Oncool.ru

Строй журнал
6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Полевой транзистор как мощный выключатель

Тиристоры и схемы коммутации мощной нагрузки

Главная страница » Тиристоры и схемы коммутации мощной нагрузки

Тиристоры выступают твердотельными электронными устройствами, обладающими высокой скоростью коммутации. Эти приборы допустимо использовать для управления всевозможными маломощными электронными компонентами. Однако наряду с маломощной электроникой, посредством тиристоров успешно управляется силовое оборудование. Рассмотрим классические схемы включения тиристора под управление достаточно высокими нагрузками, например, электролампами, электромоторами, электрическими нагревателями и т. п.

Тиристор – краткий обзор полупроводника

Включение полупроводника в открытое состояние возможно путём подачи импульса пускового тока небольшой величины на управляющий электрод «У». Когда тиристор пропускает ток нагрузки в прямом направлении, электрод анода A является положительным по отношению к электроду катода «K», с точки зрения регенеративной фиксации.

Как правило, триггерный импульс для электрода У должен иметь длительность в несколько микросекунд. Однако чем длиннее импульс, тем быстрее происходит внутренний лавинный пробой. Также увеличивается время открывания перехода. Но максимальный ток затвора превышать не допускается.

После переключения и полной проводки, падение напряжения на участке анод- катод держится постоянным на уровне около 1 вольта, при всех значениях анодного тока от нуля до номинального значения. Тем не менее, следует помнить: как только полупроводник начинает проводить, этот процесс продолжается даже при отсутствии управляющего сигнала «У».

Продолжается такое состояние до момента, когда ток анода уменьшится до величины меньше допустимо минимальной. Лишь на этом уровне и ниже происходит автоматическая блокировка перехода. Иначе работают лишь новые тиристоры структуры «MCT».

Инновационная разработка в группе тиристоров. Управляемая структура MCT (MOSFET Controled thyristor): 1 — управление 1; 2 — анод; 3 — управление 2; 4 — катод; 5 — подложка металл; OFF-FET — канал типа n-канал; ON-FET — канал типа p-канал

Этот фактор показывает, что в отличие от биполярных транзисторов и полевых транзисторов, тиристоры, по сути, невозможно использовать для усиления или контролируемого переключения. Таким образом, напрашивается логичный вывод: тиристоры как полупроводниковые приборы специально разработаны для использования в составе схем коммутации высокой мощности.

Эти полупроводники могут работать только в режиме переключения, где они действуют как открытый или закрытый коммутатор. Как только этот коммутатор срабатывает, он остаётся в состоянии проводника. Поэтому в цепях постоянного напряжения и некоторых сильно индуктивных цепях переменного напряжения, значение тока необходимо искусственно уменьшать при помощи отдельного переключателя или схемы отключения.

Тиристор в цепи постоянного напряжения

При условии питания схемы постоянным напряжением, тиристор эффективен в качестве переключателя мощной нагрузки. Здесь прибор действует подобно электронной защелке, поскольку после активации остается в состоянии «включено», вплоть до сброса этого состояния вручную. Рассмотрим практическую схему.

Схема 1: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — нагрузка в виде лампы накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Эта простая схема включения/выключения применяется для управления лампой накаливания. Между тем схему вполне допустимо использовать в качестве коммутатора электродвигателя, нагревателя и любой другой нагрузки, рассчитанной на питание постоянным напряжением.

Здесь тиристор имеет прямое смещённое состояние перехода и включается в режим короткого замыкания нормально разомкнутой кнопкой КН1. Эта кнопка соединяет управляющий электрод У с источником питания через резистор R1. Если значение R1 установить слишком высоким относительно питающего напряжения, устройство не сработает.

Стоит только активировать (нажать) кнопку КН1, тиристор переключается в состояние прямого проводника и остаётся в этом состоянии независимо от дальнейшего положения кнопки КН1. При этом токовая составляющая нагрузки показывает большее значение, чем ток фиксации тиристора.

Преимущества и недостатки использования тиристора

Одним из основных преимуществ использования этих полупроводников в качестве переключателя видится очень высокий коэффициент усиления по току. Тиристор — это устройство, фактически управляемое током.

Катодный резистор R2 обычно включается с целью уменьшения чувствительности электрода У и увеличения возможностей соотношения напряжение-ток, что предотвращает ложное срабатывание устройства.

Когда тиристор защелкнется и останется в состоянии «включено», сбросить это состояние возможно только прерыванием питания или уменьшения анодного тока до нижнего значения удержания. Поэтому логично использовать нормально замкнутую кнопку КН2, чтобы разомкнуть цепь, уменьшая до нуля ток, протекающий через тиристор, заставляя прибор перейти в состояние «выключено».

Однако схема имеет также недостаток. Механический нормально замкнутый переключатель КН2 должен быть достаточно мощным — соответствовать мощности всей схемы. В принципе, можно было бы просто заменить полупроводник мощным механическим выключателем. Один из способов преодолеть проблему с мощностью — подключить коммутатор параллельно тиристору.

Схема 2: КН1, КН2 — кнопки нажимные без фиксации; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; R1, R2 — резисторы постоянные 470 Ом и 1 кОм

Доработка схемы — включение нормально разомкнутого переключателя малой мощности параллельно переходу А-К, даёт следующий эффект:

  • активация КН2 создаёт «КЗ» между электродами А и К,
  • уменьшается ток фиксации до минимального значения,
  • устройство переходит в состояние «выключено».

Тиристоры в цепи переменного тока

При подключении к источнику переменного тока тиристор работает несколько иначе. Это связано с периодическим изменением полярности переменного напряжения. Поэтому применение в схемах с питанием переменным напряжением автоматически будет приводить к состоянию обратного смещения перехода. То есть в течение половины каждого цикла прибор будет находиться в состоянии «отключено».

Для варианта с переменным напряжением схема тиристорного запуска аналогична схеме с питанием постоянным напряжением. Разница незначительная — отсутствие дополнительного переключателя КН2 и дополнение диода D1. Благодаря диоду D1, предотвращается обратное смещение по отношению к управляющему электроду У.

Читать еще:  Выключатель анам 2 клавишный схема подключения

Положительным полупериодом синусоидальной формы сигнала устройство смещено прямо вперёд. Однако при выключенном переключателе КН1 к тиристору подводится нулевой ток затвора и прибор остается «выключенным». В отрицательном полупериоде устройство получает обратное смещение и также останется «выключенным», независимо от состояния переключателя КН1.

Схема 3: КН1 — переключатель с фиксацией; D1 — диод любой под высокое напряжение; R1, R2 -резисторы постоянные 180 Ом и 1 кОм, Л1 — лампа накаливания 100 Вт

Если переключатель КН1 замкнуть, вначале каждого положительного полупериода полупроводник останется полностью «выключенным». Но в результате достижения достаточного положительного триггерного напряжения (возрастания тока управления) на электроде У, тиристор переключится в состояние «включено».

Фиксация состояния удержания остаётся стабильной при положительном полупериоде и автоматически сбрасывается, когда положительный полупериод заканчивается. Очевидный момент, учитывая падение тока анода ниже текущего значения. На момент следующего отрицательного полупериода, устройство полностью «отключается» до прихода следующего положительного полупериода. Затем процесс вновь повторяется.

Получается, нагрузка имеет только половину доступной мощности источника питания. Тиристор действует как выпрямляющий диод и проводит переменный ток лишь во время положительных полуциклов, когда переход смещен вперед.

Тиристоры и управление половинной волной

Фазовое управление тиристором является наиболее распространенной формой управления мощностью переменного тока. Пример базовой схемы управления фазой показан ниже. Здесь напряжение затвора тиристора формируется цепочкой R1C1 через триггерный диод D1.

На момент положительного полупериода, когда переход смещен вперед, конденсатор C1 заряжается через резистор R1 от напряжения питания схемы. Управляющий электрод У активируются только тогда, когда уровень напряжения в точке «x» вызывает срабатывание диода D1.

Конденсатор C1 разряжается на управляющий электрод У, устанавливая прибор в состояние «включено». Длительность времени положительной половины цикла, когда открывается проводимость, контролируется постоянной времени цепочки R1C1, заданной переменным резистором R1.

Схема 4: КН1 — переключатель с фиксацией; R1 — переменный резистор 1 кОм; С1 — конденсатор 0,1 мкф; D1 — диод любой на высокое напряжение; Л1 — лампа накаливания 100 Вт; П — синусоида проводимости

Увеличение значения R1 приводит к задержке запускающего напряжения, подаваемого на тиристорный управляющий электрод, что, в свою очередь, вызывает отставание по времени проводимости устройства.

В результате доля полупериода, когда устройство проводит, может регулироваться в диапазоне 0 -180º. Это означает, что половинная мощность, рассеиваемая нагрузкой (лампой), поддаётся регулировке.

Существует масса способов достижения полноволнового управления тиристорами. Например, можно включить один полупроводник в схему диодного мостового выпрямителя. Этим методом легко преобразовать переменную составляющую в однонаправленный ток тиристора.

Однако более распространенным методом считается вариант использования двух тиристоров, соединенных инверсной параллелью. Самым практичным подходом видится применение одного симистора. Этот полупроводник допускает переход в обоих направлениях, что делает симисторы более пригодными для схем переключения переменного тока.

Тиристоры — полный технический расклад на видео

Видеоматериал, представленный здесь — продолжение знакомства с тиристорами непосредственно глазами. Совмещение текстовой и видео информации открывает способ лучшего понимания темы. Поэтому, рекомендовано смотреть «кино» о тиристорах:

КРАТКИЙ БРИФИНГ

Zetsila — публикации материалов, интересных и полезных для социума. Новости технологий, исследований, экспериментов мирового масштаба. Социальная мультитематическая информация — СМИ .

Реле на полевом транзисторе

Товарищи, вобщем делаю старт-стоп кнопку универсальную, и всё таки хочу сделать законченую современную систему. Но с кучей проводов это всё будет выглядеть печально. Вобщем хочу заменить силовую часть выполненную на реле, на полевые транзисторы. по 2 в параллель на 1 канал IRF4905. И вот теперь вопрос. Нужно для полевиков сделать хорошую защитную обвязку, чтобы защитить полевики от перенапряжения, от КЗ, от индукционных всплесков напряжения. Я понимаю что такого вида реле выйдет дороже немного чем обычное автомобильное реле, но корпус устройства и желание собрать именно такой вариант берут верх над проблемами.
Подскажите как правильно защитить полевики от вышеперечисленных проблем при работе в бортовой сети автомобиля.

Вот вам релюха
www.drive2.ru/l/4062246863888681972/
Ничего дорогого тут не будет.
Мощные полевики особо не боятся кратковременных замыканий, главное чтобы во время КЗ он не перегрелся и не поплыл. Цепь сток-исток защищена встроенным диодом, здесь проблем не будет, а защитить затвор от ВЧ составляющей можно керамической емкостишкой малой емкости. От вредных импульсов которые в автосети достигают 160 вольт спасет супрессор или на худой конец стабилитрон на 6.8 вольт который эти импульсы будет отправлять на землю.

я сейчас нарисую схемку…

Вот ссылка на картинку как я вижу этот узел. Что нужно добавить, убрать?
Может через опторозвязку лучше сделать выход с МК на полевик?

C1 будет валить фронты. Его лучше поставить в базовую цепь Q2, там он полезнее будет.

Ну я просто экономическую сторону тоже рассматриваю.
Одна IR3310 стоит 43 грн плюс обвязка на 5 грн
2 в парралель IRF4905 по 9 грн = 18грн + обвязка на 5 грн.
Итого разница — в 2 раза. Плюс легкодоступность.

C1 будет валить фронты. Его лучше поставить в базовую цепь Q2, там он полезнее будет.

Если ШИМ не будет, то не завал фронта не страшен. Хотя там вход к микросхеме идет. Значит, ШИМ возможен. Конденсатор там не нужен.

А если на экране будет что-то вроде синусоиды… Как отсчитать амплитуду и скважность? Как понять, фронт «затягивает» электронный ключ или вход осциллогафа?

Читать еще:  Выключатель ретро внутренний монтаж

Хотя скорее всего вы правы. Экономия доставляет больше хлопот.
У меня из устройства выходит 4 отдельных канала
ACC, IGN1(151), IGN2(152), STARTER .
Вот на силовые каналы — IGN1 и IGN2 поставить по IR3310 отрегулировав защиту на 45Ампер
А на канал ACC хватит и IRF4905 (этот канал используется только для прикуривателя, ну и там подсветки… IRF4905 должен потянуть. А на канал STARTER и любого полевика на пару ампер хватит, так как этот канал всё равно к релюхе подключён. Там даже и биполярника хватит с головой.

Вы верно рассуждаете! Взвесив все за и против получится оптимальное решение.

Правильная мысль — С1 надо запихнуть в базу Q2. А не многовато ли будет емкости 0,1 мкф

В идеале можно просто поставить оптронное реле, но это будет дороговато

зачем всё так себе усложнять, по моему на реле надёжнее чем на транзисторах, сгорел транзистор твой в дороге и всё, а так реле заменил, хотя под капот можно и сам замок зажигания поставить для подстраховки ) парраллельно

Если все слепить по уму, то транзистор прослужит на много дольше релюхи

Полевой транзистор как мощный выключатель

Бесплатная техническая библиотека:
▪ Все статьи А-Я
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники
▪ Новости науки и техники
▪ Архив статей и поиск
▪ Ваши истории из жизни
▪ На досуге
▪ Случайные статьи
▪ Отзывы о сайте

Справочник:
▪ Большая энциклопедия для детей и взрослых
▪ Биографии великих ученых
▪ Важнейшие научные открытия
▪ Детская научная лаборатория
▪ Должностные инструкции
▪ Домашняя мастерская
▪ Жизнь замечательных физиков
▪ Заводские технологии на дому
▪ Загадки, ребусы, вопросы с подвохом
▪ Инструменты и механизмы для сельского хозяйства
▪ Искусство аудио
▪ Искусство видео
▪ История техники, технологии, предметов вокруг нас
▪ И тут появился изобретатель (ТРИЗ)
▪ Конспекты лекций, шпаргалки
▪ Крылатые слова, фразеологизмы
▪ Личный транспорт: наземный, водный, воздушный
▪ Любителям путешествовать — советы туристу
▪ Моделирование
▪ Нормативная документация по охране труда
▪ Опыты по физике
▪ Опыты по химии
▪ Основы безопасной жизнедеятельности (ОБЖД)
▪ Основы первой медицинской помощи (ОПМП)
▪ Охрана труда
▪ Радиоэлектроника и электротехника
▪ Строителю, домашнему мастеру
▪ Типовые инструкции по охране труда (ТОИ)
▪ Чудеса природы
▪ Шпионские штучки
▪ Электрик в доме
▪ Эффектные фокусы и их разгадки

Техническая документация:
▪ Схемы и сервис-мануалы
▪ Книги, журналы, сборники
▪ Справочники
▪ Параметры радиодеталей
▪ Прошивки
▪ Инструкции по эксплуатации
▪ Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Бесплатный архив статей
(500000 статей в Архиве)

Алфавитный указатель статей в книгах и журналах

Бонусы:
▪ Ваши истории
▪ Викторина онлайн
▪ Загадки для взрослых и детей
▪ Знаете ли Вы, что.
▪ Зрительные иллюзии
▪ Веселые задачки
▪ Каталог Вивасан
▪ Палиндромы
▪ Сборка кубика Рубика
▪ Форумы
▪ Голосования
▪ Карта сайта

Дизайн и поддержка:
Александр Кузнецов

Техническое обеспечение:
Михаил Булах

Программирование:
Данил Мончукин

Маркетинг:
Татьяна Анастасьева

Перевод:
Наталья Кузнецова

При использовании материалов сайта обязательна ссылка на https://www.diagram.com.ua


сделано в Украине

Электронный выключатель на полевых транзисторах

В августовском номере журнала «Радио» за 2002 год на с. 60 была опубликована статья В. Полякова об электронном выключателе, который способен отключать питание нагрузки при снижении напряжения аккумуляторной батареи ниже допустимого.

Я заинтересовался этой идеей и построил свой вариант такого выключателя. От прототипа он отличается тем, что незадолго до автоматического отключения питания нагрузки начинает вспыхивать мигающий светодиод, оповещая о том, что нагрузка вскоре будет обесточена. Устройство выполнено на дешевых полевых транзисторах и микросхемах, что улучшило его нагрузочные и эргономические показатели. К электронному выключателю может быть подключена нагрузка с постоянным током потребления до 0,4 А, но с применением вместо микросхемных токовых ключей более мощного n-канального МОП-транзистора, ток подключаемой нагрузки может быть увеличен до нескольких ампер, о чем будет сказано ниже.

Схема устройства показана на рис. 1.

При замыкании контактов кнопки SB2 на нагрузку подается полное напряжение питания. Через резистор R3 на затвор р-канального МОП-транзистора VТ1 поступает открывающее напряжение. Транзистор открывается, следовательно, на затворы транзисторов микросхем (выводы 1,8 DA1- DA3) поступает напряжение высокого уровня. Ключи на микросхемах DA1 — DA3, каждый из которых представляет собой высоковольтный n-канальный МОП-транзистор с защитным двуханодным стабилитроном в цепи затвор-исток, открываются. Для увеличения нагрузочной способности и уменьшения потерь мощности и напряжения все три ключа включены параллельно.

Сопротивление резистора R1 подобрано так, что при снижении напряжения аккумуляторной батареи ниже 7 В (батарея из семи никель-кадмиевых элементов) транзистор VT1 начинает закрываться. Так как напряжение на затворах DA1 — DA3 еще пока достаточно велико, то эти ключи пока еще полностью открыты. Как только напряжение исток-сток VT1 превысит пороговое открывающее напряжение VT2, этот транзистор начнет открываться, откроется и биполярный транзистор VT3, мигающий светодиод HL1 начнет ярко вспыхивать.

При еще большем снижении напряжения батареи транзистор VT1 закрывается настолько, что напряжение на резисторе R4 становится недостаточным для удержания ключей DA1- DA3 в состоянии минимального сопротивления открытого канала, что приводит к лавинообразному закрыванию как VT1, так и DA1- DA3. Нагрузка обесточивается, светодиод перестает вспыхивать. Принудительно отключить питание нагрузки можно кратковременным нажатием на кнопку SB1.

Читать еще:  Настройка концевых выключателей рольставен

Сопротивление резистора R2 выбрано таким, что если вспышки мигающего светодиода начинаются при напряжении батареи 7 В, то полное отключение питания нагрузки происходит при снижении напряжения батареи до 6,9 В. Но значения этих напряжений могут быть несколько иными — все зависит от параметров полевых транзисторов. Если резистор R2 взять сопротивлением 47 кОм, светодиод начнет мигать при 7,5 В, а питание нагрузки отключится при 7 В. Керамические конденсаторы С1 и С2 повышают помехоустойчивость устройства.

Резисторы можно взять любые малогабаритные мощностью 0,05-0,25 Вт, например, С1 -4, МЛТ ВС, С2-23. Неполярные конденсаторы подойдут типов К10-7, К10-17, КМ-6; оксидный — К50-35, К50-24. Мигающий светодиод можно взять любой из серий L36B, L56B, L796B, L816B. Чтобы при включении светодиода не слишком сильно увеличивать средний разрядный ток батареи, сопротивление резистора R5 желательно увеличить до 3 кОм, а светодиод взять с повышенной яркостью свечения. Вместо мигающего светодиода можно установить, соблюдая полярность, пьезокерамический излучатель звука со встроенным генератором (НРА17АХ, НРА24АХ); такая замена будет уместна в случае, если электронным выключателем будет оснащаться «немое» устройство: мультиметр, частотомер, электронный термометр и т. п.

Полевые транзисторы можно заменить на любые из серий КП301, КП304, желательно с возможно меньшим пороговым открывающим напряжением. Биполярный транзистор можно заменить любым из серий КТ3102, КТ342, КТ645. Если пожелаете существенно увеличить нагрузочную способность устройства, например, для его использования с электрифицированной самоходной моделью, радиостанцией, носимой магнитолой, то микросхемы DA1 — DA3 желательно заменить одним мощным n-канальным полевым транзистором, например, типов КП723Г, КП727В, КП736Г, IRLZ44. С одним из таких транзисторов к электронному выключателю допустимо подключать устройство с током потребления 3. 5 А. Устанавливать полевой транзистор на теплоотвод не нужно.

Подбором резистора R1 выключатель можно будет настроить как на номинальное рабочее напряжение 9 В — батарея из семи никель-кадмиевых аккумуляторов, так и на 12 В — 10 аккумуляторов. При питании устройства от батареи из десяти таких аккумуляторов отключение питания нагрузки должно происходить при снижении напряжения батареи до 9,7. 10 В. Если будут применены р-канальные полевые транзисторы с относительно небольшим пороговым напряжением затвор-исток, менее -3 В, то подбором резистора R1 устройство удастся настроить и на работу с более низким номинальным напряжением, но не менее 4,5 В.

Электронный выключатель может быть смонтирован на печатной плате из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 80×35 мм (рис. 2).

Цоколевка транзисторов и микросхем дана на рис. 3.

Смотрите другие статьи раздела Начинающему радиолюбителю.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

Тема: Обсудим полевые транзисторы

Опции темы
  • Версия для печати
  • Подписаться на эту тему…

Обсудим полевые транзисторы

Предисловие.Создал тему потому что уже много времени пытаюсь решить для себя что же лючше для себя любимого?Полевики,биполяры или всё же лампы или гибриды с ними.

«Prof. Dr. Alexander L. Gurskii»

Re: Обсудим полевые транзисторы

я это сюда уже цитировал, но тогда база сообщений грохнулась.

Сетка у лампы тоже многоэлементная, так что будет множество путей распространения сигнала.
И почему литцендрат порой звучит лучше моножилы?

чушь полная — из-за неумения применять ООС.

Re: Обсудим полевые транзисторы

Я полевики давно применяю. И разные. Про структуры — верно, да не совсем.

Насчет местных ООС — смотря где. Видимо, имелись ввиду эмиттерные (истоковые) резисторы. Да, именно в этом месте неглубокая местная ООС ухудшает дело. Распространять этот вывод на весь класс приборов и на всё многообразие схем нельзя.

Не сходятся концы с концами насчет параллельных структур. В биполярах их вообще нет — это противоречит вынесенному приговору этим самым биполярам. Насчет запараллеливания выходных транзисторов — МОСФЕТ-ов ли, биполяров — ОЧЕНЬ МНОГО конструкторов так поступает. И продаются их изделия ОЧЕНЬ дорого. Для этого они должны демонстрировать и демонстрируют СУЩЕСТВЕННОЕ преимущество в звуке. Для примера, в каждом канале М1.1 Шушурина стоит пять пар 2SK1530/2SJ201. Пара таких моноблоков стоит около 15000 долларов. Никто не отдаст столько денег, если вдвое-втрое-впятеро дешевле усилитель будет играть почти так же.

Позиция автора: я знаю больше, но вам не скажу. Вывод: смесь верных сведений с саморекламой. Называется ПИАР. Предлагаю поэтому пиаровскую часть пропустить мимо ушей, а разговаривать о наших проблемах.

Да, поработав с полевиками, я никогда не вернусь к биполярам. А может, я просто не научился их применять? В одном автор прав — применяя прибор, нужно вполне определенно знать его особенности. Мы же не бреемся топором.

Re: Обсудим полевые транзисторы

Да, пиара тут очень много. Так же много ошибочных суждений. Например о строго экспоненциальном поведении биполяров. Достаточно посмотреть на передаточные характеристики мощных линейных биполяров и заметить, что экспоненциальный участок заканчивается в долях ампера, а далее почти линейный участок. Какой-то бред написан про использование биполяров во входных каскадах. С ООС автор явно не дружит. Единственное, где я с ним соглашусь, что неглубокая ООС вредна. Если элемент линеен, то лучше охватывать его не местной ООС, а общей, на несколько каскадо, что бы глубина стала больше.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector