может влиять на сопротивление в открытом состоянии.
Два источника неэффективности преобразователей мощности, использующих полевые МОП-транзисторы, — это коммутационные потери и потери проводимости. Коммутационные потери в полевых МОП-транзисторах понимаются с учетом емкости затвора. Этот конденсатор необходимо зарядить, чтобы поднять напряжение затвора до достаточно высокого уровня для включения транзистора. Точно так же нужно снять заряд, чтобы снизить напряжение и выключить транзистор.Если транзистор используется в качестве высокочастотного переключателя, как в случае с SST, которые мы рассмотрели, постоянное добавление и удаление заряда потребляет значительное количество энергии и генерирует тепло, с которым должен справляться объемный кремний. Потери при переключении снижаются за счет минимизации заряда, необходимого для включения устройства. Потери проводимости, напротив, снижаются за счет уменьшения сопротивления в открытом состоянии.
За последние несколько десятилетий в базовую структуру полевого МОП-транзистора, показанную на рис.3.6 для повышения производительности в силовых приложениях. Например, введение слаболегированных стоков позволило полевым МОП-транзисторам блокировать более высокие напряжения при выключении (Saxena & Kumar, 2012). Геометрические улучшения, такие как введение затворов для уменьшения сопротивления в открытом состоянии, улучшили способность силовых полевых МОП-транзисторов управлять током (Shenai, 2013). Несмотря на эти улучшения, фундаментальным ограничением технологии MOSFET является связь между сопротивлением в открытом состоянии и напряжением пробоя устройства.В частности, сопротивление в открытом состоянии увеличивается пропорционально квадрату напряжения пробоя (Shenai, 2013). По этой причине трудно получить высокое рабочее напряжение при одновременном протекании больших токов. Поэтому полевые МОП-транзисторы часто используются для приложений среднего напряжения, которые включают определенные возобновляемые источники и устройства хранения энергии.
Текущие исследования и разработки в контексте приложений для интеллектуальных сетей сосредоточены вокруг успешной реализации этих устройств с использованием передовых полупроводников.Использование этих широкозонных полупроводников, включая карбид кремния (SiC), обсуждается в разделе 3.2.2.3.
топ-9 самых популярных транзисторных переключателей 12 В и получите бесплатную доставку
ВЫБОР ПЕРСОНАЛА
Код
0_ Если это произойдет, Q2 переключится, а Q1 будет переключен. хотя я буду управлять светодиодами с питанием 12 вольт, поэтому я мог бы использовать транзистор или специальный драйвер MOSFET.
1_ Питается от регулятора напряжения 7805 на 5 В, питаемого от аккумулятора 12 В.Сигнал от. Сторона трансформатора питает базу транзистора. Они включили переключатель, чтобы расширение.
2_ LTC4280 подходит для широкого спектра применений, включая системы резервного питания 12 В, подверженные переходным процессам в линии при переключении питания. вставка доски и отключение пропуска.
3_ Ему нужен был простой контроллер двигателя, который мог бы работать от 8 В до 12 В и подавать ток в амперах на постоянный ток. У меня был чип, управляющий большим транзистором Дарлингтона PNP в металлическом корпусе TO-3, который мог работать.
4_ Я подумал, пока у меня был открытый проигрыватель, и я подумал, что я добавлю триггер входа 12 В для включения проигрывателя компакт-дисков, так как у него не было режима ожидания, только главный выключатель питания. Мой приемник T752 имеет 12 В.
5_ Как обычно, избегайте очень высоких и очень низких значений резисторов, чтобы избежать ошибок измерения, вызванных «нагрузкой» счетчика (на верхнем конце) и во избежание перегорания транзистора (вкл. Каждый раз при размыкании переключателя:.
6_ Узнайте, как интегрированные решения Smart Power следующего поколения от ST могут помочь вам снизить затраты, повысить надежность и оптимизировать место на плате.Также узнайте, как выбрать оптимальное решение для вашего.
7_ Случайное включение Случайное включение особенно важно для индуктивных нагрузок (трансформаторов и т. Д.). Устройства с нулевой коммутацией переключаются в точке, где находится. Этот канал представляет собой слой оксида металла. Биполярный.
8_ Omron E3T-SL11 технические характеристики, атрибуты и параметры. Фотоэлектрический датчик 0,6 дюйма. Измерение 12-24 В постоянного тока. Работа в режиме освещения. Конфигурация NPN. 2 м. Термопласт. Выходной ток фотоэлектрического датчика.
9_ H&K Equipment of Pittsburgh с гордостью предлагает устройства быстрой быстрой зарядки.Зарядные устройства на биполярных транзисторах с изолированным затвором (IGBT) Express разработаны и изготовлены Aker Wade для работы в тяжелых условиях.
переключатель транзисторный 12в
% PDF-1.2 % 124 0 объект > эндобдж xref 124 87 0000000016 00000 н. 0000002091 00000 н. 0000002784 00000 н. 0000003002 00000 п. 0000003176 00000 п. 0000003334 00000 н. 0000003512 00000 н. 0000003723 00000 н. 0000004064 00000 н. 0000004351 00000 п. 0000004590 00000 н. 0000004801 00000 п. 0000005027 00000 н. 0000005257 00000 н. 0000005486 00000 н. 0000005679 00000 н. 0000006126 00000 н. 0000006427 00000 н. 0000006730 00000 н. 0000007158 00000 н. 0000007537 00000 н. 0000007859 00000 п. 0000013480 00000 п. 0000013565 00000 п. 0000013669 00000 п. 0000014010 00000 п. 0000015139 00000 п. 0000015246 00000 п. 0000015358 00000 п. 0000015720 00000 п. 0000016139 00000 п. 0000016503 00000 п. 0000016744 00000 п. 0000016855 00000 п. 0000017024 00000 п. 0000017238 00000 п. 0000017397 00000 п. 0000017563 00000 п. 0000018071 00000 п. 0000018458 00000 п. 0000018852 00000 п. 0000019263 00000 п. 0000019580 00000 п. 0000019691 00000 п. 0000020055 00000 н. 0000020290 00000 н. 0000020446 00000 п. 0000020679 00000 п. 0000021010 00000 п. 0000021277 00000 п. 0000021485 00000 п. 0000021807 00000 п. 0000022194 00000 п. 0000022468 00000 п. 0000022813 00000 п. 0000023006 00000 п. 0000023304 00000 п. 0000023463 00000 п. 0000023766 00000 п. 0000024106 00000 п. 0000024530 00000 п. 0000024816 00000 п. 0000025189 00000 п. 0000025426 00000 п. 0000025721 00000 п. 0000026370 00000 п. 0000026678 00000 п. 0000026932 00000 п. 0000027226 00000 п. 0000027615 00000 н. 0000027638 00000 п. 0000030396 00000 п. 0000030419 00000 п. 0000032707 00000 п. 0000032730 00000 н. 0000035476 00000 п. 0000035499 00000 п. 0000037713 00000 п. 0000037736 00000 п. 0000040221 00000 п. 0000040244 00000 п. 0000042465 00000 п. 0000042488 00000 п. 0000044725 00000 п. 0000044748 00000 п. 0000002148 00000 н. 0000002762 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 125 0 объект > эндобдж 209 0 объект > транслировать Hc«a`Ha`g`sd` @
Заявка на патент США на ТРАНЗИСТОР С ЭФФЕКТОМ СОЕДИНЕНИЯ ПОЛЯ, ИНТЕГРИРОВАННАЯ ЦЕПЬ ДЛЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ И ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ Заявка на патент (заявка № 20110228575 от 22 сентября 2011 г.)
ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СВЯЗАННОЕ ЗАЯВЛЕНИЕЭто подразделение U.Заявка на патент S. Сер. № 11 / 690,825, поданная 24 марта 2007 г., все содержание которой включено в качестве ссылки.
Уровень техникиИС для импульсного источника питания — это специальная ИС для управления дискретным переключающим транзистором высокого напряжения. ИС получает собственное питание во время работы за счет переключения высоковольтного транзистора. Однако вначале ИС требуется источник питания пускового тока, который подается от пусковой цепи. Схема запуска обычно интегрируется в ту же полупроводниковую подложку, что и ИС, чтобы уменьшить количество компонентов и упростить систему питания.
Пусковой ток, представляющий собой переменный ток (AC) при напряжении от 100 до 240 В, выпрямляется. Для нормально включенного элемента на стороне более высокого напряжения цепи пуска необходимо иметь пробивное напряжение около 450 В для подачи пускового тока в цепь пуска. Элемент нормально включенного типа реализован в виде бокового полевого транзистора высокого напряжения, встроенного в ту же полупроводниковую подложку, что и ИС для импульсного источника питания. Технические характеристики импульсного источника питания определяются допустимой токовой нагрузкой нормально включенного элемента.
РИС. 7 — принципиальная схема обычного импульсного источника питания. Напряжение переменного тока подается на выпрямитель 103 через предохранитель 102 от источника питания переменного тока 101 . Выходное напряжение постоянного тока (DC) из выпрямителя подается на конденсатор источника питания , 104, , который становится источником питания постоянного тока. Напряжение постоянного тока от конденсатора источника питания , 104 подается на вывод стока JFET 302 схемы запуска 133 через вывод источника питания 301 IC 120 для переключения мощности поставка.Кроме того, постоянное напряжение подается на полевой МОП-транзистор , 121 через первичную обмотку , 106, трансформатора , 105, . Вывод истока , 303, полевого транзистора JFET , 302, соединен с выводом стока NMOSFET 304 и подключен к выводу затвора 306 NMOSFET 304 через резистор 305 . Клемма затвора 306 соединяется с NMOSFET 134 силовой секции 131 схемы управления 129 .Клемма истока NMOSFET 304 подключена к силовой части 131 схемы управления 129 и к сглаживающему конденсатору 110 через клемму выходного напряжения схемы запуска 308 .
Уровень напряжения клеммы затвора 306 спроектирован так, чтобы быть выше порогового напряжения NMOSFET 304 на уровне напряжения клеммы выходного напряжения цепи запуска 308 , когда сглаживающий конденсатор 110 был заряжен до заданного значения напряжения.Уровень напряжения клеммы истока , 303, полевого транзистора , 302, определяется уровнем напряжения клеммы затвора , 306, . Когда напряжение источника питания подается от конденсатора источника питания , 104 , включается NMOSFET 304 , и пусковой ток заряжает сглаживающий конденсатор , 110, через JFET 302 и NMOSFET 304 . Когда сглаживающий конденсатор , 110, достигает заданного значения напряжения, запускается схема управления , 129, и NMOSFET , 121 начинает работать по управляющему сигналу от блока управления , 132, .Когда NMOSFET 121 начинает работать, ток, основанный на напряжении, индуцированном во второй обмотке 111 b трансформатора 105 , заряжает сглаживающий конденсатор 110 через диод 112 и NMOSFET 121 продолжает работу. Ток от вторичной обмотки 111 a трансформатора 105 заряжает выходной конденсатор 108 через диод 107 , а постоянное напряжение / ток выводится через выходной контакт 109 с выхода конденсатор 108 .Кроме того, NMOSFET 134 силовой секции 131 включается после запуска схемы управления 129 , а NMOSFET 304 выключается из-за понижения уровня напряжения на выводе затвора 306 . После выключения NMOSFET 304 JFET 302 выключается, поскольку уровень напряжения на выводе источника 303 JFET 302 становится высоким.
РИС. 8A-8D схематично иллюстрируют JFET 302 по фиг.7. Фиг. 8A — план JFET 302 ( 40 ). ИНЖИР. 8B — увеличенный фрагмент участка A на фиг. 8А. ИНЖИР. 8C представляет собой вид в разрезе по линии 8 C- 8 C на фиг. 8B. ИНЖИР. 8D — вид в разрезе по линии 8 D- 8 D на фиг. 8B. Область 1, затвора (область лунки p-типа) выборочно сформирована в поверхностном слое подложки , 30, p-типа, так что идущие радиально наружу углубленные области каждой заданной ширины формируются по окружности вокруг области дрейфа 2 (первая область колодца n-типа), которая также продолжается в часть углубленных областей области затвора 1 .Множество (показано восемь) областей 3, истока (вторые области ям n-типа) сформировано, и области истока находятся в контакте с областью 2 дрейфа, которая простирается в часть области 1 затвора. Область стока , 4, (третья область колодца n-типа) сформирована напротив и отдельно от области 3 истока. Области , 3, истока сформированы на равных расстояниях по окружности вокруг области дрейфа, при этом область стока , 4, расположена по центру.Области истока , 3, и сток, , 4, могут быть сформированы одновременно. Кроме того, металлическая проводка 21 , а именно электрическая проводка электрода затвора, формируется для окружения областей 2 , 3 и 4 на поверхности области 1 затвора. Металлическая проводка 21 соединена с полевой пластиной 13 , сформированной через оксидную пленку LOCOS 12 на дрейфовой области 2 , и с заземлением GND.
Область 7 контакта истока сформирована в соответствующем поверхностном слое в областях 3 истока, а область контакта 8 стока сформирована в поверхностном слое в области 4 стока. Области истока , 3, соединены с металлической проводкой , 23, через контактные области истока, , 7, , а область стока , 4, соединена с металлической проводкой , 24, , через контактную область стока, , 8, .Слой истощения 11 распространяется от p-n-переходов, связанных с областью затвора 1 , областью дрейфа 2 и областями истока 3 , которые окружены областью затвора 1 . Слой истощения 11, является узким со стороны областей источника 3 с высокой концентрацией примесей и широким со стороны дрейфовой области 2 с низкой концентрацией примесей. Следовательно, растекание обедненного слоя 11 может быть изменено путем изменения концентрации примесей в дрейфовой области 2 .Таким образом, ширину канала W 1 можно регулировать.
В вышеупомянутом JFET 302 ( 40 ) структура для высокого напряжения пробоя отвечает за переходы, относящиеся к области затвора 1 и области дрейфа 2 , а также структуру для высокий ток отвечает за области источника 3 . Таким образом, высокое напряжение пробоя и низкое сопротивление в открытом состоянии совместимы благодаря разделению ролей. Кроме того, область 1 затвора JFET 40 всегда заземлена, а слой истощения 11 расширяется, когда области 3 истока имеют смещение положительного электрического потенциала.Когда прикладывается определенное напряжение стока, ток стока продолжает уменьшаться из-за образования каналов, которые перекрываются с ростом потенциала области истока 3 и перехватывают (почти не протекают) ток стока, когда область дрейфа 2 (область канала) обрезана.
Кроме того, выложенный патент Японии № 2001-7121 раскрывает, что напряжение отключения, немного зависящее от напряжения стока, может быть реализовано, поскольку боковые полевые транзисторы с высоким напряжением пробоя соединены последовательно.Кроме того, в выложенном японском патенте № 2005-268319 раскрывается, что увеличение пускового тока может быть реализовано без ущерба для напряжения пробоя путем создания части дрейфового слоя полевого транзистора JFET с высоким боковым напряжением пробоя с высокой концентрацией примесей.
При настройке схемы запуска 133 , показанной на фиг. 7, входное напряжение схемы запуска , 133, подается на JFET 302 через клемму источника питания , 301, , и пусковой ток заряжает сглаживающий конденсатор , 110, , через выходной контакт , 308, .NMOSFET 304 выполнен в расширенном исполнении для предотвращения обратного тока от выходной клеммы 308 . Поскольку NMOSFET , 304 является расширенным типом, необходимо, чтобы уровень напряжения на выводе затвора , 306, был не ниже порогового напряжения NMOSFET , 304 , чтобы он сам включился. Это напряжение проходит через резистор 305 от клеммы истока 303 JFET 302 .Поскольку клемма истока NMOSFET , 304 подключена к выходной клемме 308 схемы запуска, NMOSFET 304 вызывает эффект смещения подложки за счет напряжения выходной клеммы 308 схемы запуска, тем самым увеличение порогового напряжения полевого МОП-транзистора , 304 , когда уровень напряжения выходной клеммы 308 схемы запуска становится выше. Следовательно, необходимо, чтобы напряжение на выводе 306 затвора было больше, чем пороговое напряжение NMOSFET 304 на уровне напряжения выходной клеммы 308 схемы запуска, когда сглаживающий конденсатор 110 был заряжен до заданного напряжения пусковым током.
С другой стороны, ширина канала W 1 в JFET 302 ( 40 ) входной стороны схемы запуска становится меньше, когда уровень напряжения на клемме источника 303 становится выше . Уровень напряжения на выводе истока , 303, полевого транзистора 302 , таким образом, должен быть низким, чтобы пропускать большой ток. Поскольку, как упомянуто выше в схеме на фиг. 7, вывод затвора 306 полевого МОП-транзистора 304 установлен на напряжение не менее порогового напряжения для уровня напряжения выходной клеммы 308 схемы запуска, когда сглаживающий конденсатор 110 заряжен. до заданного напряжения пусковым током.Кроме того, сток NMOSFET 304 соединен с выводом истока 303 JFET 302 , а вывод затвора 306 соединен с выводом истока 303 JFET 302 через резистор 305 . Затем напряжение истока 303 полевого транзистора 302 приблизительно равно напряжению терминала затвора 306 , так что уровень напряжения источника 303 полевого транзистора 302 становится высоким по сравнению с уровень напряжения клеммы истока NMOSFET 304 (уровень напряжения выходной клеммы пускового тока 308 ).
Сравнивая этот случай со случаем, когда уровень напряжения на выводе истока NMOSFET 304 и уровень напряжения на выводе истока 303 JFET 302 примерно равны, пусковой ток уменьшается или уровень зарядного напряжения сглаживающего конденсатора 110 становится низким. В противном случае пусковой ток уменьшается, и в то же время уровень зарядного напряжения сглаживающего конденсатора , 110, становится низким.
Соответственно, остается потребность в усовершенствовании, которое может быть использовано для схемы запуска ИС для импульсного источника питания без недостатков, упомянутых выше. Настоящее изобретение удовлетворяет эту потребность.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯНастоящее изобретение относится к переходному полевому транзистору (в дальнейшем называемому JFET), который может использоваться для схемы запуска, интегральной схеме (в дальнейшем именуемой IC) для переключения мощности. источник питания и импульсный источник питания использовали JFET.
Одним из аспектов настоящего изобретения является переходной полевой транзистор (JFET), содержащий полупроводниковую подложку, область стока, электрод стока, область дрейфа, множество областей истока и электродов истока, область затвора и затвор. электрод. Подложка состоит из первого типа проводимости. Область стока состоит из второго типа проводимости и сформирована в полупроводниковой подложке. Электрод стока электрически соединен с областью стока.Дрейфовая область состоит из второго типа проводимости и формируется в полупроводниковой подложке. Источники имеют второй тип проводимости и сформированы в полупроводниковой подложке. Один из электродов истока электрически соединяется с одной из зон истока. Область затвора состоит из первой проводимости и формируется в полупроводниковой подложке в контакте с областью дрейфа и областями истока. Электрод затвора электрически соединен с областью затвора.Область дрейфа находится между областью стока и областями истока, и электроды истока обеспечивают, по меньшей мере, первый электрод истока и второй электрод истока, электрически изолированные от первого электрода истока.
Источники могут быть сформированы по окружности вокруг дрейфовой области. Источники могут быть равномерно распределены вокруг дрейфовой области. Область затвора выборочно формируется в поверхностном слое полупроводниковой подложки, чтобы обеспечить множество углубленных областей, которые проходят радиально наружу.Каждая из исходных областей сформирована в одной из углубленных областей. Каждая из исходных областей может занимать часть соответствующей углубленной области или всю область соответствующей углубленной области. JFET может дополнительно включать в себя полупроводниковую область первого типа проводимости, сформированную в области дрейфа и контактирующую с областью дрейфа.
Другой аспект настоящего изобретения — это интегральная схема (ИС) для импульсного источника питания. ИС может включать в себя резистор, пусковую схему, содержащую полевой транзистор JFET, и полевой МОП-транзистор второго типа проводимости, имеющий вывод стока, вывод затвора и вывод истока.JFET может иметь первый электрод истока и второй электрод истока, электрически изолированные от первого электрода истока. Вывод стока полевого МОП-транзистора соединен с первым электродом истока полевого транзистора. Вывод затвора полевого МОП-транзистора соединен со вторым электродом истока полевого транзистора через резистор и приспособлен для подключения к схеме управления для вывода управляющего сигнала для управления переключающим элементом. Клемма истока полевого МОП-транзистора адаптирована для подключения к цепи управления и конденсатору.
IC может включать в себя схему управления. Схема запуска и схема управления могут быть интегрированы в одну и ту же полупроводниковую подложку. JFET может быть ранее описанным JFET в первом аспекте настоящего изобретения.
Другим аспектом настоящего изобретения является импульсный источник питания, включающий в себя ранее описанную схему управления для вывода управляющего сигнала для управления переключающим элементом, конденсатором и ранее описанную схему запуска во втором аспекте настоящего изобретения.Вывод затвора полевого МОП-транзистора соединен со вторым электродом истока полевого транзистора через резистор и подключен к цепи управления, а вывод истока полевого МОП-транзистора подключен к цепи управления и конденсатору.
JFET может быть таким, как описано в первом аспекте настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙФИГ. Фиг.1A-1D схематично иллюстрируют первый вариант осуществления полевого транзистора (JFET) согласно настоящему изобретению.
РИС. 2A-2D схематично показан второй вариант осуществления JFET согласно настоящему изобретению.
РИС. 3 — принципиальная схема импульсного источника питания согласно настоящему изобретению.
РИС. 4 показаны кривые напряжение-ампер для полевого транзистора JFET 125 , показанного на фиг. 1A-1D, полевой МОП-транзистор 127 на фиг. 3, и полевой МОП-транзистор 304 на фиг. 7.
РИС. 5 показаны кривые, показывающие характеристики переключения полевого МОП-транзистора, используемого в качестве полевого МОП-транзистора , 127, и полевого МОП-транзистора , 304, .
РИС. 6 представляет собой график, показывающий эффект смещения подложки полевого МОП-транзистора, используемого в качестве полевого МОП-транзистора , 127, и полевого МОП-транзистора , 304, .
РИС. 7 — принципиальная схема обычного импульсного источника питания.
РИС. 8A-8D схематично показан полевой транзистор JFET 302 по фиг. 7.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕРИС. Фиг.1A-1D схематично иллюстрируют первый вариант осуществления полевого транзистора (JFET). ИНЖИР. 1A — вид сверху JFET 10 .ИНЖИР. 1B — увеличенный фрагмент разреза A на фиг. 1А. ИНЖИР. 1C представляет собой вид в разрезе по линии 1 C- 1 C на фиг. 1B. ИНЖИР. 1D — вид в разрезе по линии 1 D- 1 D на фиг. 1B. JFET 10 представляет собой JFET нормально включенного типа для запуска, который подает пусковую электроэнергию в схему управления 129 по фиг. 3.
Конфигурация JFET 10 будет объяснена со ссылкой на фиг.1A-1D. Область 1, затвора (область лунки p-типа) выборочно сформирована в поверхностном слое подложки , 30, p-типа, так что идущие радиально наружу углубленные области каждой заданной ширины формируются по окружности вокруг области дрейфа 2 (первая область колодца n-типа), которая также продолжается в часть углубленных областей области затвора 1 . Исходные области 3 (вторые области лунок n-типа; 8 , проиллюстрированные в этом варианте осуществления) сформированы в углубленных областях области затвора 1 .Области 3, истока находятся в контакте с частью области 2 дрейфа, которая простирается в область 1 затвора. Область стока , 4, (третья область колодца n-типа) сформирована напротив и отдельно от области 3 истока. Области , 3, истока сформированы на равных расстояниях по окружности вокруг области 2 сноса, при этом область стока формируется в ее центре. Область 3 истока и область 4 стока могут быть сформированы путем диффузии одновременно.Кроме того, металлическая проводка 21 , а именно проводка электрода затвора, сформирована на поверхности области затвора 1 , чтобы окружать область дрейфа 2 , область истока 3 и область стока 4 . Изолирующая пленка (оксидная пленка LOCOS) 12 формируется на дрейфовой области 2 . Полевая пластина , 13, из поликремния сформирована на изолирующей пленке , 12, над областью дрейфа. Изолирующая пленка 9 формируется поверх подложки.
Область контакта с истоком 7, сформирована в соответствующем поверхностном слое каждой из областей 3 истока, а область контакта со стоком 8 сформирована в поверхностном слое области стока 4 . Слой истощения 11 , который основан на pn-переходах, связанных с областями истока 3 , который окружен областью затвора 1 , областью дрейфа 2 и областью затвора 1 , распространяется мало. в сторону области источника 3 с высокой концентрацией примеси и в сторону от области дрейфа 2 с низкой концентрацией примеси.Следовательно, распространение обедненного слоя может быть изменено путем изменения концентрации примесей в дрейфовой области 2 , и, таким образом, шириной канала W 1 можно управлять. Область затвора 1 JFET 10 всегда заземлена. Кроме того, соединения областей истока 3 разделены по крайней мере на две группы, т. Е. Первая группа областей истока 3 подключена к металлической проводке 6 (клемма затвора полевого МОП-транзистора 125 фиг.3) через контактные области истока 7, и вторая группа истоковых областей 3 соединена с металлической проводкой 5 (вывод истока полевого МОП-транзистора , 124, на фиг.3) через контактные области истока. 7 . Это фактически является эквивалентом множества JFET-транзисторов. Роли распределяются между двумя полевыми транзисторами, так что переход между областью затвора 1 и областью дрейфа 2 обрабатывает высокое напряжение пробоя, а области источника 3 обрабатывают большой ток, так что высокое напряжение пробоя и совместимы с низким сопротивлением.Множество эквивалентных полевых транзисторов JFET можно получить, разделив обычную металлическую проводку 23 на две металлические проводки 5 и 6 в секциях B. Хотя на фиг. 1A-1D не иллюстрируют, металлическая проводка 21 подключена к области затвора 1 , полевой пластине 13 и заземлению GND.
Что касается JFET 10 , когда напряжение подается в контактную область стока 8 , ток стока течет радикально.Когда область контакта истока 7 смещена в положительный электрический потенциал и потенциал области контакта истока 7 достигает определенного потенциала из-за повышения, ток стока прерывается из-за отключения области дрейфа 2 истощенным слоем 11 . Когда JFET 10 используется для схемы запуска 133 по фиг. 3, напряжение пробоя между стоком и истоком рассчитано на то, чтобы иметь не менее напряжения пробоя 500 В, в основном, в переходе между областью затвора , 1, и областью дрейфа, , 2, .
Как показано в IC 120 для импульсного источника питания по фиг. 3, вывод истока , 203, B полевого транзистора JFET , 125, соединен со стоком полевого транзистора NMOSFET , 127, , составляющего схему запуска 133 , и вывод истока , 203, A, полевого транзистора , 124, . подключен к клемме затвора 206 полевого МОП-транзистора 127 через резистор 126 соответственно. Металлические проводки 6 и 5 обычно расположены так, что количество областей истока 3 полевого транзистора JFET 125 , составляющих полевой транзистор JFET 10 и соединяющихся со стоком полевого транзистора NMOSFET 127 , превышает область истока 3 полевого транзистора 124 , составляющего полевой транзистор 10 и соединенного с выводом затвора 206 полевого МОП-транзистора 127 для обеспечения пускового тока.В этом варианте осуществления первая группа состоит из пяти областей источника, а вторая группа состоит из трех областей источника. В другом варианте осуществления первая группа может состоять из семи исходных областей, а вторая группа может состоять из одной исходной области, поскольку количество исходных областей, составляющих группу, не фиксировано. Кроме того, хотя этот вариант осуществления имеет две группы, количество групп может быть увеличено, так что количество эквивалентных полевых транзисторов JFET увеличивается.
Поскольку в полевом транзисторе JFET 10 (полевые МОП-транзисторы n-типа , 124, и 125 ) по фиг.1, расположены два вывода истока (металлические проводки 5 и 6 ) для отвода тока из каналов, образованных между областью стока 4 и множеством областей истока 3 , множество выводов для отвода тока можно получить (две клеммы источника 203 A и 203 B). Поскольку напряжение, приложенное к соответствующему выводу источника, можно сделать независимым, степень свободы управления током увеличивается.
РИС.2A-2D схематично показан второй вариант осуществления JFET согласно настоящему изобретению. ИНЖИР. 2A — вид сверху JFET 10 ′. ИНЖИР. 2B — увеличенный фрагмент разреза A на фиг. 2А. ИНЖИР. 2C представляет собой вид в разрезе по линии 2 C- 2 C на фиг. 2Б. ИНЖИР. 2D — вид в разрезе по линии 2 D- 2 D на фиг. 2Б. JFET 10 ‘второго варианта осуществления отличается от JFET 10 первого варианта тем, что JFET 10 ‘ имеет полупроводниковую область 22 p-типа, контактирующую с областью затвора 1 , сформированной на дрейфовой области 2 , а дрейфовая область 2 расположена между полупроводниковой областью 22 p-типа и подложкой 30 p-типа.Следовательно, обедненный слой 11, распространяется вблизи области дрейфа 2 в контакте с областями истока 3 и от верхней и нижней поверхности области дрейфа 2 , а затем области дрейфа 2 пережимается и в дальнейшем отключается из-за увеличения напряжения стока. Другими словами, обедненный слой 11, распространяется в вертикальном направлении в JFET 10 ‘, тогда как обедненный слой 11 распространяется в боковом направлении в JFET 10 .Работа JFET 10 ′ такая же, как у JFET 10 .
Кроме того, JFET 10 ‘имеет каждую из областей 3 истока, сформированных во всей части радиально идущих углубленных частей области 1 затвора. Однако JFET 10 ‘также может формировать каждую из областей 3 истока, сформированных в части углубленных частей области затвора, как у JFET 10 .
РИС.3 — принципиальная схема импульсного источника питания , 100, согласно настоящему изобретению. Импульсный источник питания , 100, включает JFET 10 , 10 ′ в схему запуска 133 . Соответственно, импульсный источник питания , 100, отличается от такового на фиг. 7 в цепи пуска. Как и в импульсном источнике питания по фиг. 7, переменное напряжение подается на выпрямитель 103 через предохранитель 102 от источника переменного тока 101 .Выходное напряжение постоянного тока из выпрямителя , 103, подается на конденсатор источника питания , 104 , так что конденсатор источника питания , 104 становится источником питания постоянного тока. Напряжение постоянного тока от конденсатора источника питания , 104, подается на первичную обмотку , 106, трансформатора , 105, .
В данном импульсном источнике питания 100 напряжение постоянного тока подается на вывод стока 123 JFET 10 , 10 ′, который включает JFET 124 и 125 IC 120 для импульсного источника питания от конденсатора источника питания 104 .Клеммы затвора полевых транзисторов JFET , 124, и , 125, закреплены на потенциале заземления GND, а клемма истока 203 A JFET 124 подключена к клемме затвора 206 NMOSFET . 127 и схему управления 129 через резистор 126 . Вывод истока 203 B JFET 125 подключен к выводу стока NMOSFET 127 , а вывод истока NMOSFET 127 подключен к схеме управления 129 и сглаживающему конденсатору 110 .
Схема управления 129 состоит из силовой секции 131 и секции управления 132 , а силовая секция 131 подает электроэнергию в секцию управления 132 . Кроме того, хотя это и не показано в силовой части , 131, , цепи постоянного тока соответственно подключены к клемме затвора , 206, и клемме истока NMOSFET , 127, , так что постоянный ток течет, соответственно, в JFET 124. и JFET 125 .Кроме того, силовая секция , 131, имеет полевой МОП-транзистор , 134, , который включается, когда сглаживающий конденсатор , 110, заряжается до заданного напряжения. Предварительно определенное напряжение означает напряжение, которое может позволить схеме управления , 129, стабильно запускаться.
Далее следует работа схемы управления 129 . Постоянный ток течет к полевому транзистору JFET , 124, от источника питания, подключенного к клемме стока 123 полевого транзистора 10 , 10 ′.Напряжение клеммы затвора , 206, установлено выше порогового напряжения NMOSFET , 127, , так что NMOSFET , 127, поддерживается во включенном состоянии на уровне напряжения клеммы выходного напряжения схемы запуска. 128 перед тем, как сглаживающий конденсатор , 110 будет заряжен до заданного напряжения. Следовательно, NMOSFET 127 включается, и постоянный ток (пусковой ток) течет к JFET 125 и NMOSFET 127 , а сглаживающий конденсатор 110 заряжается.Пусковой ток рассчитан на то, чтобы находиться в диапазоне, в котором пусковой ток не уменьшается из-за сужения канала JFET 125 на уровне напряжения выходной клеммы цепи запуска 128 , когда сглаживающий конденсатор 110 был заряжен до заданного напряжения. Если токовая способность канала NMOSFET 127 обеспечена в достаточной степени по сравнению с пусковым током (например, ширина канала спроектирована достаточно широко), степень свободы конструкции увеличивается, поскольку разность потенциалов, возникающая между стоком и током источник NMOSFET 127 небольшой.Когда сглаживающий конденсатор , 110, заряжен до заданного напряжения, схема управления , 129, начинает работу, а затем начинает работу NMOSFET , 121, .
Когда NMOSFET 121 начинает работу, ток от второй обмотки 111 b трансформатора 105 заряжает сглаживающий конденсатор 110 через диод 112 , а затем NMOSFET 121 продолжается операционная.Кроме того, ток от второй обмотки 111 a трансформатора 105 заряжает выходной конденсатор 108 через диод 107 , когда цепь управления 129 запускается, так что постоянное напряжение / ток выводятся через выходной вывод 109 от выходного конденсатора 108 .
Кроме того, NMOSFET 134 силовой части 131 включается, когда схема управления 129 начинает работу, а NMOSFET 127 выключается из-за уровня напряжения на клемме затвора 206 становится меньше порогового напряжения NMOSFET 127 .Уровень напряжения на выводе истока JFET 125 становится высоким из-за отключения NMOSFET 127 , а ток стока (постоянный ток) перехватывается из-за дрейфовой области (канала) JFET 125 быть отрезанным. Уровень напряжения на выводе истока JFET , 124, становится высоким из-за падения напряжения на резисторе , 126 , а ток стока JFET , 124 перехватывается из-за области дрейфа (канала) JFET. 124 отрезаны.
Таким образом, в импульсном источнике питания 100 , показанном на фиг. 3, поскольку вывод затвора , 206, отделен от вывода стока NMOSFET , 127, , уровень напряжения вывода затвора , 206, не зависит от уровня напряжения вывода стока NMOSFET , 127, . Следовательно, поскольку уровень напряжения на клемме источника 203 B JFET 125 может быть снижен примерно до того же уровня напряжения, что и на клемме источника NMOFET , 127 , пусковой ток может быть увеличен по сравнению с мощностью переключения. поставка фиг.7, когда уровень зарядного напряжения сглаживающего конденсатора , 110, повышается до предварительно определенного уровня напряжения. Кроме того, поскольку уровень напряжения клеммы истока , 203, B JFET 125 может быть снижен примерно до того же уровня напряжения, что и клемма истока NMOFET , 127 , уровень напряжения выходной клеммы схемы запуска 128 можно сделать более высоким по сравнению с импульсным источником питания, показанным на фиг. 7 при прохождении заданного пускового тока.Далее операция будет подробно объяснена с использованием числовых значений следующим образом.
JFET 10 первого варианта показан с пятью исходными областями 3 JFET 125 и тремя исходными областями 3 JFET 124 . В следующем примере используются семь исходных областей 3 JFET 125 и одна исходная область 3 JFET 124 . ИНЖИР. 4 представлены кривые напряжение-ампер для JFET 125 , NMOSFET 127 и NMOSFET 304 .Кривая (а) на фиг. 4 показывает кривую напряжение-ампер JFET 125 , когда его напряжение стока (Vjd) равно 100 В. Кривая (b) на фиг. 4 показывает кривую напряжение-ампер NMOSFET 127 , когда напряжение источника (Vms) NMOSFET 127 по фиг. 3 находится на 17В. Кривая (с) на фиг. 4 показывает кривую напряжение-ампер NMOSFET 304 , когда напряжение источника (Vms) NMOSFET 304 по фиг. 7 находится на 17 В. На фиг. 4 по горизонтальной оси отложен уровень напряжения на клеммах истока (Vjs) JFET 125 или уровень напряжения на клеммах стока (Vmd) NMOSFET , 127 или 304 , а по вертикальной оси — ток истока (Ijs ) полевого транзистора JFET 125 .
РИС. 5 представляет собой кривую, показывающую характеристику переключения полевого МОП-транзистора, используемого в качестве полевого МОП-транзистора 127 и полевого МОП-транзистора 304 . Кривая (а) на фиг. 5 показана характеристика переключения, когда уровень напряжения на выводе источника NMOSFET (Vms) (уровень зарядного напряжения) равен OV. Кривая (b) на фиг. 5 показана характеристика переключения, когда уровень напряжения на выводе источника NMOSFET (Vms) (уровень зарядного напряжения) составляет 17 В. На фиг. 5 по горизонтальной оси отложен уровень напряжения на зажимах затвора (Vmg) полевого МОП-транзистора, а по вертикальной оси — ток стока (Imd) полевого МОП-транзистора.
РИС. 6 представляет собой график, показывающий эффект смещения подложки полевого МОП-транзистора, используемого в качестве полевого МОП-транзистора , 127, и полевого МОП-транзистора , 304, . На фиг. 6 по горизонтальной оси отложен уровень напряжения (Vms) на выводе истока NMOSFET, а по вертикальной оси — это требуемый уровень напряжения (Vmgon) на выводе затвора NMOSFET, когда ток стока (Imd) протекает при 1 мкА. .
Когда уровень зарядного напряжения (Vms) становится 17 В, необходимо, чтобы уровень напряжения (Vg) на выводе затвора 206 был больше 24 В, чтобы NMOSFET 127 поддерживался во включенном состоянии при 17V в Vms, как показано на фиг.5 и 6 из-за эффекта смещения подложки (который определяется как включенное состояние, когда текущий ток составляет 1 мкА). Когда Vms составляет 17 В, уровень напряжения (Vjs) на клемме источника 203 B JFET 125 составляет 17,2 В, а ток клеммы источника 203 B на JFET 125 составляет 5,87 мА ( когда количество источников равно 7) на основании точки B пересечения на фиг. 4. Таким образом, в качестве пускового тока можно использовать ток 5,87 мА.
При использовании данного JFET в обычном импульсном источнике питания, показанном на фиг.7, необходимо подать более 24 В на вывод затвора 306 полевого МОП-транзистора 304 , когда напряжение зарядки (Vms) составляет 17 В. Напряжение вывода истока 303 (Vjs) JFET 302 также становится 24 В, когда уровень напряжения вывода 306 затвора равен 24 В. Здесь ток 2,71 мА получается на основе точки А пересечения на фиг. 4. Кривая (а) на фиг. 4, однако, показывает характеристику, когда количество областей источника равно семи.Но в обычном полевом транзисторе JFET 302 все восемь областей источника используются для передачи пускового тока. Следовательно, ток становится 2,71 мА × 8/7 = 3,10 мА, когда количество областей источника преобразовано в случае восьми. Следовательно, в качестве пускового тока можно использовать ток 3,10 мА. Таким образом, схема согласно настоящему изобретению может пропускать больший пусковой ток, чем обычная схема. Кроме того, когда количество областей истока JFET 125 , пропускающих пусковой ток, изменяется с семи на пять, ток становится равным 5.87 мА × 5/7 = 4,19 мА, и схема согласно настоящему изобретению в этом случае также может пропускать больший пусковой ток, чем обычная схема.
Кроме того, когда пусковой ток составляет, например, 7 мА в качестве предварительно определенного значения, Vjs составляет 16,8 В на основе фиг. 4 в обычной схеме, показанной на фиг. 7, когда Ijs составляет 7 мА × 7/8 = 6,13 мА. Кроме того, Vg составляет 16,8 В на основе фиг. 6, когда Vms составляет 11,6 В. Следовательно, Vms возрастает до 11,6 В. В схеме согласно настоящему изобретению, показанной на фиг.3, Vjs составляет 15,2 В согласно фиг. 4, когда пусковой ток составляет 7 мА, а затем Vms возрастает примерно до 15 В, потому что Vms примерно на том же уровне напряжения, что и Vjs. Таким образом, схема согласно настоящему изобретению может увеличивать зарядное напряжение по сравнению с традиционной схемой.
Другой полевой транзистор JFET, отличный от полевого транзистора JFET 302 на фиг. 7 может быть сформирован в импульсном источнике питания , 100, , показанном на фиг. 3, чтобы отделить вывод истока JFET от вывода затвора NMOSFET, в отличие от описанных выше вариантов осуществления.Например, исток JFET 302 и вывод затвора 306 можно разделить, подключив сток другого полевого транзистора к выводу 301 и подключив исток другого полевого транзистора к выводу затвора 306. . Другой полевой транзистор JFET, имеющий тот же размер, что и полевой транзистор JFET , 302, , является желательным, поскольку необходимо, чтобы другой полевой транзистор JFET имел такое же напряжение пробоя, что и полевой транзистор JFET , 302 , и имел такое же пространство между областью истока и областью стока, что и JFET 302 .В этом случае площадь микросхемы становится больше, а стоимость — выше. Однако, когда JFET 10 , 10 ‘в соответствии с настоящим изобретением используется для ИС для импульсного источника питания, площадь кристалла мала, а стоимость ниже.
Что касается JFET, который может применяться в настоящем изобретении, множество областей истока может быть сформировано в ответ на одну область стока, а также может использоваться другой JFET (кроме JFET, показанного в вышеупомянутых вариантах осуществления). Например, в JFET 10 ‘второго варианта осуществления область затвора 1, и металлическая проводка 21, не обязательно должны находиться в контакте с областью полупроводника 22 или областью затвора 1 , и полупроводниковая область 22 не обязательно должна быть сформирована на части дрейфовой области 2, , и металлическая проводка 21 не обязательно должна находиться в контакте с полупроводниковой областью 22 .
Настоящее изобретение обеспечивает полевой транзистор с переходным эффектом (JFET), ИС для импульсного источника питания и импульсный источник питания, которые могут сократить время пуска за счет пропускания большего тока при сохранении более высокого уровня выходного напряжения схемы пуска. , чтобы решить вышеупомянутые проблемы. Множество полевых транзисторов JFET может быть эквивалентно сформировано путем разделения электродов истока на множество групп. Первый JFET может подавать ток на сглаживающий конденсатор через NMOSFET для запуска, а второй JFET может подавать сигнал на затвор NMOSFET для запуска.Совместное использование ролей позволяет увеличить пропускную способность пускового тока и расширить рабочий диапазон импульсного источника питания.
Хотя настоящее изобретение было конкретно показано и описано со ссылкой на его предпочтительный вариант осуществления, специалистам в данной области техники будет понятно, что вышеизложенные и другие изменения в форме и деталях могут быть сделаны в нем без отклонения от сущности и объема. настоящего изобретения. Все модификации и эквиваленты, достижимые специалистом в данной области техники из настоящего раскрытия в пределах объема и сущности настоящего изобретения, должны быть включены в качестве дополнительных вариантов осуществления настоящего изобретения.Соответственно, объем настоящего изобретения должен быть определен в прилагаемой формуле изобретения.
Настоящая заявка основана на JP PA 2006-082988, поданном 24 марта 2006 г.
