Site Loader

Содержание

Устраняем заблуждения относительно внутреннего диода MOSFET

Проектировщики мощных импульсных цепей на основе полупроводниковых приборов с широкой запрещенной зоной часто допускают ошибки, связанные с режимом переключения транзисторов, которые потом дорого им обходятся.

Порой нам приходится сталкиваться с неприятной для самолюбия правдой о собственных познаниях в области силовой электроники. Поэтому автору этой статьи хотелось бы попросить читателей попытаться хотя бы на время стать полностью самокритичными!

У вас неверные представления о внутреннем диоде в мощных полевых транзисторах? Вы не одиноки в этом среди множества остальных специалистов. У любого из нас есть похожие истории о том, с чего начиналась эта путаница.

MOSFET обладают весьма полезным свойством, которое заключается в том, что когда VGS = 0, транзистор все еще проводит ток в обратном направлении. Происходит это из-за образования между истоком и стоком транзистора паразитного диода, называемого также внутренним диодом (body diode). Работая с силовой электроникой, мы обнаруживаем, что MOSFET могут пропускать ток в обратном направлении через внутренний диод, а у IGBT такой возможности нет (из-за отсутствия подобного диода).

В англоязычной литературе этот эффект уже привыкли называть просто «body diode». И все было прекрасно на протяжении десятилетий, пока не появились полупроводниковые приборы с расширенной запрещенной зоной. Благодаря измененной полупроводниковой топологии у некоторых из них нет паразитных диодов. Но они по-прежнему имеют то же самое полезное свойство, что и MOSFET: они обладают проводимостью в обратном направлении, когда VGS = 0. В частности, этим свойством отличаются GaN-транзисторы типа E-HEMT (High Electron Mobility Transistor).

Вот после этого и возникла путаница.

Я и мои коллеги неоднократно встречались с инженерами, которые предполагают, что поскольку GaN-приборы не имеют паразитных диодов, то они не проводят ток в обратном направлении. Мы неоднократно обсуждали эту тему, беседы велись в подобном ключе:

Инженер: Таким образом, у GaN-транзисторов нет паразитного диода?

Я: Да, верно.

Инженер: Значит, они не могут проводить ток в обратном направлении при отсутствии управляющего напряжения между затвором и истоком? Поэтому мне нужно добавить в схему встречно-параллельный диод?

Я: Это не совсем так.

Инженер оставался в недоумении.

Пришло время обновить используемые в данном случае понятия, чтобы правильно ссылаться на канал обратной проводимости, понимая, почему для этого не нужны внутренние body-диоды, и даже оценить преимущества, которые обеспечивают GaN-транзисторы, не имеющие таких диодов.

 Что же на самом деле происходит

Внутри GaN E-HEMT есть так называемый вторичный канал двумерного электронного газа (2DEG), сформированный на гетероэпитаксиальной структуре AlGaN/GaN. Он обеспечивает чрезвычайно высокую плотность заряда и подвижность носителей. Для работы в режиме обогащения затвор, по сути, обедняет 2DEG под этим электродом при нулевом или отрицательном смещении. Положительное смещение на затворе притягивает электроны в обедненную область и открывает канал 2DEG. При прямой проводимости (первый квадрант на рисунке 1) такое поведение во многом напоминает MOSFET, но с улучшенными характеристиками переключения.

В третьем квадранте (когда VGS = 0, а VDS отрицательное) устройство ведет себя не так, как MOSFET. Проще говоря, отрицательное смещение на выводе стока создает градиент напряжения в канале полупроводникового устройства. Это, в свою очередь, приводит к тому, что обедненная область под затвором имеет отрицательный электрический потенциал относительно электрода затвора. Другими словами, сток GaN HEMT будет вести себя как исток, а исток будет действовать как сток. Как только разность потенциалов между затвором и каналом превышает пороговое напряжение (VTH_GD), транзистор включается. Этот эффект иногда называют «самокоммутацией» (self-commutation). Поскольку транзистор проводит ток I через резистивный канал Ron, падение напряжения D вычисляется по формуле 1:

D = VTH_GD + IRon   (1)

Если транзистор выключен с отрицательным напряжением, сток должен быть более отрицательным, прежде чем возникнет самокоммутация, а общее падение напряжения DT будет вычисляться по формуле 2:

DT= VTH_GD+ (-VGS) + IRon   (2)

Рис. 1. На диаграмме из указаний GaN Systems по применению GN001 показаны графики IR для различных значений VGS

Теперь займемся поиском истины. Стоит отметить, что закреплению ошибочного представления о канале обратной проводимости способствовали сами производители GaN-транзисторов.

Многие годы они использовали два основных подхода для объяснения характеристик своих изделий при нулевом обратном смещении VGS. Во-первых, некоторые производители просто продолжали пользоваться термином «body diode». Они объясняли это тем, что GaN-транзисторы имеют некий магический диод с нулевым QRR (заряд обратного восстановления диода) и необычайно высоким падением напряжения. Это не истина, но скорее удобная фикция, позволяющая разработчикам почти всегда создавать удачные схемные решения.

Во-вторых, некоторые производители публикуют подробную документацию с характеристиками своих полупроводниковых приборов, ожидая, что инженеры внимательно прочитают эти руководства, осознают возможные ошибки и способы их устранения, прежде чем рассматривать технологию. Это достойный одобрения подход, хотя он и упускает из виду тот факт, что инженеры — такие же люди, которым трудно изменить прочно укоренившиеся привычки.

Как и следовало ожидать, результатом этих подходов стала дезориентация пользователей. До сих пор специалисты технической поддержки из компании GaN Systems встречают схемы заказных проектов, где к нашим транзисторам подключают встречно-параллельные диоды. 

Преимущества при отсутствии внутреннего диода

В конце концов, обратная проводимость при отсутствии внутреннего диода имеет некоторые реальные преимущества.

Во-первых, отсутствие этого диода означает отсутствие QRR (заряда для обратного восстановления диода), что делает GaN-транзистор пригодным для мощной полумостовой схемы коммутации. Это, в свою очередь, означает отсутствие дополнительных проблем с жесткой коммутацией из-за обратного восстановления диода, что приводит к гораздо более высоким потерям на переключение. К тому же отсутствие в GaN-транзисторах эффекта обратного восстановления позволяет использовать новые высокоэффективные схемные решения, такие как PFC (управление коэффициентом мощности) с безмостовым выходным каскадом на двух транзисторах.

Во-вторых, как видно из рисунка 2, при отсутствии этого диода нет всплеска шума при его включении. Все это упрощает разработку цепей защиты от ЭМП и повышает быстродействие схемы, что особенно полезно в компактных конструкциях, где и преобразование мощности, и обработка сигнала выполняются на одной и той же небольшой печатной плате.

Наконец, есть преимущества в ограничениях dv/dt и надежности. MOSFET имеют механизм отказа, вызываемый быстрым нарастанием напряжения на встроенном в MOSFET диоде (dv/dt). Пока этот диод находится в состоянии обратного восстановления, на нем увеличивается напряжение «сток-исток». Такое поведение может вызвать ложное включение внутреннего паразитного биполярного NPN транзистора, что в итоге разрушает структуру MOSFET.

Рис. 2. Осциллограммы сигналов переключения типичного MOSFET и E-HEMT иллюстрируют некоторые различия в поведении при включении, вызываемые встроенным диодом

В действительности, при отсутствии встроенного диода имеется только один недостаток: повышенное падение обратного напряжения (рисунок 3). В GaN E-HEMT падение обратного напряжения включает пороговое напряжение и напряжение на резистивном элементе, возникающее из сопротивления канала. Падение напряжения в GaN E-HEMT, рассчитанном на 650 В, может достигать 3 В при протекании больших токов. Это больше чем эквивалентное падение в MOSFET. Такое повышенное обратное напряжение может снизить эффективность типичной полумостовой схемы за счет увеличенных потерь при переключении («мертвое время»).

Правда, эти потери можно понизить, сократив длительность паузы между переключениями. Режим ускоренного переключения GaN E-HEMT обычно упрощает задачу сокращения паузы между открытым и закрытым состояниями ключей. Кроме того, есть такие корпусные решения от компании GaN Systems как GaNPx, они отличаются малой паразитной индуктивностью, что обеспечивает крутые фронты переключающих импульсов с сокращенным мертвым временем.

Рис. 3. Различия между обратной проводимостью в MOSFET и GaN-HEMT

 

Как правило, выигрыш в эффективности усиления при реализации GaN-схем получают от сокращения мертвого времени, что значительно перевешивает потери от повышенного обратного напряжения. Сегодня такое повышение эффективности реализовать проще, поскольку драйверы и контроллеры нового поколения все чаще поддерживают сокращение мертвого времени.

Также стоит отметить, что короткое мертвое время выгодно и по другим причинам. Например, в аудиоусилителях класса D укороченное мертвое время приводит к снижению гармонических искажений и повышению качества звука.

Есть немало учебных пособий, способных помочь тем, кто хочет избавиться от ошибочных представлений о роли встроенных диодов и намерен создавать оптимизированные по эффективности и стоимости схемы. Понимание особенностей поведения встроенного диода и четкое представление рабочих режимов GaN-устройств помогают устранить путаницу в голове, по крайней мере, до тех пор, пока очередная эволюция в сфере силовой электроники не приведет к появлению новой терминологии.

Источник: https://www.eeworldonline.com

Литература:

  1. Design/High side driver considerations
  2. Recommended GaN driver/controller ICs
  3. Design examples

Паразитный диод — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Cтраница 1

Паразитный диод в этом случае полностью исключен, поэтому потери его восстановления мы не учитываем.  [1]

Сквозной ток в синхронной схеме.  [2]

Очевидно, что паразитный диод полевого транзистора не является элементом со специально подбираемыми свойствами. Это означает, что трудно ожидать от него высоких коммутационных качеств. В то же время диоды Шоттки проектируются таким образом, чтобы максимально снизить потери обратного восстановления. Поэтому уменьшить потери в процессе выключения паразитного диода можно, подключив параллельно синхронному транзистору диод Шоттки, как показано на рис.

10.14. Чтобы понять, почему нужно так поступать, рассмотрим форму тока разрядного диода при его обратном восстановлении.  [3]

Мы уже хорошо знаем, что при изготовлении полевых транзисторов в их структуре обязательно появляется паразитный диод сток-исток, который не находит практического применения, а зачастую просто мешает нормальному функционированию схем. Кроме того, высоковольтные транзисторы MOSFET всегда имеют большое сопротивление в открытом состоянии, что, конечно, затрудняет их массовое использование при напряжениях UCH 300 В.  [4]

Из главы, посвященной элементной базе силовой электроники, мы знаем, что в своем составе транзистор MOSFET имеет паразитный диод. В схеме синхронного выпрямителя этот паразитный диод оказывается включенным в том же направлении, что и диод Шоттки. Вдобавок ко всему получается, что полевой транзистор должен работать в этой схеме при отрицательных токах и напряжениях. Проведенные авторами статьи исследования показали, что в условиях отрицательных токов и напряжений характеристики MOSFET, применяемого в качестве синхронного элемента, даже лучше, чем в условиях положительных токов и напряжений.

 [5]

Из описания модели следует, что она представляет собой нелинейную двумерную модель транзистора, которая учитывает такие явления, как эффект Эрли, высокие уровни инжекции, модуляцию сопротивлений базы и коллектора, паразитные диоды эмиттера и коллектора, расположенные в пассивной зоне транзистора. В то же время структура модели достаточна компактна и удобна для применения в универсальных машинных программах.  [6]

Из главы, посвященной элементной базе силовой электроники, мы знаем, что в своем составе транзистор MOSFET имеет паразитный диод. В схеме синхронного выпрямителя этот паразитный диод оказывается включенным в том же направлении, что и диод Шоттки. Вдобавок ко всему получается, что полевой транзистор должен работать в этой схеме при отрицательных токах и напряжениях. Проведенные авторами статьи исследования показали, что в условиях отрицательных токов и напряжений характеристики MOSFET, применяемого в качестве синхронного элемента, даже лучше, чем в условиях положительных токов и напряжений.

 [7]

Характеристика вход-выход ТТЛ элемента.| ТТЛ элемент.  [8]

Так как вся ИС изготовляется с помощью процессов диффузии на общей кремниевой подложке, то коллекторная область каждого из транзисторов образует по отношению к подложке обратносмещенный диод. Наиболее заметное влияние на внешние характеристики ТТЛ ИС оказывают

паразитные диоды Дб и ДУ, показанные на рис. 7.27 пунктиром. Эти диоды ограничивают отрицательные выбросы напряжения во входных и выходных цепях схем.  [9]

Направление тока коллектора меняется на противоположное при том же направлении тока базы. Если ток базы задается от идеального генератора тока и отсутствует паразитный диод Дк.  [10]

Расчетные схемы элемента ДТЛ-типа для.  [11]

При выходных напряжениях, меньших — 1 3 В, обе выходные характеристики элемента сливаются в одну прямую линию.

Характеристики, представленные на рис. 3.4, в, построены для гибридного варианта элемента ДТЛ-типа, у которого отсутствует паразитный диод коллектор-подложка.  [12]

Положительные и отрицательные выбросы в цифровых сигналах, управляющих АЦП, кроме возможного повреждения устройства, могут привести к сбоям при передаче информации. Например, отрицательного выброса величиной 0 3 В ниже уровня земли на тактирующем входе АЦП достаточно, чтобы открылись паразитные диоды

между схемой на кристалле и подложкой. Это явление, помимо нарушения процесса преобразования, может привести к тому, что преобразователь вместо одного фронта тактового сигнала будет воспринимать несколько.  [13]

Модель трехслойного паразитного транзистора.| Модель паразитного диода.  [14]

При расчете ИМС можно не учитывать влияние всех особенностей транзисторной структуры, поэтому удается существенно упростить ее модель. Так, например, в большинстве случаев путем введения примеси золота удается настолько уменьшить коэффициенты переноса неосновных носителей для паразитных транзисторов, что активным действием этих транзисторов можно пренебречь, учитывая только влияние емкости подложки. Паразитные диоды также можно исключить ( так как они обычно смещены в обратном направлении), оставив только зарядные емкости этих диодов. При указанных допущениях решающей становится модель активной области базы, коллектор которой шунтируется паразитной емкостью подложки. Эту модель тоже можно упростить, исключив из нее диоды, учитывающие влияние токов основных носителей.  [15]

Страницы:      1    2

Использование диода Шоттки очень велико, но вы не сможете использовать правильное

Теги:  Диод шоттки

 

  Диод шотткиЭто самое базовое схемотехническое устройство, которое часто используют все, но вы, возможно, не сможете использовать его правильно, и вы не сможете использовать его хорошо. Например, всем известно, что интерфейсная часть, как правило, нуждается в защите от электростатического разряда. Фактически, диоды Шоттки T чрезвычайно важны для защиты от электростатического разряда. Для высокоскоростных устройств, таких как интерфейсы USB3.0 и HDMI, особое внимание следует уделить емкости соединения на диоде Шоттки. Параметры, как правило, выбирают несколько п.ф. в зависимости от скорости сигнала.Если значение емкости слишком велико, схема не будет работать должным образом, но для общего низкоскоростного интерфейса или контакта источника питания вы можете выбрать большое значение паразитной емкости.Диод шотткиПоскольку это дешевле, стоимость управления спецификацией также является важной обязанностью инженера.Производительная емкость в техническом паспорте показана на рисунке 1 ниже.

        

В практическом проектировании диоды Шоттки часто используются при преобразовании напряжения переменного тока в цепи напряжения постоянного тока, а также часто используются в качестве цепей регулятора напряжения, ограничивающих цепей и цепей свободного хода. Для анализа выбирается несколько общих и важных токов.

1. Он играет роль свободного хода в индуктивности импульсного источника питания и индуктивных нагрузках, таких как реле.Эта функция очень практична.

На рисунке 5 переключатель A и переключатель B реализованы с использованием переключателей PFET и NFET, соответственно, образуя синхронный стабилизатор напряжения. Термин «синхронный» указывает на использование полевого транзистора в качестве переключателя на нижней стороне. Регуляторы Бака, которые используют диоды Шоттки вместо переключателей нижней стороны, называются «асинхронными» (или асинхронными) типами. При работе с малой мощностью синхронный стабилизатор напряжения более эффективен, поскольку падение напряжения на полевом транзисторе ниже, чем у диода Шоттки, что в основном определяется Rds (вкл). Однако когда ток индуктора достигает нуля, а нижний полевой транзистор не отключается, эффективность синхронного преобразователя при малой нагрузке снижается, а дополнительная схема управления увеличивает сложность и стоимость ИС. Диоды Шоттки могут использоваться в качестве диодов свободного хода. PN-переход Шоттки является особым, что делает его очень малой емкостью перехода и малым запасом заряда, поэтому этот переход имеет очень высокую скорость переключения и может использоваться для высокой скорости. зажим. Особенность диодов Шоттки в том, что скорость переключения очень высокая, а время обратного восстановления особенно мало. Следовательно, выпрямительный диод низкого напряжения и большого тока переключающего диода может быть изготовлен.

        

2. Выпрямительный диод Шоттки

использованиеДиод шотткиОднонаправленная проводимость может преобразовывать переменный ток с переменными направлениями в пульсирующий постоянный ток в одном направлении.

         

  3、Диод шотткиАналоговое моделирование потока

Часто сравнивается напряжение с давлением воды для моделирования, и функция диода Шоттки также может быть смоделирована аналогично потоку воды. Относительный ток диода Шоттки подобен одностороннему клапану.Например, в прямом смещении на следующем рисунке, если напряжение смещения превышает пороговое напряжение, клапан будет открываться, и поток воды может течь плавно, для обратного смещения: Клапан не открывается и вода не течет.

       


Интеллектуальная рекомендация

Caused by: org.springframework.beans.factory.BeanCreationException: Could not autowire field

1 Описание ошибки повествование 2 Причина ошибки Анализ информации, напечатанной консоли. Юнит Единый Тест. Существует только интерфейс DAO, который не записывает его; метод вызова интерфейса DAO при …

Запрос на расширение метода аннотации Mybatis

Расширяйте сложные методы запросов на основе кода, автоматически сгенерированного генератором Во-первых, используйте аннотацию @SelectProvider Аннотация @SelectProvider используется для генерации опер…

Linux использует функцию разбиения awk для удаления части поля в файле

Вот файл следующим образом: Мне нужно удалить предыдущую полосу, поэтому давайте проанализируем идею использования оболочки для решения проблемы. Команды grep и sed извлекаются для всей строки содержи…

Научите, как использовать расширенный текстовый редактор Baidu Ueditor и загружать изображения / файлы вне проекта (пользовательский путь загрузки ueditor)

очертание UEditor — это веб-редактор WYSIWYG с расширенным набором текстовых файлов, разработанный веб-интерфейсом отдела исследований и разработок Baidu. Он легкий, настраиваемый и ориентирован на ра…

Исследование схемы CDN на ресурсах Magento

Благодаря пониманию Magento было обнаружено, что файлы ресурсов Magento в основном распространяются в трех папках: media, js и skin. В папку media в основном входят ресурсы, относящиеся ко всем редакт…

Вам также может понравиться

Используйте LocalCheckPoint, чтобы ускорить итеративную расчет искры (линия разрыва)

Расчет искры и итерации Spark -это вычислительная структура на основе линии. Он записывает все операции с момента загрузки через линию, чтобы Spark мог легко реализовать ленивое выполнение. С другой с…

Установите двойные версии JDK1.8 и JDK11 в Mac и переключайтесь произвольно

Сначала загрузите установочные пакеты JDK8 и JDK11 с официального сайта и откройте bash после установки. Вы можете видеть, что две версии успешно установлены Затем отредактируйте переменную среды Тепе…

Класс упаковки MySQLDB от Python (Transfer)

От: http://blog.csdn.net/serverxp/article/details/6958459    …

Python поднимается в логотип и вправо от информации домашней страницы Baidu

Следующий код реализован в ноутбуке Jupyter Результат:…

uva12325 сундук с сокровищами

Классификационные методы перечисления, мы можем использовать различные методы перечисления в зависимости от размера диапазона S1 и S2. 1. Если значение N / s2 (N / s1) небольшое, укажите количество s2…

Схемы ТТЛ — транзисторно-транзисторной логики — КиберПедия

Навигация:

Главная Случайная страница Обратная связь ТОП Интересно знать Избранные

Топ:

Оснащения врачебно-сестринской бригады.

Теоретическая значимость работы: Описание теоретической значимости (ценности) результатов исследования должно присутствовать во введении…

Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного…

Интересное:

Влияние предпринимательской среды на эффективное функционирование предприятия: Предпринимательская среда – это совокупность внешних и внутренних факторов, оказывающих влияние на функционирование фирмы…

Финансовый рынок и его значение в управлении денежными потоками на современном этапе: любому предприятию для расширения производства и увеличения прибыли нужны…

Искусственное повышение поверхности территории: Варианты искусственного повышения поверхности территории необходимо выбирать на основе анализа следующих характеристик защищаемой территории…

Дисциплины:

Автоматизация Антропология Археология Архитектура Аудит Биология Бухгалтерия Военная наука Генетика География Геология Демография Журналистика Зоология Иностранные языки Информатика Искусство История Кинематография Компьютеризация Кораблестроение Кулинария Культура Лексикология Лингвистика Литература Логика Маркетинг Математика Машиностроение Медицина Менеджмент Металлургия Метрология Механика Музыкология Науковедение Образование Охрана Труда Педагогика Политология Правоотношение Предпринимательство Приборостроение Программирование Производство Промышленность Психология Радиосвязь Религия Риторика Социология Спорт Стандартизация Статистика Строительство Теология Технологии Торговля Транспорт Фармакология Физика Физиология Философия Финансы Химия Хозяйство Черчение Экология Экономика Электроника Энергетика Юриспруденция

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 13Следующая ⇒

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ, TTL) — разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов. Название транзисторно-транзисторный возникло из-за того, что транзисторы используются как для выполнения логических функций (например, И, ИЛИ), так и для усиления выходного сигнала . Простейший базовый элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ, в принципе повторяет структуру ДТЛ микросхем и в то же время за счёт использования многоэмиттерного транзистора, объединяет свойства диода и транзисторного усилителя что позволяет увеличить быстродействие, снизить потребляемую мощность и усовершенствовать технологию изготовления микросхемы.

Билет 21

Диод Шоттки.

Диод Шоттки — полупроводниковый диод с малым падением напряжения при прямом включении. Назван в честь немецкого физика Вальтера Шоттки. Диоды Шоттки используют переход металл-полупроводник в качестве барьера Шоттки (вместо p-n перехода, как у обычных диодов). Допустимое обратное напряжение промышленно выпускаемых диодов Шоттки ограничено 1200 В (CSD05120 и аналоги), на практике большинство диодов Шоттки применяется в низковольтных цепях при обратном напряжении порядка единиц и нескольких десятков вольт.

Условное обозначение диода Шоттки ВАХ Диода Шоттки

Полевые транзисторы с управляющим р-n переходом.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом — это полевой транзистор, затвор которого изолирован (то есть отделён в электрическом отношении) от канала p-n переходом, смещённым в обратном направлении. Такой транзистор имеет два невыпрямляющих контакта к области, по которой проходит управляемый ток основных носителей заряда, и один или два управляющих электронно-дырочных перехода, смещённых в обратном направлении. Электрод, из которого в канал входят основные носители заряда, называют истоком (Source). Электрод, через который из канала уходят основные носители заряда, называют стоком (Drain). Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называют затвором (Gate). От биполярного транзистора полевой транзистор отличается, во-первых, принципом действия: в биполярном транзисторе управление выходным сигналом производится входным током, а в полевом транзисторе — входным напряжением или электрическим полем.

Технология изготовления пленочных ИС.

Пленочными микросхемами или тонкопленочными схемами называются схемы, получаемые в результате последовательного изготовления на одной подложке радиокомпонентов и со­единительных проводников, представляющих собой пленки из резисторных, диэлектрических, полупроводниковых и других материалов, толщиной от нескольких сотых до десятых долей микрона. Пленочная технология используется для получения всех пассивных радиокомпонентов схемы (резисторов, конденсаторов и др.). Пленочные микросхемы, в которых наряду с пассивными пленочными радиокомпонентами используются навесные (дискретные) активные полупроводниковые приборы, получили название гибридных пленочных микросхем. Такие схемы, как правило, состоят из подложки, рабочих радиокомпонентов, выводов и корпуса.

 

Билет

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни. ..

Кормораздатчик мобильный электрифицированный: схема и процесс работы устройства…

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰)…

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого…



Как сделать простую защиту от переполюсовки – неправильного, перепутанного подключения плюса и минуса источника питания « ЭлектроХобби

Бывают случаи, когда приходится подключать источник питания постоянного тока к тому или иному электронному устройству не через разъемы, а напрямую проводами. Если разъем питания изначально имеет строго определенную полярность, которую можно изменить только лишь перепаиванием проводов. То в случае подключения питания к нагрузке проводами с крокодилами или всевозможными зажимами легко можно случайно перепутать полярность подключения. И вместо минуса на схему подать плюс, а вместо плюса минус. Естественно, в большинстве случаев электронное устройство после такого неправильного подключения скорей всего выйдет из строя (если в нем изначально отсутствует защита).

Чтобы обезопасить свои электронные схемы, устройства, приборы от переполюсовки (перепутанной полярности питания) можно собрать простую схему защиты, которая представлена ниже на рисунке.

Схема защиты содержит всего один полевой МОП транзистор. Данный вариант схемы может работать с напряжением от 5 до 20 вольт. Данное ограничение по напряжению связано с особенностями характеристик полевых МОП транзисторов с изолированным затвором. А именно, как известно, подобные полевики имеют среднее пороговое напряжение своего открытия именно величину 4 вольта (напряжение, что прикладывается между затвором и истоком). Если напряжение меньше 4 вольт, то полевик будет закрыт. Если больше 4 вольт, полевик уже вполне способен через свой канал исток-сток проводить электрический ток. Следовательно, чтобы изначально при правильной полярности транзистор четко нам на своем выходе выдавал напряжение, минимальным рабочим напряжением мы будем считать 5 вольт.

Верхним пределом по напряжению для данной схемы можно считать величину 20 вольт. Поскольку именно такое напряжение считается пределом безопасного напряжения, прикладываемое к управляющим выводам транзистора. Если напряжение между затвором и истоком будет более 20 вольт, то уже появляется большая вероятность пробоя полевого транзистора и выхода его из строя. В таких случаях можно дополнить имеющуюся схему и увеличить предел максимального безопасного напряжения управления. Рисунок доработанной схемы представлен ниже.

Тут мы просто принудительно ограничиваем величину управляющего напряжения полевого транзистора обычным параметрическим стабилизатором, собранного на стабилитроне и резисторе. То есть, допустим мы стабилитрон в схеме поставим на 12 вольт. При этом, как мы знаем, при работе напряжение на стабилитроне не поднимется выше напряжения стабилизации. Все лишнее напряжение будет уже оседать на резисторе R1. Следовательно, если мы даже и превысим порог в 20 вольт, то с 12 вольтовым стабилитроном на управляющих выводах полевика всегда будет 12 вольт.

Ну, и теперь о том, как и почему полевой МОП транзистор позволяет нам сделать простую защиту от переполюсовки. Изначально (если на них не подается управляющее напряжение) такие полевые транзисторы закрыты. Через канал сток-исток ток не протекает, даже если на вход подается напряжение и на выходе есть нагрузка. Чтобы полевик открылся мы между его затвором и истоком должны приложить напряжение, величиной более 4 вольт. Как это условие выполнено, то на канале исток-сток резко уменьшается сопротивление. Причем у подобных полевых транзисторв оно может быть весьма маленьким. Допустим у транзистора IRFZ44 сопротивление открытого канала исток-сток равно 0,028 Ома. Следовательно, это нам позволяет пропускать относительно большие токи без особого нагрева детали. Максимальный ток этого полевика равен до 50 ампер. Максимальное рабочее напряжение может быть до 60 вольт постоянного тока (при условии использовании схемы со стабилитроном).

В схеме мы используем N-канальный транзистор. И это значит, что для открытия полевика мы должны на затвор подавать плюс, а на исток минус. Только при такой полярности транзистор сможет нормально открыться. Если же на N-канальный полевик подать напряжение противоположной полярности, то транзистор просто не откроется. Следовательно, через рабочий канал исток-сток ток не пройдет и нагрузка не включится. Как я чуть ранее упомянул, использование именно полевого МОП транзистора (имеющего очень маленькое сопротивление в открытом состоянии) позволяет практически без потерь осуществлять защиту от переполюсовки. И даже при больших токах, допустим при 10 амперах, данный транзистор не будет особо нагреваться, а это значит, что у схемы защиты высокий КПД.

В предлагаемой схеме защиты от неправильной, ошибочной полярности подключаемого источника питания использовать можно практически любой полевой МОП транзистор с изолированным затвором. Разве что при выборе обращайте внимание на максимальный ток и на минимальное сопротивление открытого канала исток-сток (должно быть как можно меньше). Транзистор IRFZ44 отлично подходит для наших задач, да и стоит он практически копейки.

Эту схему логично устанавливать в саму нагрузку, которую нужно защищать от случайной переполюсовки. Поскольку в противном случае, когда схему вы решите поставить со стороны источника питания, это устройство защиты вам будет бесполезно. Ведь, когда вы перепутаете плюс и минус, и это будет уже после схемы защиты, то потенциально защищаемая схема нагрузки окажется все равно под напряжением противоположной полярности. Следовательно, нагрузка все равно выйдет из строя. Так что будьте с этим повнимательней.

Некоторые начинающие могут подумать, что теоретически выводы исток и сток можно поменять местами (тем самым мы напряжение источника питания будем подавать на выход схемы, а его снимать для нагрузки со входа схемы). Да, полевой транзистор при этом также будет отрываться и проводить через себя ток. Но защитную функцию он потеряет. То есть, ток будет через него проходить при правильной полярности, через сам открытый канал исток-сток. Но ток будет проходить и при неправильной полярности. И это будет происходить через паразитный диод, который имеют все подобные полевые транзисторы. На схеме он нарисован внутри самого полевика. Так, что схема защиты от переполюсовки полностью работоспособна только лишь в том варианте, которые нарисован выше.

Другим моментов, о котором могут возразить новички, будет то, что для защиты от переполюсовки можно использовать всего один обычный диод. Да, это так. Но стоит учесть, что в любом случае при прямом подключении диода мы на нем будем иметь падение напряжения не менее 0,6 вольт. Следовательно, чем больше тока нагрузка будет потреблять, работая при малом напряжении, тем большие потери мы будем иметь. Большая часть электрической энергии будет тратится на нагрев диода. Полевой же транзистор имеет очень маленькое сопротивление открытого канала исток-сток. И тут потери будут минимальными. Так что я бы все же вам советовал использовать схему именно на полевике, для защиты своих электронных устройств от случайной переполюсовки.

Видео по этой теме: