Ключ на полевом транзисторе

Ключи на полевых транзисторах в схемах на микроконтроллере

Полевые транзисторы служат опорой современной микроэлектроники. Без них не было бы ни СБИС, ни ПЛИС, ни MK. Все современные компьютеры, мобильные телефоны, ноутбуки построены на полевых транзисторах, и достойной альтернативы им пока не видно.

На выходах портов MK находятся каскады с полевыми транзисторами. Казалось бы, что подключить к ним ещё одного полевого «тёзку» — проще простого. Однако новичок-радиолюбитель впадает в шоковое состояние, узнав, что существуют десятки разновидностей полевых транзисторов с разной структурой проводимости, разной топологией изоляции затвора, разной технологией легирования канала, разными фирменными названиями и брэндами, а также разными условными графическими изображениями на электрических схемах.

К счастью, в цифровой, импульсной и преобразовательной технике, как правило, используются полевые МДП-транзисторы с изолированным затвором, имеющие n- или -проводимость канала. Это достаточно узкий класс электронных приборов, хорошо исследованный и легко поддающийся изучению.

Для прямого сопряжения с MK подойдут те полевые транзисторы, которые имеют низкое напряжение отсечки «затвор — исток» (параметр Gate Theshold Voltage в пределах 0.5…2.5 В). Технологические достижения последнего десятилетия сделали такие транзисторы малогабаритными и дешёвыми. Мощные полевые транзисторы обычно подключаются к MK через буферные каскады.

Если сравнивать полевые и биполярные транзисторы, то выводы «база — коллектор — эмиттер» (Base — Collector — Emitter) в первом приближении эквивалентны выводам «затвор — сток — исток» (Gate — Drain — Source). Соответственно, схемы ключевых каскадов у них будут очень похожими. Из отличий — полевые транзисторы управляются напряжением, а не током. Они имеют высокое входное и низкое выходное сопротивление, что улучшает экономичность. С другой стороны, большая ёмкость перехода «затвор — исток» 100…3000 пФ снижает быстродействие, а значительный технологический разброс параметров заставляет проектировать схемы с перестраховкой и с запасом «на всякий пожарный случай».

На Рис. 2.69, а…ж и Рис. 2.70, a…r приведены схемы ключевых каскадов соответственно с одним и двумя полевыми транзисторами. На Рис. 2.71, a…r представлены варианты совместного включения полевых и биполярных транзисторов.

Таблица 2.11. Параметры полевых транзисторов

В Табл. 2.11 приведены типовые параметры полевых транзисторов разной мощности. Транзисторы с я-каналом аналогичны транзисторам структуры п—р—п, а транзисторы с -каналом — транзисторам структуры р—п—р. Только вот стрелки на условном изображении полевых транзисторов имеют направление, прямо противоположное своим биполярным аналогам.

Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (начало):

а) классический инвертирующий ключ на л-канальном транзисторе VT1. Главным параметром при выборе транзистора является напряжение отсечки затвора, которое при рабочем токе нагрузки RH не должно превышать напряжение питания MK. Резистор R3 (R1) сопротивлением 51…510 кОм ставят, чтобы транзистор VT1 был закрыт в следующих случаях: при рестарте MK, при срабатывании супервизора просадок питания, при пропадании напряжения +5 В, при переводе линии MK в Z-состояние. Резистор R3 ускоряет разряд ёмкости затвора. Резистор R2 защищает линию MK от наводок большой амплитуды через цепь затвора со стороны стока при коммутации мощных нагрузок. Он обязателен при высоких напряжениях в нагрузке и большом уровне помех. Резисторы R1, R3 допускается не ставить, если нагрузка не критична к случайным включениям. По большому счёту затвор полевого транзистора VT1 в данной схеме может «висеть в воздухе», поскольку его защищают от статического электричества внутренние диоды MK;

б) диоды VD1, VD2 ставят для защиты полевого транзистора VT1 от выбросов напряжения в индуктивной нагрузке и для снижения помех в цепи питания. Современные полевые транзисторы серии MOSFET имеют встроенные мощные диоды, аналогичные VD2. Резисторы R1, R2 можно не ставить при низких напряжениях и резистивной нагрузке;

в) гальванически изолированое включение/выключение транзистора VT1. На выходе MK генерируется ВЧ-сигнал, который выпрямляется и фильтруется элементами VD1…VD4, C3, R2. Стабилитрон VD5 защищает затвор транзистора VT1. Трансформатор T1 наматывается на кольце из феррита N30, обмотка I содержит 15, а обмотка II — 30 витков провода ПЭВ-0.2;

г) ключ на полевом -канальном транзисторе VT1 эквивалентен ключу на биполярном транзисторе р—п—р. При ВЫСОКОМ уровне на выходе МК транзистор VT1 закрыт, а при переводе в режим входа с Z-состоянием транзистор открывается из-за наличия резистора R1 О

О Рис. 2.69. Схемы подключения одного полевого транзистора к MK (окончание):

д) предохранитель FU1 срабатывает при аварийном токе в нагрузке RH;

е) часть схемы электронного дверного звонка. Защита транзистора VT1 производится варторами RU1, RU2n конденсатором C1. Индикатор прихода гостей — светодиод HL1

ж) диод VD1 защищает линию МК от высокого напряжения при пробое транзистора VT1 и от наведенных помех при наличие мощной индуктивной нагрузки RH.

а) последовательное включение n- и -канальных транзисторов VT1, VT2 для коммутации «высоковольтной» нагрузки RH. Диод VD1 ускоряет разряд ёмкости затвора транзистора VT1

б) параллельное включение двух полевых транзисторов для увеличения тока нагрузки;

в) DA1 — это специализированный драйвер (фирма International Rectifier), обслуживающий мощные полевые транзисторы VT1, VT2 (ток до 1.5 А). Диод VD1 повышает надёжность; О

О Рис. 2.70. Схемы подключения двух полевых транзисторов к MK (окончание):

г) преобразователь постоянного напряжения 12 В в переменное напряжение 220 В (DC/AC). Двухтактный каскад на транзисторах K77, VT2 управляется буферной логической микросхемой DD1. Сигналы с выходов МК должны быть противофазными, но с небольшой «бестоковой» паузой, равной 10% от длительности периода (для устранения сквозныхтоков и повышения КПД). Конденсатор С/ компенсирует реактивность обмотки трансформатора T1 и приближает форму выходного сигнала 50 Гц к синусоиде.

Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK

а) буферный биполярный транзистор VT1 управляет мощным полевым транзистором VT2. Подбором резистора R4 можно уменьшить выбросы напряжения на стоке транзистора VT2, возникающие в момент переключения сигнала;

б) биполярный ключ на транзисторе VT1 (возможная замена KT503) ускоряет разряд ёмкости затвора мощного полевого транзистора VT2. Конденсатор C1 увеличивает крутизну фронта сигнала, поступающего с выхода MK. Резистор R1 обеспечивает открытое состояние транзистора VT1 и закрытое состояние транзистора VT2 при рестарте MK; О

О Рис. 2.71. Схемы подключения одного полевого и одного биполярного транзисторов к MK

в) резисторы R1, R2 одновременно не дают «висеть в воздухе» базе транзистора VT1 и затвору транзистора VT2npu рестарте MK;

г) маломощный биполярный транзистор VT1, как правило, дешевле полевого аналога, а полевой транзистор VT2 обеспечивает более низкое падение напряжения в открытом состоянии, чем биполярный аналог.

Источник: Рюмик, С. М., 1000 и одна микроконтроллерная схема. Вып. 2 / С. М. Рюмик. — М.:ЛР Додэка-ХХ1, 2011. — 400 с.: ил. + CD. — (Серия «Программируемые системы»).

Практические примеры схем на полевых транзисторах.

Photo of author

Сегодня для закрепления материала про полевики рассмотрим схемы на полевых транзисторах и обсудим принцип их работы. Предыдущие статьи про ПТ вот тут — раз и два. Начнем!

Читайте также  Рамки для фото

Схема истокового повторителя.

Биполярным аналогом этого устройства является эмиттерный повторитель (о нем шла речь тут). Вот как выглядит простейший повторитель на полевом транзисторе:

Ну давайте разбираться что же и как этот повторитель повторяет Напряжение на выходе:

Ток стока мы можем определить через напряжение затвор-исток следующим образом:

Подставляем i_с в формулу для U_и и получаем вот что:

И если сопротивление нагрузки R_1 намного превышает величину frac<1> , то мы получаем довольно-таки хороший повторитель ( U_з = U_и ).

Но у этой схемы есть парочка существенных недостатков. Во-первых, характеристики полевого транзистора трудно поддаются контролю при изготовлении, поэтому такой истоковый повторитель может иметь непредсказуемое смещение по постоянному току. А во-вторых, такой повторитель имеет довольно-таки большое выходное сопротивление, соответственно, амплитуда выходного сигнала все-таки будет меньше, чем амплитуда сигнала на входе.

Более качественный повторитель получается при использовании согласованных пар транзисторов. Такая схема выглядит следующим образом:

Рассмотрим работу данной схемы. Полевик Q2 задает определенный ток. Этот ток соответствует напряжению затвор-исток, равному нулю. Транзисторы включены последовательно, значит через Q1 течет такой же ток, а так как полевики абсолютно одинаковые, то и для Q1 напряжение затвор-исток равно нулю. В то же время:

Вот и получаем, что U_ <вх>= U_ <вых>, то есть напряжение на выходе повторяет сигнал на входе.

Эту схему истокового повторителя можно еще модернизировать, добавив резисторы в цепь истока. С помощью подбора их значений можно установить разные значения тока стока:

На этом заканчиваем с истоковыми повторителями и переходим к некоторым другим схемам на полевых транзисторах

Схема ключа на полевом транзисторе.

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то транзистор перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот.

Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот эта схема и работает.

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем — это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1 , но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках — схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1 — Q2 — земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах Мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают. Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Ключ для управления мощной нагрузкой с защитой по току

Ключи на полевых транзисторах широко используются для коммутации различных нагрузок, как маломощных с низким питающим напряжением, так и потребляющих десятки ампер от сети в сотни вольт. В связи с этим возникает необходимость защиты, как самого ключа, так и схемы его управления от аварийных ситуаций.

На сайте уже были статьи, посвященные транзисторным ключам, например, «Транзисторный ключ переменного тока». Этот ключ предназначен для коммутации активной нагрузки в цепи переменного тока. Он имеет оптическую развязку с управляющей схемой, и его схема содержит два КМОП транзистора. Еще одна статья, это «Транзисторный ключ с оптической разрядкой», ключ так же имеет оптическую развязку, собран на биполярных транзисторах и имеет защиту самого ключа от коротких замыканий в цепи нагрузки.

На рисунке 1 приведена схема ключа постоянного тока на КМОП транзисторе с гальванической развязкой и защитой от превышения тока нагрузки.

Ключ для управления мощной нагрузкой с защитой по току

Гальваническая развязка между схемой управления и самим ключом осуществляется с помощью транзисторного оптрона U1. В качестве этого оптрона можно применить PC817, TLP521, РС120 и т.д.

Аналоги оптронов

В качестве переключающего транзистора используется полевой транзистор с n-каналом. Его тип зависит от нужного вам максимального тока и рабочего напряжения нагрузки. Подобрать необходимый транзистор можно из таблицы, размещенной в статье «Полевые транзисторы International Rectifier.»

Работа схемы ключа

В исходном состоянии, когда на входе оптрона отсутствует напряжение управления, светодиод не включен, транзистор оптрона закрыт. При таких условия ключевой транзистор VT3 будет открыт, так как на его затворе будет присутствовать положительное напряжение, поступающее с +Uпит через резистор R2. Стабилитрон VD1 необходим в тех случаях, если напряжение пинания Uпит более 20В. Двадцать вольт, это максимально допустимое напряжение затвор-исток большинства полевых транзисторов. Естественно, что если Uпит менее двадцати вольт, то этот стабилитрон из схемы можно исключить. Транзисторы VT1 и VT2, это не что иное, как аналог тиристора. Пока ток нагрузки находится в нужных пределах, эти транзисторы закрыты и не оказывают на работу ключа никакого значения. Как только ток, протекающий через ключевой транзистор VT3 и Rдт – датчик тока, будет возрастать, будет увеличиваться и падение напряжения на датчике тока Rдт. А это приведет к возникновению открывающего тока через переход база – эмиттер n-p-n транзистора VT1. Это приведет к возникновению тока коллектора этого транзистора, часть которого начнет протекать через переход база – эмиттер p-n-p транзистора VT2. Значит, начнет открываться и транзистор VT2. Большая часть тока коллектора этого транзистора начнет протекать через переход база-эмиттер, уже открывающегося транзистора VT1. Таким образом, возникает лавинообразный процесс открывания обоих транзисторов, обеспечивающий быстрое закрывание ключевого транзистора, путем шунтирования его затвора с истоком. В таком состояния схема может находиться сколько угодно долго. Вывести ее в рабочее состояние можно выключением напряжения питания или замыканием на короткое время эмиттеров транзисторов VT1 и VT2, при условии, что была устранена причина возникновения аварии. Так обеспечивается защита ключевого транзистора. Величину тока срабатывания защиты устанавливают с помощью резистора Rдт. Чем меньше величина этого резистора, чем выше значение тока срабатывания защиты.

Читайте также  Кувшинка из модулей оригами

Номинал этого резистора можно приблизительно рассчитать по формуле:
Rдт = 0,65/Iз ; где Iз – величина тока защиты. 0,65 – это приблизительно пороговое напряжение открывания биполярных кремниевых транзисторов.

Например, при токе защиты 6,5А, величина резистора датчика тока будет примерно равна 0,65/6,5 = 0,1 Ом. Здесь не учитывается падение напряжения на резисторе R4.

Ключи на полевых транзисторах

Применительно к использованию в качестве электронного ключа следует отметить следующие особенности полевых транзисторов.

Управление электрическим полем предполагает управление напряжением, что, позволяет свести практически к нулю мощность, расходуемую на поддержание стационарных включенного и выключенного состояний. Поэтому теоретически в установившемся режиме коэффициенты передачи полевого транзистора по току и мощности стремятся к бесконечности.

Полевой транзистор сохраняет свои характеристики при смене полярности напряжения, приложенного между выводами стока и истока. Поэтому коммутируемое напряжение ключевой схемы на полевых транзисторах может изменять свою полярность, т. е. ее статические характеристики передачи лежат в двух квадрантах.

Так как ток полевого транзистора определяется только движением основных для полупроводника носителей заряда, то при его переключении принципиально, отсутствуют процессы, связанные с изменением объемного заряда неосновных носителей. Поэтому переходные процессы в полевом транзисторе обусловлены только процессами перезарядки соответствующих емкостей.

Указанные особенности предопределяют все более широкое применение полевых транзисторов в различных электронных устройствах. Однако в схемах коммутации эти несомненные достоинства могут быть реализованы только при учете специфических свойств полевого транзистора. К этим свойствам, в первую очередь, следует отнести следующее.

Полевой транзистор обладает худшими ключевыми свойствами по сравнению с биполярным, что выражается в больших уровнях остаточного напряжения и выходного сопротивления во включенном состоянии.

При увеличении частоты коммутации значительно возрастает входной ток полевого транзистора, что обусловлено необходимостью перезаряда его входной емкости. Следовательно, коэффициент усиления по мощности с ростом частоты падает.

Таким образом, полностью реализовать преимущества схемы коммутации, выполненной на полевых транзисторах, можно только при невысоких частотах переключения и использовании специальных схемотехнических решений, позволяющих повысить скорость перезаряда входной емкости транзистора.

Полевой транзистор, может быть использован в качестве электронного ключа для коммутации цепей различного назначения. При этом полевые транзисторы с управляющим p-n переходом обычно применяются в качестве ключа аналоговых

На рис. 106 показана схема электронного ключа, выполненного на МДП-транзисторе с индуцированным каналом. Полярности входного () и выходного () напряжений для транзистора этого типа совпадают, поэтому данные транзисторы широко используются в однополярных схемах коммутации.

Показанная на рисунке схема является схемой с общим истоком. Резистор в цепи стока выполняет роль балластного сопротивления, ограничивающего ток стока транзистора. Нагрузка в данной схеме может подключаться параллельно выводам стока и истока транзистора, либо вместо резистора .

Открытое статическое состояние МДП-транзистора обеспечивается при выполнении следующего условия:

,

где — некоторое пороговое напряжение.

Открытый МДП-транзистор тем ближе к идеальному замкнутому ключу, чем меньше на нем падение напряжения, называемое остаточным напряжением . Ток стока , протекающий через открытый транзистор, практически полностью задается внешней цепью:

.

Остаточное напряжение может быть определено как произведение тока стока на сопротивление канала , поэтому можно утверждать, что остаточное напряжение определяется отношением сопротивления канала к сопротивлению нагрузки: .

Если напряжение исток-затвор меньше порогового, то МДП-транзистор находится в закрытом состоянии. Степень приближения к идеальному разомкнутому ключу в этом случае определяет ток, текущий через транзистор, называемый остаточным током. Этот ток равен обратному току p-n перехода и не превышает долей мкА. Поэтому падением напряжения на нагрузке можно пренебречь и считать, что напряжение на закрытом транзисторе равно напряжению питания.

Быстродействие МДП-транзистора определяется двумя факторами: перезарядом емкости затвора и перезарядом межэлектродных емкостей. Так как в ключевом режиме наблюдаются большие перепады напряжений на затворе и стоке транзистора, то может возникнуть необходимость учета зависимости указанных емкостей от напряжений.

.

Из данного выражения можно определить длительность фронта выходного напряжения: .

При подаче на затвор транзистора отпирающего напряжения (момент ) ток стока со скоростью, определяемой постоянной времени , достигнет максимального значения . Этим током начинает разряжаться емкость нагрузки и напряжение на стоке транзистора уменьшается. К моменту ток стока уменьшится до установившегося значения.

Длительность спада выходного напряжения определяется следующим выражением: . Так как , то длительность спада импульса выходного напряжения существенно меньше длительности его фронта.

Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3.

Кроме транзисторов и сборок Дарлингтона есть еще один хороший способ рулить мощной постоянной нагрузкой — полевые МОП транзисторы.
Полевой транзистор работает подобно обычному транзистору — слабым сигналом на затворе управляем мощным потоком через канал. Но, в отличии от биполярных транзисторов, тут управление идет не током, а напряжением .

МОП (по буржуйски MOSFET ) расшифровывается как Метал-Оксид-Полупроводник из этого сокращения становится понятна структура этого транзистора.

Если на пальцах, то в нем есть полупроводниковый канал который служит как бы одной обкладкой конденсатора и вторая обкладка — металлический электрод, расположенный через тонкий слой оксида кремния, который является диэлектриком. Когда на затвор подают напряжение, то этот конденсатор заряжается, а электрическое поле затвора подтягивает к каналу заряды, в результате чего в канале возникают подвижные заряды, способные образовать электрический ток и сопротивление сток — исток резко падает. Чем выше напряжение, тем больше зарядов и ниже сопротивление, в итоге, сопротивление может снизиться до мизерных значений — сотые доли ома, а если поднимать напряжение дальше, то произойдет пробой слоя оксида и транзистору хана.

Достоинство такого транзистора, по сравнению с биполярным очевидно — на затвор надо подавать напряжение, но так как там диэлектрик, то ток будет нулевым, а значит требуемая мощность на управление этим транзистором будет мизерной , по факту он потребляет только в момент переключения, когда идет заряд и разряд конденсатора.

Недостаток же вытекает из его емкостного свойства — наличие емкости на затворе требует большого зарядного тока при открытии. В теории, равного бесконечности на бесконечно малом промежутки времени. А если ток ограничить резистором, то конденсатор будет заряжаться медленно — от постоянной времени RC цепи никуда не денешься.

МОП Транзисторы бывают P и N канальные. Принцип у них один и тот же, разница лишь в полярности носителей тока в канале. Соответственно в разном направлении управляющего напряжения и включения в цепь. Очень часто транзисторы делают в виде комплиментарных пар. То есть есть две модели с совершенно одиннаковыми характеристиками, но одна из них N, а другая P канальные. Маркировка у них, как правило, отличается на одну цифру.

Нагрузка включается в цепь стока. Вообще, в теории, полевому транзистору совершенно без разницы что считать у него истоком, а что стоком — разницы между ними нет. Но на практике есть, дело в том, что для улучшения характеристик исток и сток делают разной величины и конструкции плюс ко всему, в мощных полевиках часто есть обратный диод (его еще называют паразитным, т.к. он образуется сам собой в силу особенности техпроцесса производства).

Читайте также  Жареный в сухарях сыр

У меня самыми ходовыми МОП транзисторами являются IRF630 (n канальный) и IRF9630 (p канальный) в свое время я намутил их с полтора десятка каждого вида. Обладая не сильно габаритным корпусом TO-92 этот транзистор может лихо протащить через себя до 9А. Сопротивление в открытом состоянии у него всего 0.35 Ома.
Впрочем, это довольно старый транзистор, сейчас уже есть вещи и покруче, например IRF7314 , способный протащить те же 9А, но при этом он умещается в корпус SO8 — размером с тетрадную клеточку.


    На более мелких транзисторах сорудить цепочку, подающую питалово с высоковольтной цепи на затвор, чтобы прокачать его высоким напряжением

Выбор транзистора тоже не очень сложен, особенно если не заморачиваться на предельные режимы. В первую очередь тебя должно волновать значение тока стока — I Drain или I D выбираешь транзистор по максимальному току для твоей нагрузки, лучше с запасом процентов так на 10. Следующий важный для тебя параметр это V GS — напряжение насыщения Исток-Затвор или, проще говоря, управляющее напряжение. Иногда его пишут, но чаще приходится выглядывать из графиков. Ищешь график выходной характеристики Зависимость I D от V DS при разных значениях V GS . И прикидыываешь какой у тебя будет режим.

Вот, например, надо тебе запитать двигатель на 12 вольт, с током 8А. На драйвер пожмотился и имеешь только 5 вольтовый управляющий сигнал. Первое что пришло на ум после этой статьи — IRF630. По току подходит с запасом 9А против требуемых 8. Но глянем на выходную характеристику:

Видишь, на 5 вольтах на затворе и токе в 8А падение напряжения на транзисторе составит около 4.5В По закону Ома тогда выходит, что сопротивление этого транзистора в данный момент 4.5/8=0.56Ом . А теперь посчитаем потери мощности — твой движок жрет 5А. P=I*U или, если применить тот же закон Ома, P=I 2 R . При 8 амперах и 0.56Оме потери составят 35Вт. Больно дофига, не кажется? Вот и мне тоже кажется что слишком. Посмотрим тогда на IRL630 .

При 8 амперах и 5 вольтах на Gate напряжение на транзисторе составит около 3 вольт. Что даст нам 0.37Ом и 23Вт потерь, что заметно меньше.

Если собираешься загнать на этот ключ ШИМ, то надо поинтересоваться временем открытия и закрытия транзистора, выбрать наибольшее и относительно времени посчитать предельную частоту на которую он способен. Зовется эта величина Switch Delay или t on , t off , в общем, как то так. Ну, а частота это 1/t. Также не лишней будет посмотреть на емкость затвора Ciss исходя из нее, а также ограничительного резистора в затворной цепи, можно рассчитать постоянную времени заряда затворной RC цепи и прикинуть быстродействие. Если постоянная времени будет больше чем период ШИМ, то транзистор будет не открыватся/закрываться, а повиснет в некотором промежуточном состоянии, так как напряжение на его затворе будет проинтегрировано этой RC цепью в постоянное напряжение.

При обращении с этими транзисторами учитывай тот факт, что статического электричества они боятся не просто сильно, а ОЧЕНЬ СИЛЬНО . Пробить затвор статическим зарядом более чем реально. Так что как купил, сразу же в фольгу и не доставай пока не будешь запаивать. Предварительно заземлись за батарею и надень шапочку из фольги :).

А в процессе проектирования схемы запомни еще одно простое правило — ни в коем случае нельзя оставлять висеть затвор полевика просто так — иначе он нажрет помех из воздуха и сам откроется. Поэтому обязательно надо поставить резистор килоом на 10 от Gate до GND для N канального или на +V для P канального, чтобы паразитный заряд стекал. Вот вроде бы все, в следующий раз накатаю про мостовые схемы для управления движков.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

321 thoughts on “Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3.”

Да, я сейчас в Кургане и буду тут дней десять. Если кто есть с Кургана можно забухать! А то скучновато тута…

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: