ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА IR2153 — Блоки питания (импульсные) — Источники питания

      В этой статье будет рассмотрена миросхема IR2153, представляющая из себя высоковольтный драйвер с внутренним генератором. Такой набор узлов позволяет на базе этой микросхемы организовывать полумостовые импульсные блоки питания мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.
      Микросхема выпускается в двух типах корпусов: PDIP-8 и SOIC-8:

      Функционально микросхемы IR2153 отличаются лишь установленным в планарном корпусе диода Вольтодобавки:

Функциональная схема IR2153

Функциональная схема IR2153D

      Для начала рассмотрим как работает сама микросхема, а уж потом будем решать что из нее можно приготовить. Для начала ррасмотрим как работает сам генератор. На рисунке ниже приведен фрагмент резистивного делителя, три ОУ и RS триггер:

      В первоначальный момент времени, когда только-только подали напряжение питания конденсатор С1 не заряжен на всех инвертирующих входах ОУ присутствует ноль, а на не инвертирующих положительное напряжение формируеммое резестивным делителем.

В результате получается, что напряжение на иневртирующих входах меньше чем на не инвертирующих и все три ОУ на своих выхода формируют напряжение близкое к напряжению питания, т.е. лог единицу.
      Поскольку вход R (установка нуля) на триггере инвертирующий, то для него это будет состояние при котором он не оказывает влияние на состояние триггера, а вот на входе S будет присутствовать лог единика, устанавливающая на выходе триггера тоже лог единицу и конденсатор Ct через резистор R1 начнет заряжаться. На рисунке напряжение на Ct показанно синей линией, красной — напряжение на выходе DA1, зеленой — на выходе DA2, а розовой — на выходе RS триггера:

      Как только напряжение на Ct превысит 5 В на выходе DA2 образуется лог ноль, а когда, продолжая заряжать Ct напряжение достигнет значения чуть больше 10-ти вольт лог ноль появится на выходе DA1, что в свою очередь послужит установкой RS триггера в состояние лог нуля. С этого момента Ct начнет разряжаться, так же через резистор R1 и как только напряжение на нем станет чуть меньше установленноно делитеме значения в 10 В на выходе DA1снова появится лог единица.

Когда же напряжение на конденсаторе Ct станет меньше 5 В лог единица появится на выходе DA2 и переведет RS триггер в состояние единицы и Ct снова начнет заряжаться. Разумеется, что на инверсном выходе RS триггера напряжение будет иметь противоположные логические значения.
      Таким образом на выходах RS триггера образуются противоположные по фазе, но равные по длительности уровни лог единицы и нуля:

      Поскольку длительность управляющих импульсов IR2153 зависит от скорости заряда-разряда конденсатора Сt необходимо тщательно уделить внимание промывке платы от флюса — ни каких утечек ни с выводов конденсатора, ни с печатных проводников платы не должно быть, поскольку это чревато намагничиванием сердечника силивого трансформатора и выходом из строя силовых транзисторов. 

      Так же в микросхеме есть еще два модуля — UV DETECT и LOGIK. Первый из них отвечает за запуск-остановку генераторного процесса, зависящую от напряжения питания, а второй формирует импульсы DEAD TIME, которые необходимы для исключения сквозного тока силового каскада.
      Дальше происходит разделение логических уровней — один становится управляющим верхним плечом полумоста, а второй нижним. Отличие заключается в том, что управление верхним плечом осуществляется двумя полевыми транзисторами, которые, в свою очередь, управляют «оторванным» от земли и «оторванным» от напряжения питания оконечным каскадом. Если рассматривать упрощенную принципиальную схему включения IR2153, то получается примерно так:

      Выводы 8, 7 и 6 микросхемы IR2153 являются соответственно выходами VB, HO и VS, т.е. питанием управления верхним плечом, выходом оконечного каскада управления верхним плечом и минусовым проводом модуля управления верхним плечом. Внимание следует обратить на тот факт, что в момент включения управляющее напряжение присутствует на Q RS триггера, следовательно силовой транзистор нижнего плеча открыт. Через диод VD1 заряжается конденсатор С3, посколько его нижний вывод через транзистор VT2 соединен с общим проводом.
      Как только RS триггер микросхемы меняет свое состояние VT2 закрывается, а управляющее напряжение на выводе 7 IR2153 открывает транзистор VT1. В этот момент напряжение на выводе 6 микросхемы начинает увеличиваться и для удержания VT1 в открытом состоянии напряжение на его затворе должно быть больше чем на истоке. Поскольку сопротивление открытого транзистора равно десятым долям Ома, то и на его стоке напрежение не намного больше, чем на истоке. Получается, что удержания транзистора в открытом состоянии необходимо напряжение как минимум на 5 вольт больше, чем напряжение питания и оно действительно есть — конденсатор С3 заряжен до 15-ти вольт и именно он позволяет удерживать VT1 в открытом состоянии, поскольку запасенная в нем энергия в этот момен времени является питающим напряжение для верхнего плеча окнечного каскада микросхемы. Диод VD1 в этот моент времени не позволяет разряжаться С3 на шину питания самой микросхемы.

      Как только управляющий импульс на выводе 7 заканчивается транзистор VT1 закрывается и следом открывается VT2, который снова подзаряжает конденсатор С3 до напряжения 15 В.

      Довольно часто параллельно конденсатору С3 любители устанавливают электролитический конденсатор емкостью от 10 до 100 мкФ, причем даже не вникая в необходимость этого конденсатора. Дело в том, что микросхема способна работать на частотах от 10 Гц до 300 кГц и необходимость данного электролита актуально лишь до частот 10 кГц и то при условии, что электролитический конденсатор будет серии WL или WZ — технологически имеют маленький ers и больше известны как компьютерные конденсаторы с надписями золотистой или серебристой краской:

      Для популярных частот преобразования, используемых при создании импульсных блоков питания частоты берут выше 40 кГц,а порой доводят до 60-80 кГц, поэтому актуальность использования электролита попросту отпадает — емкости даже 0,22 мкФ уже достаточно для открытия и удержания в открытом состоянии транзистора SPW47N60C3, который имеет емкость затвора в 6800 пкФ. Для успокоения совести ставится конденсатор на 1 мкФ, а давая поправку на то, что IR2153 не может коммутировать такие мощные транзисторы напрямую, то накопленной энергии конденсатором С3 хватит для управления транзисторами с емкостью затворов до 2000 пкФ, т.

е. всеми транзисторами с максимальным током порядка 10 А ( перечень транзисторов ниже, в таблице ). Если же все таки есть сомнения, то вместо рекомендуемого 1 мкФ используйте керамический конденсатор на 4,7 мкФ, но это безсмысленно:

      Было бы не справедлило не отметить, что у микросхемы IR2153 есть аналоги, т.е. микросхемы с аналогичным функциональным назначением. Это IR2151 и IR2155. Для наглядности сведем основные параметры в таблицу, а уж потом разберемся что из них лучше приготовить:

МИКРОСХЕМА	Максимальное напряжение драйвера	Напряжение питания старта	Напряжение питания стопа	Максимальный ток для зарадки затворов силовых транзисторов / время нарастания	Максимальный ток для разрядки затворов силовых транзисторов / время спада	Напряжение внутреннего стабилитрона
IR2151	600 V	7,7. ..9,2 V	7,4…8,9 V	100 mA / 80…120 nS	210 mA / 40…70 nS	14,4…16,8 V
IR2153	600 V	8,1…9,9 V	7,2…8,8 V	НЕ УКАЗАНО / 80…150 nS	НЕ УКАЗАНО / 45…100 nS	14,4…16,8 V
IR2155	600 V	7,7…9,2 V	7,4…8,1 V	210 mA / 80…120 nS	420 mA / 40…70 nS	14,4…16,8 V

      Как видно из таблицы отличия между микросхемами не очень большие — все три имеют одинаковый шунтирующий стабилитрон по питанию, напряжения питания запуска и остановки у всех трех почти одинаковая. Разница заключается лишь в максимальном токе оконечного каскада, от которого зависит какими силовыми транзисторами и на каких частотах микросхемы могут управлять. Как не странно, но самая распиаренная IR2153 оказалась не рыбой, не мясом — у нее не нормирован максимальный ток последнего каскада драйверов, да и время нарастания-спада несколько затянуто. По стоимости они тоже отличаются — IR2153 самая дешовая, а вот IR2155 сама дорогая.
      Частота генератора, она частота преобразования (на 2 делить не нужно) для IR2151 и IR2155 определяется по формулам, приведенным ниже, а частоту IR2153 можно определить из графика:

 

      Для того, чтобы выяснить какими транзисторами можно управлять микросхемами IR2151, IR2153 и IR2155 следует знать параметры данных транзисторов. Наибольший интерес при состыковке микросхемы и силовых транзисторов представляет энергия затвора Qg, поскольку именно она будет влиять на мгновенные значения максимального тока драйверов микросхемы, а значит потребуется таблица с параметрами транзисторов. Здесь ОСОБОЕ внимание следует обратить на производителя, поскольку этот параметр у разных производителей отличается. Наиболее наглядно это видно на примере транзистора IRFP450

ПОПУЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
НАИМЕНОВАНИЕ	НАПРЯЖЕНИЕ	ТОК	СОПРОТИВЛЕНИЕ	МОЩНОСТЬ	ЕМКОСТЬ ЗАТВОРА	Qg  (ПРОИЗВОДИТЕЛЬ)	КОРПУС
СЕТЕВЫЕ (220 V)
IRFBC30	600V	3.6A	1.8	100W	660pF	17…23nC (ST)
IRFBC40	600V	6. 2A	1	125W	1300pF	38…50nC (ST)
IRF740	400V	10A	0.48	125W	1400pF	35…40nC (ST)
IRF840	500V	8A	0.85	125W	1300pF	39…50nC (ST)
STP8NK80Z	800V	6A	1.3	140W	1300pF	46nC (ST)
STP10NK60Z	600V	10A	0.75	115W	1370pF	50…70nC (ST)
STP14NK60Z	600V	13A	0. 5	160W	2220pF	75nC (ST)
STP25NM50N	550V	22A	0.14	160W	2570pF	84nC (ST)
IRFB18N50K	500V	17A	0.26	220W	2830pF	120nC (IR)
SPA20N60C3	650V	20A	0.19	200W	2400pF	87…114nC (IN)
STP17NK40Z	400V	15A	0.25	150W	1900pF	65nC (ST)
STP8NK80ZFP	800V	6A	1. 3	30W	1300pF	46nC (ST)
STP10NK60ZFP	600V	10A	0.19	35W	1370pF	50…70nC (ST)
STP14NK60ZFP	600V	13A	0.5	160W	2220pF	75nC (ST)
STP17NK40ZPFP	400V	15A	0.25	150W	1900pF	65nC (ST)
IRFP22N60K	600V	22A	0. 24	370W	3570pF	150nC (IR)
IRFP32N50K	500V	32A	0.135	460W	5280pF	190nC (IR)
IRFPS37N50A	500V	36A	0.13	446W	5579pF	180nC (IR)
IRFPS43N50K	500V	47A	0.078	540W	8310pF	350nC (IR)
IRFP450	500V	14A	0.33	190W	2600pF	150nC (IR) 75nC (ST)
IRFP360	400V	23A	0. 2	250W	4000pF	210nC (IR)
IRFP460	500V	20A	0.27	280W	4200pF	210nC (IR)
SPW20N60C3	650V	20A	0.19	200W	2400pF	87…114nC (IN)
SPW35N60C3	650V	34A	0.1	310W	4500pF	150…200nC (IN)
SPW47N60C3	650V	47A	0.07	415W	6800pF	252…320nC (IN)
АВТОМОБИЛЬНЫЕ (12V)
IRFZ44
IRFZ44N	55V	49A	0. 022	110W	1800pF	63nC (IR)
IRFZ46N
IRFZ48N
IRF3205	55V	110A	0.008	200W	3250pF	146nC (IR)
IRF3710
IRF3808	75V	140A	0.007	330W	5300pF	150. ..220nC (IR)
IRF8010
IRFB4410
IRL2505
IRL3705N
IRLR2905
IRFP2907	70V	200A	0. 0045	470W	13000pF	410…620nC (IR)

      Как известно, наиболее точно динамические свойства полевого транзистора характеризуют не значение его паразитных емкостей, а полный заряд затвора — Qg. Значение параметра Qg связывает между собой математическим путем — импульсный ток затвора с временем переключения транзистора, тем самым предоставляя возможность разработчику правильно рассчитать узел управления.
      К примеру, у полевого транзистора IRF840 при токе стока Is = 8 A, напряжении сток — исток Uds = 400 В и напряжении затвор — исток Ugs = 10 В полный заряд затвора равен Qg = 63 нКл. При неизменно напряжении затвор — исток заряд затвора уменьшается с увеличением тока стока Is и с уменьшением напряжения сток — исток Ugs.
      Произведем расчет параметров схемы управления при условии, что необходимо достигнуть времени включения транзистора ton = 120 нс. Для этого ток управления драйвера должен иметь значение:

            Ig = Qg / ton = 63 х 10-9 / 120 х 10–9 = 0,525 (A) (1)

      При амплитуде импульсов управляющего напряжения на затворе Ug = 15 В сумма выходного сопротивления драйвера и сопротивления ограничительного резистора не должна превышать:

            Rmax = Ug / Ig = 15 / 0,525 = 29 (Ом) (2)

      Расчитаем выходное выходное сопротивление драйверного каскада для микросхемы IR2155:

            Ron = Ucc / Imax = 15V / 210mA = 71,43 ohms
            Roff = Ucc / Imax = 15V / 420mA = 33,71 ohms

      Учитывая расчетное значение по формуле (2) Rmax = 29 Ом приходим к заключению, что с драйвером IR2155 заданное быстродействие транзистора IRF840 получить невозможно. Если в цепи затвора будет установлен резистор Rg = 22 Ом, время включении транзистора определим следующим образом:

            REon = Ron + Rgate, где RE — суммарное сопротивление, Rout — выходное сопротивление драйвера, Rgate — сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 71,43 + 22 = 93,43 ohms;
            Ion = Ug / REon, где Ion — ток открытия, Ug — величина управляющего напряжения затвора = 15 / 93,43 = 160mA;
            ton = Qg / Ion = 63 х 10-9 / 0,16 = 392nS
      Время выключения можно расчитать используюя теже формулы:
            REoff = Rout + Rgate, где RE — суммарное сопротивление, Rout — выходное сопротивление драйвера, Rgate — сопротивление, установленное в цепь затвора силового транзистора = 36,71 + 22 = 57,71 ohms;
            Ioff = Ug / REoff, где Ioff — ток открытия, Ug — величина управляющего напряжения затвора = 15 / 58 = 259mA;
            toff = Qg / Ioff = 63 х 10-9 / 0,26 = 242nS
            К получившимся величинам необходимо добавить время собственного открытия — закрытия транзистора в результате чего реальное время ton составит 392 + 40 = 432nS, а toff 242 + 80 = 322nS.
            Теперь осталось убедится в том, что один силовой транзистор успеет полность закрыться до того, как второй начнет открываться. Для этого сложим ton и toff получая 432 + 322 = 754 nS, т.е. 0,754 µS. Для чего это нужно? Дело в том, что у любой из микросхем, будь то IR2151, или IR2153, или IR2155 фиксированное значение DEAD TIME, которое составляет 1,2 µS и не зависит от частоты задающего генератора. В даташнике упоминается, что Deadtime (typ.) 1.2 µs, но там же приводится и сильно смущающий рисунок из которого напрашивается вывод, что DEAD TIME составляет 10% от длительности управляющего импульса:

      Чтобы развеять сомнения была включена микросхема и подключен к ней двухканальный осцилограф:

    

  Питание составляло 15 V, а частота получилась 96 кГц. Как видно из фотографии при развертке 1 µS длительность паузы составляет совсем немного больше одного деления, что как раз и соответсвует примерно 1,2 µS. Далее уменьшаем частоту и видим следующее:

      Как видно из фото при частоте 47 кГц время паузы практически не изменилось, следовательно вывеска, гласящая, что Deadtime (typ.) 1.2 µs является истинной.
      Поскольку микросхем уже работала нельзя было удержаться еще от одного эксперимента — снизить напряжение питания, чтобы убедиться, что частота генератора увеличится. В результате получилась следующая картинка:

      Однако ожидания не оправдались — вместо увеличения частоты произошло ее уменьшение, причем менее чем на 2%, чем вообще можно принебречь и отметить, что микросхема IR2153 держит частоту достаточно стабильно — напряжение питания изменилось более чем на 30%. Так же следует отметить, что несколько увеличилось время паузы. Этот факт несколько радует — при уменьшении управляющего напряжения немного увелифивается время открытия — закрытия силовых транзисторов и увеличение паузы в данном случае будет весьма полезным.
      Так же было выяснено, что UV DETECT прекрасно справляется со своей функцией — при дальнейшем снижении напряжения питания генератор останавливался, а при увеличии микросхема снова запускалась.
      Теперь вернемся к нашей математике по результатам которой мы выснили, что при установленных в затворах резисторах на 22 Ома время закрытия и открытия у нас равно 0,754 µS для транзистора IRF840, что меньше паузы в 1,2 µS, дающую самой микросхемой.
      Таким образом при микросхема IR2155 через резисторы 22 Ома вполне нормально сможет управлять IRF840, а вот IR2151 скорей всего прикажет долго жить, поскольку для закрытия — открытия транзисторов нам потребовался ток в 259 mA и 160 mA соответсвенно, а у нее максимальные значения составляют 210 mA и 100 ma. Конечно же можно увеличить сопротивления, установленные в затворы силовых транзисторов, но в этом случае существует риск выйти за пределыDEAD TIME. Чтобы не заниматься гаданием на кофейной гуще была составлена таблица в EXCEL, которую можно взятьЗДЕСЬ. Подразумевается, что напряжение питание микросхемы составляет 15 В.
      Для снижения коммутационных помех и некоторого уменьшения времени закрывания силовых транзисторов в импульсных блоках питания используют шунтирование либо силового транзистора последовательно сединенными резистором и конденсатором, либо такой же цепочкой шунтируют сам силовой трансформатор. Данный узел называется снаббером. Резистор снабберной цепи выбирают номиналом в 5–10 раз больше сопротивления сток — исток полевого транзистора в открытом состоянии. Емкость конденсатора цепи определяется из выражения:
            С = tdt/30 х R
      где tdt — время паузы на переключения верхнего и нижнего транзисторов. Исходя из того, что продолжительность переходного процесса, равная 3RC, должна быть 10 раз меньше длительности значения мертвого времени tdt.
      Демпфирование задерживает моменты открывания и закрывания полевого транзистора относительно перепадов управляющего напряжения на его затворе и уменьшает скорость изменения напряжения между стоком и затвором. В итоге пиковые значения импульсов затекающего тока меньше, а их длительность больше. Почти не изменяя времени включения, демпфирующая цепь заметно уменьшает время выключения полевого транзистора и ограничивает спектр создаваемых радиопомех.

 

      С теорией немного разобрались, можно приступить и практическим схемам.
      Самой простой схемой импульсного блока питания на IR2153 является электронный трансформатор с минимумом функций:

      В схеме нет ни каких дополнительных функция, а вторичное двуполярное питание формируется двумя выпрямителями со средней точкой и парой сдвоенных диодов Шотки. Емкость конденсатора С3 определяется из расчета 1 мкФ емкости на 1 Вт нагрузки. Конденсаторы С7 и С8 равной емкости и распологаются в пределах от 1 мкФ до 2,2 мкФ. Мощность зависит от используемого сердечника и максимального тока силовых транзисторов и теоритически может достигать 1500 Вт. Однако это только ТЕОРИТИЧЕСКИ, исходя из того, что к трансформатору прилагается 155 В переменного напряжения, а максимальный ток STP10NK60Z достигает 10А. На практике же во всех даташитах указанно снижение максимального тока в зависимости от температуры кристалла транзистора и для транзистора STP10NK60Z максимальный ток составляет 10 А при температуре кристалла 25 град Цельсия. При температуре кристалла в 100 град Цельсия максимальный ток уже составляет 5,7 А и речь идет именно о температуре кристалла, а не теплоотводящего фланца и уж тем более о температуре радиатора.
      Исходя из этого максимальную мощность следует выбирать исходя из максвимального тока транзистора деленного на 3, если это блок питания для усилителя мощности и деленного на 4, если это блок питания для постоянной нагрузки, например ламп накаливания.
      Учитывая сказанное выше получаем, что для усилителя мощности можно получить блок питания мощностью 10 / 3 = 3,3А, 3,3А х 155В = 511Вт. Для постоянной нагрузки получаем 10 / 4 = 2,5 А, 2,5 А х 155В = 387Вт.  И в том и в другом случае используется 100% КПД, чего в природе не бывает. Кроме этого, если исходить из того, что 1 мкФ емкости первичного питания на 1 Вт мощности нагрузки, то нам потребуется конденсатор, или конденсаторы емкостью 1500 мкФ, а такую емкость заряжать уже нужно через системы софт-старта.
      Следующий вариант схемы уже оснащен дополнительными элементами:

      Прежде всего в данном блоке питания присутствует защита от перегрузки, выполненная на трансформаторе тока. Подробности о расчете трансформатора тока можно почитать ЗДЕСЬ. Однако в подавляющем большинстве случаев вполне достаточно ферритового кольца диаметром 12…16 мм, на котором в два провода мотается порядка 60…80 витков. Диаметр 0,1…0,15 мм. Затем начало одной обмотки осединяется с концов второй. Это и есть вторичная обмотка. Первичная обмотка содержит один-два, иногда удобней полтора витка.
      Так же в схеме уменьшены номиналы резистор R4 и R6, чтобы расширить диапазон питающего первичного напряжения (180…240В). Чтобы не перегружать установленный в микросхему стабилитрон в схеме имеется отдельный стабилитрон мощностью 1,3 Вт на 15 В.
      Кроме этого в блок питания введен софт-старт для вторичного питания, что позволило увеличить емкости фильтров вторичного питания до 1000 мкФ при выходном напряжении ±80 В. Без этой системы блок питания входил в защиту в момент включения. Принцип действия защиты основан на работе IR2153 на повышенной частоте в момент включения. Это вызывает потери в трансформаторе и он не способен отдать в нагрузку максимальную мощность. Как только началась генерация через делитель R8-R9 напряжение, подаваемое на трансформатор попадает на детектор VD5 и VD7 и начинается зарядка конденсатора С7. Как только напряжение станет досточным для открытия VT1 к частотозадающей цепочки микросхемы подключается С3 и микросхема выходит на рабочую частоту.
      Так же введены дополнительные индуктивности по первичному и вторичному напряжениям. Индуктивность по первичному питанию уменьшает помехи, создаваемые блоком питания, а по вторичному — снижают ВЧ пульсации на нагрузке.
      В данном варианте имеется еще два дополнительных вторичных питания. Первое предназначено для запитки компьтерного двенадцативольтового куллера, а второе — для питания предварительных каскадов усилителя мощности.
      Еще один подвариант схемы — изготовление однополярного источника питания:

      Разумеется, что вторичная обмотка расчитывает на то напряжение, которое необходимо. Блок питания можно запаять на той же плате не монтируюя элементы, которых на схеме нет.

      Следующий вариант импульсного блока питания способен отдать в нагрузку порядка 1500 Вт и содержит системы мягкого старта как по первичному питанию, так и по вторичному, имеет защиту от перегрузки и напряжение для куллера принудительного охлаждения. Проблема управления мощными силовыми транзисторами решена использованием эмиттерных повторителей на транзистора VT1 и VT2, которые разряжают емкость затворов мощных транзисторов через себя:

      Подобное форсирование закрытия силовых транзисторов позволяет использовать довольно мощные экземпляры, такие как IRFPS37N50A, SPW35N60C3, не говоря уже о IRFP360 и IRFP460.
      В момент включения напряжение на диодный мост первичного питания подается через резистор R1, поскольку контакты реле К1 разомкнуты. Далее напряжение, через R5 подается на микросхему и через R11 и R12 на вывод обмотки реле. Однако напряжение увеличивается постепенно — С10 достаточно большой емкости. Со второй обмотки реле напряжение поступает на стабилитрон и тиристор VS2. Как только напряжение достигнет 13 В его уже будет достаточно, чтобы пройдя 12-ти вольтовый стабилитрон открыть VS2. Тут следует напомнить, что IR2155 стартует при напряжении питания примерно в 9 В, следовательно на момент открытитя VS2 через IR2155 уже будет генерировать управляющие импульсы, только в первичную обмотку они будут попадать через резистор R17 и конденсатор С14, поскольку вторая группа контактов реле К1 тоже разомкнута. Это существенно ограничит ток заряда конденсаторов фильтров вторичного питания. Как только тиристор VS2 откроется на обмотку реле будет подано напряжение и обе контактные группы замкнуться. Первая зашунтирует токоограничиваюй резистор R1, а вторая — R17 и С14.
      На силовом трансформаторе имеет служебная обмотка и выпрямитель на диодах VD10 и VD11 с которых и будет питаться реле, а так же дополнительная подпитка микросхемы. R14 служит для ограничения тока вентилятора принудительного охлаждения. 
      Используемые тиристоры VS1 и VS2 — MCR100-8 или аналогичные в корпусе ТО-92
      Ну и под занавес этой страницы еще одна схема все на той же IR2155, но на этот раз она будет выполнять роль стабилизатора напряжения:

      Схема взята из статьи Виталий Шевченко, «Использование драйверов компании International Rectifier» и к сожалению номиналами не украшена, хотя их не трудно и вычислить.  
      
      Последней авторской схемой с использованием IR2155 будет схема автомобильно преобразователя напряжения в которой IR2155 будет выполнять роль управляющего элемена преобразователя со средней точкой. В данной схеме драйвер верхнего плеча подключен к напряжению питания микросхемы и общем проводу, что позволяет ему управлять транзистором VT6:

      Как и в предудущем варианте закрытие силовых транзисторов производится биполярами VT4 и VT5. Схема оснащена софтстартом вторичного напряжения на VT1. Старт производится от бортовой сети автомобиля а дальше питание осуществляется стабилизированным напряжением 15 В вормируемым диодами VD8, VD9, резистором R10 и стабилитроном VD6.
      В данной схеме есть еще один довольно любопытный элемент — tC. Это защита от перегрева радиатора, которую можно использовать практически с любыми преобразователями. Однозначного названия найти не удалось, в простонародье это тепловой предохранитель самовостанавливающийся, в прайсах имеет обычно обозначение KSD301. Используется во многих бытовых электроприборах в качестве защитного или регулирующего температуру элемента, поскольку выпускаются с различной температурой срабатывания. Выглядит этот предохранитель так:

      Как только температура радиатора достигнет предела отключения предохранителя управляющее напряжение с точки REM будет снято и преобразователь выключится. После снижение температуры на 5-10 градусов предохранитель востановится и подаст управляющее напряжение и преобразователь снова запустится. Этот же термопредохранитель, ну или термореле можно использовать и в сетевых блоках питания контролируя температуру радиатора и отключая питание, желательно низковольтное, идущее на микросхему — термореле так дольше проработает.
      VD4, VD5 — быстрые диоды из серии SF16, HER106 и т.д.
      В схему можно ввести защиту от перегрузку, но во время ее разработки основной упор делался на миниатюризацию — даже узел софтстарта был под большим вопросом.
      Изготовление моточных деталей и печатные платы описаны на следующих страницах статьи.
      
      Ну и под занавес несколько схем импульсных блоков питания, найденых в интернете.
      Схема №6 взята с сайта «ПАЯЛЬНИК»:

      Защита организована на падении напряжении на резисторах R10-R11, однако она отслеживает ток протекающий только через транзитор VT4. В принципе ни чего страшного но все же желательно следить за обоими транзиторами. Как было сказанно выше большая емкость вольтодабавки смысла не имеет и автор использовал конденсатор на 0,68 мФ (С7).

 

      Следующая схема сетевого преобразователя примечательна тем, что на силовом трансформаторе имеется дополнительная обмотка дя питания самой микросхемы IR2153. Так же введена индуктивность L3, уменьшающая ударные процессы в трансформаторе:

 

      В следующем блоке питания на самотактируемом драйвере IR2153 емкость вольтодобавочного конденсатора сведена до минимальной достаточности 0,22 мкф (С10). Питание микросхемы осуществляется с искуственной средней точки силового трансформатора, что не принципиально. Защиты от перегрузки нет, форма подаваемого в силовой трансформатор напряжения немного корретируется индуктивностью L1:

 

ПРОДОЛЖЕНИЕ 

  http://cxema.my1.ru/publ/istochniki_pitanija/bloki_pitanija_impulsnye/impulsnyj_blok_pitanija_na_ir2153_prodolzhenie/65-1-0-6126

Маломощный лабораторный блок питания с функцией зарядного устройства — Меандр — занимательная электроника

В радиолюбительской практике, несомненно, будет востребован маломощный лабораторный блок питания с регулируемым выходным напряжением и ограничением выходного тока в интервале от нескольких до нескольких сотен миллиампер. Его можно применить для питания налаживаемой аппаратуры, собранной на чувствительных к перегрузке по току элементах, а также для зарядки отдельных аккумуляторов или аккумуляторных батарей.

Схема такого устройства показана на рис. 1. На микросхеме DA2 собран регулируемый стабилизатор с выходным напряжением 1,25…14 В. Устанавливают выходное напряжение переменным резистором R7. На микросхеме DA1 — параллельном стабилизаторе напряжения, транзисторе VT1 и датчике тока — резисторах R5, R6 — собран ограничитель-стабилизатор тока. Его значение в интервале 6…190 мА устанавливают переменным резистором R5.

Рис. 1. Схема устройства

Напряжение сети поступает на первичную обмотку трансформатора через кнопочный выключатель SB1 и плавкую вставку FU1. Напряжение вторичной обмотки трансформатора выпрямляет мостовой выпрямитель на диодах Шотки VD1-VD4. Конденсатор С3 — сглаживающий, светодиод HL1 сигнализирует о наличии выпрямленного напряжения.

При отключённой защите по току подвижный контакт кнопочного переключателя SB2 находится в нижнем по схеме положении, датчиктоказамкнут и через микросхему DA1 протекает небольшой ток (не более 0,3 мА). На выводе 3 этой микросхемы напряжение близко к выпрямленному (около 17 В). Это напряжение поступает на затвор транзистора VT1, поэтому он открыт, сопротивление его канала не превышает сотых долей ома, и всё стабилизируемое микросхемой DA2 напряжение поступает на выходные гнёзда XS1, XS2. В этом режиме с трансформатором ТП-112-3 выходной ток при напряжении до 5 В не должен превышать 600 мА, до 10 В — 400 мА, до 14 В — 150 мА.

В режиме «Защита» подвижный контакт переключателя SB2 находится в верхнем по схеме положении и светодиод HL3 сигнализирует о включении этого режима. В этом случае на управляющий вход (вывод 1) микросхемы DA1 поступает напряжение с датчика тока. Когда это напряжение превысит 2,5 В, на выводе 3 этой микросхемы и затворе транзистора VT1 напряжение уменьшится и транзистор закроется. В результате устройство переходит в режим ограничения (стабилизации) тока, значение которого зависит от сопротивления резистора R6 и введённой части резистора R5: Iогр. мин = 2,5/(R5 + R6), Iогр. макс = 2,5/R6. При этом включается светодиод HL2, сигнализируя о том, что устройство работает в режиме стабилизации тока.

Для устройства использован корпус от часов «Электроника 12-41А» (рис. 2), поэтому для него и разработана односторонняя печатная плата, чертёж которой показан на рис. 3. В этом корпусе уже имеется держатель плавкой вставки. В устройстве применены постоянные резисторы С2-33, Р1-4, переменные — СП3-4аМ, полярные конденсаторы — импортные, остальные — К10-17, К73, светодиоды могут быть любые с диаметром корпуса 3 мм, желательно разных цветов свечения: HL1 — зелёного, HL2 — красного, HL3 — жёлтого, переключатели — П2К. Полевой транзистор IRFZ44N можно заменить транзистором IRFZ34N или аналогичным. Конденсатор С8 установлен на выводах гнёзд XS1 и XS2. Полевой транзистор и микросхема КР142ЕН12 закреплены на ребристых теплоотводах размерами 25x16x8 мм. Переменные резисторы приклеены к плате эпоксидным клеем со стороны печатных проводников, с этой же стороны припаяны светодиоды.

Рис. 2. Корпус от часов «Электроника 12-41А»

Оси переменных резисторов выступают из отверстий в передней панели. На оси надеты ручки с рисками, а на фальшпанели сделаны две шкалы, проградуированные в миллиамперах и вольтах. Градуировку шкалы регулятора выходного напряжения проводят с помощью вольтметра, подключённого к выходу устройства, а регулятора тока ограничения, — подключив к выходу регулируемую нагрузку и миллиамперметр.

Для зарядки аккумулятора (аккумуляторной батареи) устройство переводят в режим «Защита», устанавливают требуемое напряжение, до которого его необходимо зарядить, затем устанавливают ток зарядки и подключают аккумулятор. При этом должен загореться светодиод HL2 «Ток». По мере зарядки яркость свечения этого светодиода станет уменьшаться, пока он совсем не погаснет. Выходное напряжение устанавливают исходя из расчёта 1,4…1,45 В на один Ni-Cd или Ni-MH аккумулятор, а ток зарядки (в миллиамперах) — Iзар = 0,1·Са, где Са — ёмкость аккумулятора в мА·ч. Для удобства измерения выходного напряжения на задней или одной из боковых стенок устройства можно установить дополнительные гнёзда XS3 и XS4 «Контроль», к которым подключают мультиметр. Если планируется эксплуатация устройства на максимальном токе и продолжительное время, на боковых и задней стенках корпуса желательно сделать несколько десятков вентиляционных отверстий.

Рис. 3. Чертёж односторонней печатной платы и расположение элементов на ней

Если применить другой корпус, элементы можно установить на плате, чертёж которой показан на рис. 4. В этом случае светодиоды, переменные резисторы, гнёзда, переключатель и выключатель могут быть других типов, их устанавливают непосредственно на корпусе. Кроме того, размеры теплоотводов лучше увеличить.

Рис. 4. Чертёж печатной платы и расположение элементов на ней

Микросхему TL431CLP можно заменить транзистором серии КТ817 (у него максимальный ток базы — 1 А): вывод 1 — база, вывод 2 — эмиттер, вывод 3 — коллектор. В этом случае интервал тока ограничения изменится (Iогр. мин = 0,7/(R5 + R6), Iогр.макс = 0,7/R6) и придётся подобрать резисторы R5 и R6 для получения требуемых переделов. Положительная сторона такой замены — уменьшение падения напряжения на датчике тока, отрицательная — ухудшение стабильности тока ограничения.

Автор: И. Нечаев, г. Москва

МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ

---

   Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR2905. Он имеет в открытом состоянии сопротивление канала всего 0,02 Ома, а так-же обеспечивает ток до 30 А. Мощность, рассеиваемая транзистором, может превышать 100 Вт. Принципиальная схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рисунке, клик — для увеличения. 

Работа БП на ПТ

   Переменное напряжение поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр, и далее на сток полевого транзистора и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через резисторный делитель подается на вход микросхемы, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Чтобы получить плавную регулировку выходного напряжения (например для лабораторного блока питания) резистор R2 нужно заменить переменным.

Налаживание схемы

   Установить нужное выходное напряжение резистором. Проверить стабилизатор на отсутствие самовозбуждения с помощью осциллографа. Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ.

Детали стабилизатора

   Микросхема КР142ЕН19 заменима на более современную TL431. Конденсаторы любые малогабаритные. Параметры трансформатора, выпрямителя — диодного моста и электролитического конденсатора фильтра выбирают исходя из необходимого напряжения и тока. Транзистор обязательно посадить на эффективный теплоотвод. Возможно потребуется использование кулера.

Поделитесь полезными схемами

---

КАК СДЕЛАТЬ МИГАЛКУ    Простая мигалка на шести светодиодах и двух резисторах, питающаяся от батарейки на 9 вольт.

---

---

ЖУЧОК    Сейчас в век, миниатюрных устройств, видеокамера или жучок могут быть установлены в любом месте. Используя собственный радиопередатчик, они способны передавать сигнал на несколько десятков или сотен метров. Электронные жучки синонимы: подслушка, прослушка, радиооборудование, прослушивающее и подслушивающие устройства. Поэтому, мы решили сконструировать свое прослушивающее устройство (Жучок), который назвали «Передатчик Ж-V1.0». Такой «Жучок» будет пользоваться успехом на радиотехнических кружках.

---

ДЕЛАЕМ ПУЛЬТ УПРАВЛЕНИЯ К КОМПЬЮТЕРУ    Хочу предложить для повторения схему дистанционного управления персональным компьютером. Эта схема проста в сборке и не требует больших усилий в настройке.

---

СВЕТИЛЬНИК НАСТРОЕНИЯ    Светильник хорошего настроения — конструкция с использованием разноцветных светодиодов и микроконтроллера AtMega32.

Транзистор IRFZ44N полевой N-канальный 55V 49A корпус TO-220AB

Описание товара Транзистор IRFZ44N полевой N-канальный 55V 49A корпус TO-220AB

IRFZ44N – N-канальный полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET, КМОП), изготовленный по технологии производства качественных силовых транзисторов — HEXFET. Транзистор имеет хорошие технические характеристики и нагрузочную способность, что способствует его широкому распространению в схемотехнике различных силовых промышленных установок. При правильном охлаждении максимальная мощность рассеивания может достигать 94 Вт.

Уточнение — хотя сам полевой транзистор теоретически может выдержать рассеивание вплоть до 94 Вт, сам корпус TO-220 имеет рекомендуемое тепловыделение до 50 Вт.

Применение

Идеально подходит для управления мощной нагрузкой с помощью ШИМ (широтно-импульсной модуляции), поскольку из-за малого сопротивления n-канала позволяет пропустить через себя относительно большие токи без существенного нагрева.

Транзистор IRFZ44N применяется в схемах полумостовых и мостовых блоков питания, мощных управляющих ключей, в инверторах, источниках бесперебойного питания (ИБП) и других преобразователях. Благодаря своим качественным характеристикам заслужил большую популярность как у промышленных производителей оборудования, так и у радиолюбителей в качестве основы для самоделок. Второму варианту способствует и низкая цена детали, а также ее большая распространенность.

IRFZ44N — Параметры полевого транзистора

• Тип: N-канальный
• Максимальное напряжение (сток-исток): 55 В
• Максимальное напряжение (затвор-сток): ±20 В
• Сопротивление открытого канала: 16. 5 мОм
• Максимальный ток (T = 25°C, Напряжение затвора = 10 В): 49 А
• Максимальный ток (T = 100°C, Напряжение затвора = 10 В): 35 А
• Импульсный (пусковой) ток: 160 А
• Общий заряд затвора: 63 нК
• Емкость затвора: 1470 пФ

IRFZ44N — Аналоги и похожие модели

• STP55NF06 — практически идентичный транзистор от другого производителя.
• IRLZ44N — имеет такие же параметры, только приспособлена для работы с логическими уровнями, в частностями с выходами микросхем (о чем свидетельствует буква L (Logic) в названии). Гарантированно открывается от 5 В напряжения на затворе.
• IRFZ46N — немного умощненная модель, если нужен больший запас по мощности.

IRFZ44N — Datasheet (техническая документация)

В конце страницы вы можете просмотреть техническую документацию (datasheet) к полевому транзистору. Даташит хранит в себе полную информацию от производителя обо всех технических параметрах и зависимостях полупроводникового элемента.

В интернет-магазине Electronoff можно купить транзистор IRFZ44N, большое количество аналогов и других компонентов, так же как и паяльное оборудование с комплектующими к нему.

По Киеву мы доставим покупку прямо в день заказа, если товар есть у нас на складе.. Жителей всех остальных городов мы покрываем благодаря работе со многими почтовыми сервисами.

РАДИО для ВСЕХ — ЛБП однополярный

Однополярный лабораторный блок питания 0-30В/0-3А с «грубой» и «плавной» регулировками выходного напряжения, регулировкой выходного тока (ограничения по току) и индикацией режима работы — регулировка напряжения или включение ограничения тока. В качестве регулирующего элемента используется полевой транзистор IRLZ44N.

Наконец вытравил и просверлил отверстия в плате ЛБП, чтобы убедиться в работоспособности схемы — всё заработало почти сразу ;-(. .. Платы будут изготовлены с маской и маркировкой в двух вариантах: ЛБП с питанием напряжением постоянного тока — без выпрямительного моста и переменного резистора «плавно» для регулировки выходного напряжения, ЛБП с питанием напряжением переменного тока — выпрямительный мост установлен на плате и для регулировки выходного напряжения предусмотрен переменный резистор «плавно», а в остальном всё без изменений. Если диодный мост не нужен (будет применён внешний), то на плате вместо него необходимо просто установить перемычки. Обе схемы приведены ниже. Покупайте печатные платы, наборы для сборки, собирайте и пользуйтесь 😉

Технические характеристики:

Входное напряжение (для платы с диодным мостом):  7…32В переменного тока

Входное напряжение (для платы без диодного моста): 9…45В постоянного тока

Ток нагрузки: 0-3А (с индикацией включения режима ограничения тока)

Нестабильность выходного напряжения: не более 1%

---

Краткое описание конструкциии:

Для однополярного блока питания разработаны две печатные платы размерами 62х59 мм и 92х59 мм. Фотовид печатных плат приведен ниже. На печатных платах предусмотрены отверстия диаметром 3 мм. В верхней части платы, для крепления радиатора и в нижней части для, крепления самой платы в корпусе блока питания. Регулирующий транзистор необходимо установить на большой 😉 радиатор с площадью поверхности не менее 300 см кв. Транзистор Q1 необходимо закрепить с применением теплопроводящей пасты и, при необходимости, с применением изолирующих теплопроводящих подложек. Переменные резисторы регулировки тока и напряжения можно закрепить на передней панели блока питания непосредственно при помощи штатных гаек.

 

Примечание к схемам блока питания:

После сборки и опробования блока питания покупателем, было замечено, что при отключении от сети блока питания с небольшой нагрузкой или без нагрузки наблюдается некоторое уменьшение напряжения, а потом его всплеск до 12-15В и затем снижение до нуля. Как оказалось, это происходит из-за того, что напряжение, запирающее полевой транзистор, пропадает раньше, чем разрядится конденсатор фильтра CF. При проверке блока питания под нагрузкой мощной лампой такого замечено не было (по понятным причинам). Для устранения броска напряжения необходимо подключить электролитический конденсатор С5 470мкФх6,3В с вывода 8 м/сх на общий провод (припаять сверху над микросхемой между выводами 8 и 11) — см. схемы.

 

Работа схемы:

Схема стабилизации напряжения собрана на U1.3 и U1.4. На U1.4 собран дифференциальный каскад, усиливающий напряжение делителя обратной связи, образованного резисторами R14 и R15. Усиленный сигнал поступает на компаратор U1.3, сравнивающий выходное напряжение с образцовым, сформированным стабилизатором U2 и потенциометром RV2. Полученная разница напряжений поступает на транзистор Q2, управляющий регулирующим элементом Q1. Ограничение тока осуществляется  компаратором U1. 1, который сравнивает падение напряжения на шунте R16 с опорным, сформированным потенциометром RV1. При превышении заданного порога, U1.1 изменяет опорное напряжение для компаратора U1.3, что приводит к пропорциональному изменению выходного напряжения. На операционном усилителе U1.2 собран узел индикации режима работы устройства. При понижении напряжения на выходе U1.1 ниже напряжения сформированного делителем R2 и R3, светится светодиод D1, сигнализирующий о переходе схемы в режим стабилизации тока.

Примечание:

В случае работы устройства от питающего напряжения ниже 23В, стабилитрон D3 необходимо заменить перемычкой. Так же, возможно питать слаботочную часть схемы от отдельного источника, подав напряжение 9-35В непосредственно на вход стабилизатора U3 и удалив стабилитрон D3.

---

ВОЛЬТМЕТРЫ и АМПЕРМЕТРЫ с семисегментными LED индикаторами

Выложены здесь >>> Это не китайские измерительные приборы! Made in Donetsk

---

Сделанные на скорую руку видео работы блока питания можно посмотреть по ссылкам приведенным ниже. На одном видео заснято опробование цифрового вольтметра на недорогой специализированной м/сх ICL7107. 

---

---

---

Стоимость печатной платы размерами 62х59 мм под два переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость печатной платы размерами 92х59 мм под три переменных резистора — временно нет в наличии

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на два резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Стоимость набора для сборки блока питания (с платой на три резистора, ручки в комплекте) временно отсутствует в продаже

Краткое описание, схема и перечень деталей набора здесь >>> и здесь >>>

 

---

---

Спасибо за уделённое внимание! Всем удачи, мира, добра, 73!

 

Качество интегральная схема ic irfz44n для электронных проектов

О продукте и поставщиках:

Alibaba. com предлагает большой выбор. интегральная схема ic irfz44n на выбор в соответствии с вашими потребностями. интегральная схема ic irfz44n являются жизненно важными частями практически любого электронного компонента. Их можно использовать для создания материнских плат, калькуляторов, радиоприемников, телевизоров и многого другого. Выбирая правильно. интегральная схема ic irfz44n, вы можете быть уверены, что создаваемый вами продукт будет высокого качества и очень хорошо работает. Ключевые факторы выбора продуктов включают предполагаемое применение, материал и тип, среди прочего. 
интегральная схема ic irfz44n состоят из полупроводниковых материалов и обычно имеют не менее трех клеммы, которые можно использовать для подключения к внешней цепи. Эти устройства работают как усилители или переключатели в большинстве электрических цепей. интегральная схема ic irfz44n охватывают два типа областей, которые возникают из-за включения примесей в процессе легирования.  В качестве усилителей. интегральная схема ic irfz44n скрывают низкий входной ток в большую выходную энергию, и они направляют небольшой ток для управления огромными приложениями, работающими как переключатели. 
Изучите прилагаемые таблицы данных вашего. интегральная схема ic irfz44n для определения опорных ног, эмиттера и коллектора для безопасного и надежного соединения. Файл. интегральная схема ic irfz44n на сайте Alibaba.com используют кремний в качестве первичной полупроводниковой подложки благодаря их превосходным свойствам и желаемому напряжению перехода 0,6 В. Основные параметры для. интегральная схема ic irfz44n для любого проекта включает в себя рабочие токи, рассеиваемую мощность и напряжение источника. 
Откройте для себя удивительно доступный. интегральная схема ic irfz44n на Alibaba.com для всех ваших потребностей и предпочтений. Доступны различные материалы и стили для безопасной и удобной установки и эксплуатации.  Некоторые аккредитованные продавцы также предлагают послепродажное обслуживание и техническую поддержку.

Управление мощной нагрузкой · Вадим Великодный

06 Jan 2017

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы (например, микроконтроллера) каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи.

Будем считать, что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой. Части схем, решающие эту задачу, называют ключами. ШИМ-регуляторы, диммеры и прочее рассматривать не будем (почти).

Условно можно выделить 3 группы методов:

1. Управление нагрузкой постоянного тока.
   • Транзисторный ключ на биполярном транзисторе.
   • Транзисторный ключ на МОП-транзисторе (MOSFET).
   • Транзисторный ключ на IGBT.
2. Управление нагрузкой переменного тока.
   • Тиристорный ключ.
   • Симисторный ключ.
3. Универсальный метод.

Выбор способа управления зависит как от типа нагрузки, так и от вида применяемой цифровой логики. Если схема построена на ТТЛ-микросхемах, то следует помнить, что они управляются током, в отличие от КМОП, где управление осуществляется напряжением. Иногда это важно.

Простейший ключ

Простейший ключ на биполярном транзисторе проводимости n-p-n выглядит следующим образом.

Вход слева подключается к цифровой схеме. Если у нас цифровая схема построена на основе КМОП-логики с двухтактным («push-pull») выходом, то логическая «1» фактически означает подключение этого входа к питанию, а логический «0» — к земле.

Таким образом, при подаче «1» на вход нашей схемы ток от источника питания потечёт через резистор R1, базу и эмиттер на землю. При этом транзистор откроется (если, конечно, ток достаточно большой), и ток сможет идти через переход коллектор — эмиттер, а значит и через нагрузку.

Резистор R1 играет важную роль — он ограничивает ток через переход база — эмиттер. Если бы его не было, ток не был бы ничем ограничен и просто испортил бы управляющую микросхему (ведь именно она связывает линию питания с транзистором).

Максимальный ток через один выход микроконтроллера обычно ограничен значением около 25 мА (для STM32). В интернете можно встретить утверждения, что микроконтроллеры AVR выдерживают ток в 200 мА, но это относится ко всем выводам в сумме. Предельное допустимое значение тока на один вывод примерно такое же — 20-40 мА.

Это, кстати, означает, что подключать светодиоды напрямую к выводам нельзя. Без токоограничивающих резисторов, микросхема просто сгорит, а с ними светодиодам не будет хватать тока, чтобы светить ярко.

Обратите внимание, что нагрузка (LOAD) подключена к коллектору, то есть «сверху». Если подключить её «снизу», у нас возникнет несколько проблем.

Допустим, мы хотим при помощи 5 В (типичное значение для цифровых схем) управлять нагрузкой в 12 В. Это значит, что на базе мы можем получить максимум 5 В. А с учётом падения напряжения на переходе база — эмиттер, на эмиттере будет напряжение ещё меньше. Если падение напряжения на переходе равно 0,7 В,то получаем, что на нагрузку остаётся только 4,3 В, чего явно недостаточно. Если это, например, реле, оно просто не сработает. Напряжение не может быть выше, иначе тока через базу вообще не будет. Наличие падения напряжения на нагрузке также приведёт к уменьшению тока через базу.

Для расчёта сопротивления R1 нужно вспомнить соотношение для упрощённой модели транзистора:

\[I_к = \beta I_б.\]

Коэффициент \(\beta\) — это коэффициент усиления по току. Его ещё обозначают \(h_{21э}\) или \(h_{FE}\). У разных транзисторов он разный.

Зная мощность нагрузки \(P\) и напряжение питания \(V\), можно найти ток коллектора, а из него и ток базы:

\[I_б = \frac1{\beta} \frac{P}{V}.\]

По закону Ома получаем:

\[R_1 = \frac{V}{I_б}.\]

Коэффициент \(\beta\) не фиксированная величина, он может меняться даже для одного транзистора в зависимости от режима работы, поэтому лучше брать значение тока базы при расчёте чуть больше, чтобы был запас по току коллектора. Главное помнить, что ток базы не должен превышать предельно допустимое для микросхемы.

Также важно при выборе модели транзистора помнить о предельном токе коллектора и напряжении коллектор — эмиттер.

Ниже как пример приведены характеристики некоторых популярных транзисторов с проводимостью n-p-n.

Модель	\(\beta\)	\(\max\ I_{к}\)	\(\max\ V_{кэ}\)
КТ315Г	50…350	100 мА	35 В
КТ3102Е	400…1000	100 мА	50 В
MJE13002	25…40	1,5 А	600 В
2SC4242	10	7 А	400 В

Модели выбраны случайно, просто это транзисторы, которые легко найти или откуда-то выпаять. Для ключа в рассматриваемой схеме, конечно, можно использовать любой n-p-n-транзистор, подходящий по параметрам и цене.

Доработка схемы

Если вход схемы подключен к push-pull выходу, то особой доработки не требуется. Рассмотрим случай, когда вход — это просто выключатель, который либо подтягивает базу к питанию, либо оставляет её «висеть в воздухе». Тогда для надёжного закрытия транзистора нужно добавить ещё один резистор, выравнивающий напряжение между базой и эмиттером.

Кроме того, нужно помнить, что если нагрузка индуктивная, то обязательно нужен защитный диод. Дело в том, что энергия, запасённая магнитным полем, не даёт мгновенно уменьшить ток до нуля при отключении ключа. А значит, на контактах нагрузки возникнет напряжение обратной полярности, которое легко может нарушить работу схемы или даже повредить её.

Совет касательно защитного диода универсальный и в равной степени относится и к другим видам ключей.

Если нагрузка резистивная, то диод не нужен.

В итоге усовершенствованная схема принимает следующий вид.

Резистор R2 обычно берут с сопротивлением, в 10 раз большим, чем сопротивление R1, чтобы образованный этими резисторами делитель не понижал слишком сильно напряжение между базой и эмиттером.

Для нагрузки в виде реле можно добавить ещё несколько усовершенствований. Оно обычно кратковременно потребляет большой ток только в момент переключения, когда тратится энергия на замыкание контакта. В остальное время ток через него можно (и нужно) ограничить резистором, так как удержание контакта требует меньше энергии.

Для этого можно применить схему, приведённую ниже.

В момент включения реле, пока конденсатор C1 не заряжен, через него идёт основной ток. Когда конденсатор зарядится (а к этому моменту реле перейдёт в режим удержания контакта), ток будет идти через резистор R2. Через него же будет разряжаться конденсатор после отключения реле.

Ёмкость C1 зависит от времени переключения реле. Можно взять, например, 10 мкФ.

С другой стороны, ёмкость будет ограничивать частоту переключения реле, хоть и на незначительную для практических целей величину.

Пример расчёта простой схемы

Пусть, например, требуется включать и выключать светодиод с помощью микроконтроллера. Тогда схема управления будет выглядеть следующим образом.

Пусть напряжение питания равно 5 В.

Характеристики (рабочий ток и падение напряжения) типичных светодиодов диаметром 5 мм можно приблизительно оценить по таблице.

Цвет	\(I_{LED}\)	\(V_{LED}\)
Красный	20 мА	1,9 В
Зеленый	20 мА	2,3 В
Желтый	20 мА	2,1 В
Синий (яркий)	75 мА	3,6 В
Белый (яркий)	75 мА	3,6 В

Пусть используется белый светодиод. В качестве транзисторного ключа используем КТ315Г — он подходит по максимальному току (100 мА) и напряжению (35 В). Будем считать, что его коэффициент передачи тока равен \(\beta = 50\) (наименьшее значение).

Итак, если падение напряжения на диоде равно \(V_{LED} = 3{,}6\,\textrm{В}\), а напряжение насыщения транзистора \(V_{CE} = 0{,}4\,\textrm{В}\) то напряжение на резисторе R2 будет равно \(V_{R2} = 5{,}0 — 3{,}6 — 0{,}4 = 1\,\textrm{В}\). Для рабочего тока светодиода \(I_{LED} = 0{,}075\,\textrm{А}\) получаем

\[R_2 = \frac{V_{R2}}{I_{LED}} = \frac{1}{0{,}075} \approx 15\,\textrm{Ом}.\]

Значение сопротивление было округлено, чтобы попасть в ряд E12.

Для тока \(I_{LED} = 0{,}075\,\textrm{А}\) управляющий ток должен быть в \(\beta = 50\) раз меньше:

\[I_б = \frac{I_{LED}}{\beta} \approx 1{,}5\,\textrm{мА}.\]

Падение напряжения на переходе эмиттер — база примем равным \(V_{EB} = 0{,}7\,\textrm{В}\).

Отсюда

\[R_1 = \frac{V — V_{EB}}{I_б} \approx 2{,}7\,\textrm{кОм}\]

Сопротивление округлялось в меньшую сторону, чтобы обеспечить запас по току.

Таким образом, мы нашли значения сопротивлений R1 и R2.

Транзистор Дарлингтона

Если нагрузка очень мощная, то ток через неё может достигать нескольких ампер. Для мощных транзисторов коэффициент \(\beta\) может быть недостаточным. (Тем более, как видно из таблицы, для мощных транзисторов он и так невелик.)

В этом случае можно применять каскад из двух транзисторов. Первый транзистор управляет током, который открывает второй транзистор. Такая схема включения называется схемой Дарлингтона.

В этой схеме коэффициенты \(\beta\) двух транзисторов умножаются, что позволяет получить очень большой коэффициент передачи тока.

Для повышения скорости выключения транзисторов можно у каждого соединить эмиттер и базу резистором.

Сопротивления должны быть достаточно большими, чтобы не влиять на ток база — эмиттер. Типичные значения — 5…10 кОм для напряжений 5…12 В.

Выпускаются транзисторы Дарлингтона в виде отдельного прибора. Примеры таких транзисторов приведены в таблице.

Модель	\(\beta\)	\(\max\ I_{к}\)	\(\max\ V_{кэ}\)
КТ829В	750	8 А	60 В
BDX54C	750	8 А	100 В

В остальном работа ключа остаётся такой же.

Простейший ключ

В дальнейшем полевым транзистором мы будет называть конкретно MOSFET, то есть полевые транзисторы с изолированным затвором (они же МОП, они же МДП). Они удобны тем, что управляются исключительно напряжением: если напряжение на затворе больше порогового, то транзистор открывается. При этом управляющий ток через транзистор пока он открыт или закрыт не течёт. Это значительное преимущество перед биполярными транзисторами, у которых ток течёт всё время, пока открыт транзистор.

Также в дальнейшем мы будем использовать только n-канальные MOSFET (даже для двухтактных схем). Это связано с тем, что n-канальные транзисторы дешевле и имеют лучшие характеристики.

Простейшая схема ключа на MOSFET приведена ниже.

Опять же, нагрузка подключена «сверху», к стоку. Если подключить её «снизу», то схема не будет работать. Дело в том, что транзистор открывается, если напряжение между затвором и истоком превышает пороговое. При подключении «снизу» нагрузка будет давать дополнительное падение напряжения, и транзистор может не открыться или открыться не полностью.

Несмотря на то, что MOSFET управляется только напряжением и ток через затвор не идёт, затвор образует с подложкой паразитный конденсатор. Когда транзистор открывается или закрывается, этот конденсатор заряжается или разряжается через вход ключевой схемы. И если этот вход подключен к push-pull выходу микросхемы, через неё потечёт довольно большой ток, который может вывести её из строя.

При управлении типа push-pull схема разряда конденсатора образует, фактически, RC-цепочку, в которой максимальный ток разряда будет равен

\[I_{разр} = \frac{V}{R_1},\]

где \(V\) — напряжение, которым управляется транзистор.

Таким образом, достаточно будет поставить резистор на 100 Ом, чтобы ограничить ток заряда — разряда до 10 мА. Но чем больше сопротивление резистора, тем медленнее он будет открываться и закрываться, так как постоянная времени \(\tau = RC\) увеличится. Это важно, если транзистор часто переключается. Например, в ШИМ-регуляторе.

Основные параметры, на которые следует обращать внимание — это пороговое напряжение \(V_{th}\), максимальный ток через сток \(I_D\) и сопротивление сток — исток \(R_{DS}\) у открытого транзистора.

Ниже приведена таблица с примерами характеристик МОП-транзисторов.

Модель	\(V_{th}\)	\(\max\ I_D\)	\(\max\ R_{DS}\)
2N7000	3 В	200 мА	5 Ом
IRFZ44N	4 В	35 А	0,0175 Ом
IRF630	4 В	9 А	0,4 Ом
IRL2505	2 В	74 А	0,008 Ом

Для \(V_{th}\) приведены максимальные значения. Дело в том, что у разных транзисторов даже из одной партии этот параметр может сильно отличаться. Но если максимальное значение равно, скажем, 3 В, то этот транзистор гарантированно можно использовать в цифровых схемах с напряжением питания 3,3 В или 5 В.

Сопротивление сток — исток у приведённых моделей транзисторов достаточно маленькое, но следует помнить, что при больших напряжениях управляемой нагрузки даже оно может привести к выделению значительной мощности в виде тепла.

Схема ускоренного включения

Как уже было сказано, если напряжение на затворе относительно истока превышает пороговое напряжение, то транзистор открывается и сопротивление сток — исток мало. Однако, напряжение при включении не может резко скакнуть до порогового. А при меньших значениях транзистор работает как сопротивление, рассеивая тепло. Если нагрузку приходится включать часто (например, в ШИМ-контроллере), то желательно как можно быстрее переводить транзистор из закрытого состояния в открытое и обратно.

Относительная медленность переключения транзистора связана опять же с паразитной ёмкостью затвора. Чтобы паразитный конденсатор зарядился как можно быстрее, нужно направить в него как можно больший ток. А так как у микроконтроллера есть ограничение на максимальный ток выходов, то направить этот ток можно с помощью вспомогательного биполярного транзистора.

Кроме заряда, паразитный конденсатор нужно ещё и разряжать. Поэтому оптимальной представляется двухтактная схема на комплементарных биполярных транзисторах (можно взять, например, КТ3102 и КТ3107).

Ещё раз обратите внимание на расположение нагрузки для n-канального транзистора — она расположена «сверху». Если расположить её между транзистором и землёй, из-за падения напряжения на нагрузке напряжение затвор — исток может оказаться меньше порогового, транзистор откроется не полностью и может перегреться и выйти из строя.

Драйвер полевого транзистора

Если всё же требуется подключать нагрузку к n-канальному транзистору между стоком и землёй, то решение есть. Можно использовать готовую микросхему — драйвер верхнего плеча. Верхнего — потому что транзистор сверху.

Выпускаются и драйверы сразу верхнего и нижнего плеч (например, IR2151) для построения двухтактной схемы, но для простого включения нагрузки это не требуется. Это нужно, если нагрузку нельзя оставлять «висеть в воздухе», а требуется обязательно подтягивать к земле.

Рассмотрим схему драйвера верхнего плеча на примере IR2117.

Схема не сильно сложная, а использование драйвера позволяет наиболее эффективно использовать транзистор.

IGBT

Ещё один интересный класс полупроводниковых приборов, которые можно использовать в качестве ключа — это биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT).

Они сочетают в себе преимущества как МОП-, так и биполярных транзисторов: управляются напряжением, имеют большие значения предельно допустимых напряжений и токов.

Управлять ключом на IGBT можно так же, как и ключом на MOSFET. Из-за того, что IGBT применяются больше в силовой электронике, они обычно используются вместе с драйверами.

Например, согласно даташиту, IR2117 можно использовать для управления IGBT.

Пример IGBT — IRG4BC30F.

Все предыдущие схемы отличало то, что нагрузка хоть и была мощной, но работала от постоянного тока. В схемах была чётко выраженные земля и линия питания (или две линии — для контроллера и нагрузки).

Для цепей переменного тока нужно использовать другие подходы. Самые распространённые — это использование тиристоров, симисторов и реле. Реле рассмотрим чуть позже, а пока поговорим о первых двух.

Тиристоры и симисторы

Тиристор — это полупроводниковый прибор, который может находится в двух состояниях:

• открытом — пропускает ток, но только в одном направлении,
• закрытом — не пропускает ток.

Так как тиристор пропускает ток только в одном направлении, для включения и выключения нагрузки он подходит не очень хорошо. Половину времени на каждый период переменного тока прибор простаивает. Тем не менее, тиристор можно использовать в диммере. Там он может применяться для управления мощностью, отсекая от волны питания кусочек требуемой мощности.

Симистор — это, фактически двунаправленный тиристор. А значит он позволяет пропускать не полуволны, а полную волну напряжения питания нагрузки.

Открыть симистор (или тиристор) можно двумя способами:

• подать (хотя бы кратковременно) отпирающий ток на управляющий электрод;
• подать достаточно высокое напряжение на его «рабочие» электроды.

Второй способ нам не подходит, так как напряжение питания у нас будет постоянной амплитуды.

После того, как симистор открылся, его можно закрыть поменяв полярность или снизив ток через него то величины, меньшей чем так называемый ток удержания. Но так как питание организовано переменным током, это автоматически произойдёт по окончании полупериода.

При выборе симистора важно учесть величину тока удержания (\(I_H\)). Если взять мощный симистор с большим током удержания, ток через нагрузку может оказаться слишком маленьким, и симистор просто не откроется.

Симисторный ключ

Для гальванической развязки цепей управления и питания лучше использовать оптопару или специальный симисторный драйвер. Например, MOC3023M или MOC3052.

Эти оптопары состоят из инфракрасного светодиода и фотосимистора. Этот фотосимистор можно использовать для управления мощным симисторным ключом.

В MOC3052 падение напряжения на светодиоде равно 3 В, а ток — 60 мА, поэтому при подключении к микроконтроллеру, возможно, придётся использовать дополнительный транзисторный ключ.

Встроенный симистор же рассчитан на напряжение до 600 В и ток до 1 А. Этого достаточно для управления мощными бытовыми приборами через второй силовой симистор.

Рассмотрим схему управления резистивной нагрузкой (например, лампой накаливания).

Таким образом, эта оптопара выступает в роли драйвера симистора.

Существуют и драйверы с детектором нуля — например, MOC3061. Они переключаются только в начале периода, что снижает помехи в электросети.

Резисторы R1 и R2 рассчитываются как обычно. Сопротивление же резистора R3 определяется исходя из пикового напряжения в сети питания и отпирающего тока силового симистора. Если взять слишком большое — симистор не откроется, слишком маленькое — ток будет течь напрасно. Резистор может потребоваться мощный.

Нелишним будет напомнить, что 230 В в электросети (текущий стандарт для России, Украины и многих других стран) — это значение действующего напряжения. Пиковое напряжение равно \(\sqrt2 \cdot 230 \approx 325\,\textrm{В}\).

Управление индуктивной нагрузкой

При управлении индуктивной нагрузкой, такой как электродвигатель, или при наличии помех в сети напряжение может стать достаточно большим, чтобы симистор самопроизвольно открылся. Для борьбы с этим явлением в схему необходимо добавить снаббер — это сглаживающий конденсатор и резистор параллельно симистору.

Снаббер не сильно улучшает ситуацию с выбросами, но с ним лучше, чем без него.

Керамический конденсатор должен быть рассчитан на напряжение, большее пикового в сети питания. Ещё раз вспомним, что для 230 В — это 325 В. Лучше брать с запасом.

Типичные значения: \(C_1 = 0{,}01\,\textrm{мкФ}\), \(R_4 = 33\,\textrm{Ом}\).

Есть также модели симисторов, которым не требуется снаббер. Например, BTA06-600C.

Примеры симисторов

Примеры симисторов приведены в таблице ниже. Здесь \(I_H\) — ток удержания, \(\max\ I_{T(RMS)}\) — максимальный ток, \(\max\ V_{DRM}\) — максимальное напряжение, \(I_{GT}\) — отпирающий ток.

Модель	\(I_H\)	\(\max\ I_{T(RMS)}\)	\(\max\ V_{DRM}\)	\(I_{GT}\)
BT134-600D	10 мА	4 А	600 В	5 мА
MAC97A8	10 мА	0,6 А	600 В	5 мА
Z0607	5 мА	0,8 А	600 В	5 мА
BTA06-600C	25 мА	6 А	600 В	50 мА

С точки зрения микроконтроллера, реле само является мощной нагрузкой, причём индуктивной. Поэтому для включения или выключения реле нужно использовать, например, транзисторный ключ. Схема подключения и также улучшение этой схемы было рассмотрено ранее.

Реле подкупают своей простотой и эффективностью. Например, реле HLS8-22F-5VDC — управляется напряжением 5 В и способно коммутировать нагрузку, потребляющую ток до 15 А.

Главное преимущество реле — простота использования — омрачается несколькими недостатками:

• это механический прибор и контакты могу загрязниться или даже привариться друг к другу,
• меньшая скорость переключения,
• сравнительно большие токи для переключения,
• контакты щёлкают.

Часть этих недостатков устранена в так называемых твердотельных реле. Это, фактически, полупроводниковые приборы с гальванической развязкой, содержащие внутри полноценную схему мощного ключа.

Таким образом, в арсенале у нас достаточно способов управления нагрузкой, чтобы решить практически любую задачу, которая может возникнуть перед радиолюбителем.

1. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1. — М.: Мир, 1993.
2. Управление мощной нагрузкой переменного тока
3. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1
4. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 2
5. Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3
6. Щелкаем реле правильно: коммутация мощных нагрузок
7. Управление мощной нагрузкой переменного тока
8. Управление MOSFET-ами #1
9. Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов
10. Ключ на плечо! – особенности применения высоковольтных драйверов производства IR

Все схемы нарисованы в KiCAD. В последнее время для своих проектов использую именно его, очень удобно, рекомендую. С его помощью можно не только чертить схемы, но и проектировать печатные платы.

Top 5 электрических проектов с использованием транзистора IRFZ44N Mosfet

नमस्कार दोस्तों इस पोस्ट में मैं आपको बताऊंगी की Использование МОП-транзистора IRFZ44N करके आप Топ 5 электрических проектов с использованием МОП-транзистора IRFZ44N की मदद से आप удивительный электрический проект बना सकते हो. यह Топ 5 проектов में हम Использование транзистора IRFz44N करती हम सभी प्रोजेक्ट बनाएंगे. ऐसे तो बहुत मार्केट मेंं बहुत सारी किट उपलब्ध है जिसकी आप प्रोजेक्ट बना सकते हो लेकिन यहां जो बनाने वाले हैं यह सभी प्रोजेक्ट Электрический проект है इस प्रोजेक्ट इस्तेमाल भी हम कहीं ना कहीं जगह कर सकते हैं.

Электрический проект

с использованием МОП-транзистора IRFZ44N से प्रोजेक्ट बनाना बहुत आसान है हम सभी प्रोजेक्ट में जो Детали электрической пары यूज करने वाले हैं वह सभी Оригинальные детали электрической пары यूज करेंगे ताकि प्रोजेक्ट अच्छा रहे यह Электрические компоненты आप ऑनलाइन मार्केट और ऑफलाइन इलेक्ट्रॉनिक शॉप से ​​बाय कर सकते हैं और कहीं ना कहीं खराब सर्किट इलेक्ट्रिक से चलने वाली बहुत सारी चीज Электрическая схема यूज होती है जहां से भी आप रजिस्टर Транзистор जैसे Электронные компоненты निकाल सकते हो

Топ-5 электрических проектов с использованием МОП-транзисторов IRFZ44N

Топ-5 электрических проектов с использованием МОП-транзисторов IRFz44N आपको N चैनल यूज करना है.हम यह पोस्ट में आपको जो भी हैं करके आप घर में और ऑफिस में से से सकते हैं. Бывший. यानी कि बाथरूम में जाते वक्त जब लैंप на होता है तब आप को बंद करने की जरूरत नहीं होगी कुछ समय के बाद बाथरूम से बाहर आ जाएंगे ऑटोमेटेकली हो जाएगा.

हम यह पोस्ट में कुछ यही 5 प्रोजेक्ट बनाने वाले हैं Дистанционная схема автомобильного привода, схема простой инверторной системы, мощный регулятор напряжения Mosfet с использованием irfz44n, регулируемая цепь задержки таймера,

Проект удаленной схемы привода автомобиля

, изменение мощности постоянного тока

Электрический проект Использование МОП-транзистора IRFZ44N पोस्ट में सबसे पहले हम Car Drive remote circuit बन्ना ना सकेंगे. यह सर्किट का उपयोग आप Режим изменения мощности की तरह कर सकते हो यानी कि

Ex. अगर हम Электродвигатель постоянного тока 12 В को प्लस और माइनस провод लगा दे तो मोटर एक Сторона घूमेगा लेकिन तार चेंज करने दूसरी ओर घूमेगा यह सर्किट की मदद से आपको वायर चेंज करने की जरूरत नहीं होगी.

Модульная схема изменения мощности की मदद से हम दोनों तार पर (-) और दोनों तार पर (+) पावर ले सकते हैं आप डायग्राम देखेंगे तो आप सब समझ में कि दोनों wire से कैसे (-) और (+) आउटपुट निकलता है Дистанционная схема привода электромобиля बनाने के लिए जो चीज की जरूरत होगी मैंने आपको नीचे लिस्ट बताई है.

Компоненты и схема Пояснения

1. प्रोजेक्ट बनाने के लिए आपको Резисторы 10 кОм -2, транзистор IRF4905P -2, IRFZ44N -2, источник питания постоянного тока 9/12 В, кнопка переключения -2 की जरूरत होगी.
2. Выходная мощность : Транзистор IRF4905p और IRFZ44N की Вывод 2 (D) से आफ आउटपुट ले सकते सकते हो वह आउटपुट ने (-) और (+) दोनों मिल सकता है.
3. Powe supply : का (+) तार Транзистор (1) Вывод (ы) ओर हर Транзистор IRFZ44n की (и) पर लगानी है और (-) आप आसानी से देख सकते हो डायग्राम अपना समझ में आ जाएगा.
4. Резисторы ओर Переключатель लगाना बहुत ही आसान है Схема проекта सकते हैं
5. Кнопка — बटन का सबसे बहुत अच्छा काम है изменение мощности करना यानी कि (+) провод पर (-) पावर देना और (-) पर (+) पावर देना

Простая инверторная система Электрический проект

यह भी एक Схема простой инверторной системы इलेक्ट्रिक प्रोजेक्ट है जिसका का करके आप Переменный ток को Постоянный ток में कन्वर्ट कर सकते घर पर बनाना आसान है यह में एक सिंपल इनवर्टर बनाएंगे जिसका उपयोग आप 200 Вт कर सकते हैं इस पर आप बहुत बड़ी Использование батареи नहीं कर सकते इसलिए यह लॉन्ग चल पाएगा Простой инвертор से 2 से 4 घंटे तक यूज कर सकते हैं 200 Вт की कोई भी इलेक्ट्रिक चीज आसानी से चला सकते हैं

अगर आप Простая система инверторов बनाना नहीं सकते और आप चाहते हैं कि हमें Рынок простых инверторов से मिले तो वह आपको बहुत कम प्राइस यानी की 500 से लेकर 2000 तक आपको सिंपल इनवर्टर.आप गूगल सर्च करके Магазин электрических компонентов का पता लगा सकते हैं और बहुत सारी ऑनलाइन वेबसाइट है जहां आप आसानी से купить कर सकते हैं.

Компоненты простого инвертора и схема Объяснение

1. प्रोजेक्ट बनाने के लिए आपको Резисторы 330 Ом -4, транзистор, IRFZ44N -2, источник питания постоянного тока 9/12 В ओर 12-0-12 Трансформатор 5A की जरूरत होगी.
2. Схема простого инвертора समझना बहुत ही आसान है. इस पर लगी हुई सभी प्रोडक्ट आपको ऑनलाइन मिल जाएगी और कम प्राइस में भी.
3. выход : एसी करंट आपको ट्रांसफार्मर की दोनों यानी Красный तार जहां पर Вход питания करते हैं Понижение мощности केेे लिए वहां से Выходная мощность लेना है.
4. Input Dc Power : батарея का (+) तार Трансформатор 12 0 12 के (0) पर लगा है और तार (-) Транзистор की मेन दोनों पिन पर और Резисторы के बीच मेंं लगेगी.
5. दूसरी बेरिंग करने के लिए आप डायग्राम से समझ में आ जाएंगे जो Простая схема инвертора बहुत ही आसान है

Мощный регулятор напряжения Mosfet с использованием irfz44n

यहां सर्किट एक पावरफुल मॉसफेट से है ज्यादा एंपियर आउटपुट निकाल सकते हैं, हम यहां पर बात वाले Мощный стабилизатор напряжения Mosfet с использованием irfz44n जिससे मदद से हम आपको 10 एंपियर आउटपुट वोल्टेज सर्किट बनाएंगे. यह सर्किट में हम जो भी पैर पर यूज हैं आपको बताया है यह सभी प्रोडक्ट आप और ऑफलाइन दोनों से खरीद सकते हैं.

Схема мощного стабилизатора напряжения Mosfet

बनाने के लिए आपको Мощный стабилизатор напряжения Mosfet с использованием схемы irfz44n समझना बहुत ही जरूरी वह irfz44n के बारे में जानकारी बताइए अगर आपको यह प्रोजेक्ट 1 और 2 है वहां से आप जान सकते हैं

Mosfet мощный стабилизатор напряжения с использованием irfz44n,

1. प्रोजेक्ट बनाने के लिए आपको Резисторы 10 Ом, транзистор IRFZ44N -4, источник питания 9/12 В постоянного тока ओर RP 5k की जरूरत होगी.
2. Транзистор IRFz44N : ट्रांजिस्टर की आपको सीरीज बना लेनी Диаграмма мощного напряжения mosfet में देखेंगे तो आपको सिंपल सेेे समझ में आ जाएंगे.
3. Источник питания или vvc : दोनों का माइनस तार सेम रहेगा.

Контур регулируемой задержки таймера

यह सर्किट एक Контур регулируемой задержки таймера है यह सर्किट की मदद पर बल्ब चला सकते हैं और टाइम सकते हैं यानी कि जब स्विच तो कुछ समय तक On और अपने आप ही बंद हो जाएगा. जहां पर हम जितने Velue की रजिस्टर लगाएंगे उतने समय तक Bulb जलेगा और उसके बाद बन्द हो जाएगा.

यह सर्किट एक Схема регулируемой задержки таймера जो कि एसी ओर डीसी पावर के साथ काम करेगी आपको सेफ्टी रखना थोड़ी जरूरी है. यह सर्किट 12 वोल्ट से 9 वोल्ट तक डीसी में वर्क करती है और इसकी जो बल्ब की सप्लाई है वह 220 вольт होगी. कुछ электронные компоненты используют करके हम यहां पर Схема переключателя таймера बनाने वाले हैं.

Регулируемая цепь задержки таймера Компоненты и схема Объяснение

Схема

Компоненты : 9-вольтовая батарея постоянного тока, импульсный переключатель, 12-вольтное реле постоянного тока, Irfz44n MOSFET, 50 кОм ओर 1000 мкФ, 16 В, Copesitor

, 9 В, аккумулятор : बैटरी का (+) Wire Deide में और (-) Pr Control पर लगाना है यानी कि Защита पर लगाना है.

Реле : की कोयल पिन पर डीसी पावर common और Open पर बल्ब लगाना है Источник питания переменного тока एक बिच में से काट कर लगानी है. (-) हो.

Дополнительные компоненты : लगाना बहुत ही आसान है आप डायग्राम में देख देख सकते हैं और आसानी से आप Регулируемая схема задержки таймера बना सकते हैं

The End This Post

दोस्तों उम्मीद करती हो हमारी हमारी Дистанционная схема, схема простой инверторной системы, мощный регулятор напряжения Mosfet с использованием irfz44n, регулируемая схема задержки таймера ओर

समझ में और डायग्राम भी आसानी से गए फिर भी आपको कोई समझ में आप कमेंट करके जरूर बता सकते हैं आपके कमेंट का आंसर देना मुझे बहुत अच्छा लगेगा और मुझे आपकी हेल्प करने में बहुत मजा आता है Спасибо

IRFZ44N MOSFET: техническое описание, приложение, эквивалент [видео]

Описание

IRFZ44N — это N-канальный силовой полевой МОП-транзистор, в этом блоге рассказывается о распиновке IRFZ44N MOSFET, техническом описании, эквиваленте, функциях и другой информации о том, как использовать и где используйте это устройство.

Каталог

IRFZ44N CAD Модель

IRFZ44N Обозначение

IRFZ44N Площадь основания

---

IRFZ44N Распиновка

Номер контакта	Имя контакта	Описание
1	Источник	Ток течет через Источник
2	Ворота	Управляет смещением полевого МОП-транзистора
3	Слив	Ток протекает через сток

---

Цепь IRFZ44N

• Цепь проверки времени переключения

• Цепь индуктивного тестирования без зажимов

• Испытательная цепь dv / dt восстановления пикового диода

---

IRFZ44N Applications

• Зарядные устройства
• Системы управления батареями
• Зарядные устройства и приложения для солнечных батарей
• Приложения быстрого переключения
• Источники бесперебойного питания
• Цепи драйвера двигателя
• Солнечные источники бесперебойного питания

---

IRFZ44N Характеристики

• Передовые технологические процессы
• Сверхнизкое сопротивление
• Dynamic dv / dt Рейтинг
• 175 ° C Рабочая температура
• Быстрое переключение
• Полная оценка схода лавины
• Бессвинцовый

---

IRFZ44N Advantage

IRFZ44N — широко используемый полевой МОП-транзистор, предназначенный для использования в различных приложениях общего назначения. Транзистор обладает способностью к высокоскоростному переключению, что делает его идеальным для использования в приложениях, где высокая скорость переключения является решающим требованием. Транзистор способен управлять нагрузкой до 49 А, а максимальное напряжение нагрузки может составлять 55 В. Однако пиковый импульсный ток может достигать 160 А. Минимальное пороговое напряжение, необходимое для перехода этого транзистора в полностью открытое состояние, составляет от 2 до 4 В. Этот транзистор также можно использовать в качестве усилителя звука или в каскадах звукового усилителя; он способен обеспечить максимальную мощность звука 94 Вт.

---

IRFZ44N Упаковка

---

IRFZ44N Параметры

Марка	Infineon / IR
Режим канала	Улучшение
Конфигурация	Одноместный
Время осени	45 нс
Прямая крутизна — мин.	19 ю
Высота	15.65 мм
Id — постоянный ток утечки	49 А
Длина	10 мм
Производитель	Infineon
Максимальная рабочая температура	+ 175 К
Минимальная рабочая температура	— 55 С
Тип монтажа	Сквозное отверстие
Количество каналов	1 канал
Упаковка / ящик	ТО-220-3
Pd — рассеиваемая мощность	94 Вт
Категория продукта	МОП-транзистор
Тип продукта	МОП-транзистор
Rds On — сопротивление сток-исток	17. 5 мОм
Время нарастания	60 нс
Подкатегория	МОП-транзисторы
Технологии	Si
Полярность транзистора	N-канал
Тип транзистора	1 канал N
Тип	МОП-транзистор с полевым HEXFET
Типичное время задержки выключения	44 нс
Типичное время задержки включения	12 нс
Масса устройства	0.211644 унция
Vds — напряжение пробоя сток-исток	55 В
Vgs — Напряжение затвор-исток	— 20 В, + 20 В
Ширина	4,4 мм

---

IRFZ44N Документы

---

IRFZ44N Соответствие продукции

USHTS	85412
ТАРИК	8541100000
ECCN	EAR99

---

IRFZ44N Альтернативы

IRF2807, IRFB3207, IRFB4710

---

IRFZ44N Эквиваленты

IRFZ46N, STP55N06, 2SK2376, BUK456-60H, STP50N06, 2SK2312, 2SK2376, BUZ 102S, IRF1010A

---

Разница между IRLZ44N и IRFZ44N

МОП-транзисторы IRLZ44N и IRFZ44N часто путают друг с другом и используются неправильно. IRLZ44N представляет собой МОП-транзистор логического уровня с очень низким пороговым напряжением затвора 5 В, что означает, что МОП-транзистор может быть полностью включен с помощью всего 5 В на его выводе затвора, что устраняет необходимость в схеме драйвера.

IRLZ44N

IRFZ44N , с другой стороны, требует схемы драйвера затвора, если MOSFET должен быть полностью включен с помощью микроконтроллера, такого как Arduino. Тем не менее, он частично включается при прямом питании 5 В от вывода ввода / вывода, но выходной ток стока будет ограничен.

IRFZ44N

---

Где использовать IRFZ44N

IRFZ44N известен своим высоким током стока и быстрой скоростью переключения. В дополнение к этому он также имеет низкое значение Rds, что поможет повысить эффективность коммутационных схем. МОП-транзистор начнет включаться при небольшом напряжении затвора 4 В, но ток стока будет максимальным только при приложении напряжения затвора 10 В. Если MOSFET-транзистор должен управляться напрямую от микроконтроллера, такого как Arduino, попробуйте версию IRLZ44N mosfet с логическим уровнем.

---

Как использовать IRFZ44N

В отличие от транзисторов полевые МОП-транзисторы являются устройствами, управляемыми напряжением. Это означает, что они могут быть включены или выключены путем подачи необходимого порогового напряжения затвора (VGS). IRFZ44N — это N-канальный полевой МОП-транзистор, поэтому выводы стока и истока будут оставаться открытыми, когда на вывод затвора не подается напряжение. Когда подается напряжение затвора, эти контакты закрываются.

Если требуется переключение с помощью Arduino, тогда простая схема управления с использованием транзистора будет работать, чтобы обеспечить необходимое напряжение затвора для полного открытия полевого МОП-транзистора.Для других применений коммутации и усиления требуется специальная ИС драйвера MOFET.

---

Как безопасно и долго эксплуатировать IRFZ44N в схемах

Чтобы получить долгосрочную работу с IRFZ44N , рекомендуется не использовать этот транзистор на максимальных номиналах. Использование любых компонентов с максимальным номиналом может вызвать нагрузку на компонент и может повредить или ослабить его внутреннюю схему, что приведет к снижению производительности. Мы всегда рекомендуем использовать любой компонент на 20% ниже максимальной мощности или спецификаций.То же правило будет применяться к IRFZ44N. Максимальный ток стока составляет 49 ампер, поэтому не используйте нагрузку более 39 ампер. Максимальное напряжение нагрузки составляет 55 В и в целях безопасности не нагружайте нагрузку более 44 В. Напряжение между затвором и источником должно быть ниже ± 20 В и всегда хранить или эксплуатировать транзистор при температуре выше -55 и ниже +175 по Цельсию.

---

IRFZ44N Производитель

Infineon Technologies AG — мировой лидер в области полупроводниковых решений, которые делают жизнь проще, безопаснее и экологичнее.Микроэлектроника от Infineon — залог лучшего будущего. В 2019 финансовом году (заканчивающемся 30 сентября) объем продаж компании составил около 8 миллиардов евро, в ней работало около 41 400 сотрудников по всему миру. Компания Infineon котируется на Франкфуртской фондовой бирже (тикер: IFX) и в США на внебиржевом рынке OTCQX International Premier (тикер: IFNNY).

---

Лист данных на компоненты

IRFZ44N Лист данных

---

FAQ

IRFZ44N — это N-канальный полевой МОП-транзистор с высоким током стока 49 А и низким сопротивлением сопротивления 17.5 мОм. Он также имеет низкое пороговое напряжение 4 В, при котором полевой МОП-транзистор начинает проводить. Следовательно, он обычно используется с микроконтроллерами для управления напряжением 5 В.

Для чего используются силовые полевые МОП-транзисторы? Силовые полевые МОП-транзисторы широко используются в транспортной технике, включая широкий спектр транспортных средств. В автомобильной промышленности силовые полевые МОП-транзисторы широко используются в автомобильной электронике. Силовые полевые МОП-транзисторы (включая DMOS, LDMOS и VMOS) обычно используются для множества других приложений.

IRFZ44N — это N-канальный полевой МОП-транзистор, поэтому выводы стока и истока будут оставаться открытыми, когда на вывод затвора не подается напряжение. Когда подается напряжение затвора, эти контакты закрываются.

Как включить канал MOSFET? N-Channel — Для N-канального MOSFET источник заземлен. Чтобы включить полевой МОП-транзистор, нам нужно поднять напряжение на затворе.Чтобы выключить его, нам нужно заземлить ворота. P-канал — источник подключен к шине питания (Vcc).

P-Channel Power MOSFET Switch Учебное пособие

Табличка 1

Льюиса Лофлина

Домашняя страница веб-мастера и контактная информация.
Домашняя страница Hobby Electronics.

В этом руководстве рассматривается использование полевых МОП-транзисторов с P-каналом и N-каналом в качестве переключателя питания и общая теория транзисторов. Этот переключатель будет работать на положительной стороне источника питания с отрицательной общей стороной. Он предназначен для использования с 5-вольтовыми микроконтроллерами, такими как Arduino.

Plate 2

На рисунке выше показаны основные электрические соединения для Arduino и большинства современных микроконтроллеров. У нас есть общий минус и 5-вольтовый Vcc. Это диктует, как мы подключаем любой транзистор драйвера к контактам ввода-вывода. Вдобавок каждый вывод ввода / вывода Arduino может подавать / потреблять максимум 40 мА. (Примечание: работайте при 20 мА.)

Во-первых, обратите внимание, что все полевые МОП-транзисторы представляют собой устройства с напряжением и и не зависят от базового тока, как биполярные транзисторы. Во многих случаях напряжение управления затвором ниже 5 вольт не будет работать без переключения биполярного транзистора на более высокое напряжение.

Обновление

, декабрь 2019 г. Многие микроконтроллеры сегодня используют напряжение постоянного тока 3,3 В. То же самое и с Raspberry Pi. Я нашел два полевых МОП-транзистора, которые работают от 3,3 В.

IRFZ44N — это N-канальное устройство с номинальным напряжением 55 В и сопротивлением RDS (включено) 0.032 Ом макс. Другой — это устройство с P-каналом, рассчитанное на 55 В и RDS (включено) не более 0,02 Ом.

См. Следующие спецификации:

Ссылаясь на Таблицу 1 всякий раз, когда разница напряжений между затвором (G) и истоком (S) превышает примерно 5 В, это открывает проводящий канал между истоком (S) и стоком (D), позволяя току течь от источника обратно к блок питания. (Здесь мы используем поток электронов от отрицательного к положительному.)

Это часто называют конфигурацией последовательного прохода.

Еще раз посмотрев на , пластина 1 без входа в базу Q1, напряжение коллектора повышается до Vcc и без разницы потенциалов на Rgs Q6 и Q8 выключаются.

Подача 5 В на базовые резисторы Q8 и Q6 ( пластина 1 ) смещает их переходы база-эмиттер в прямом направлении, обеспечивая небольшой ток Ib. В зависимости от коэффициента усиления по постоянному току (hfe) отдельных транзисторов базовый ток умножается для получения Ic. Отношения следующие:

Ie = Ib + Ic; Ib * hfe = Ic.

Базовый ток Ib определяется значением Vin — 0,6 / Rb . 0,6 В — это падение напряжения на переходе BE. Допустим, Q1 и Q7 — это 2N2222A, у которых минимальное значение hfe равно 90, а нам нужен Ic, равный 20 мА. Вот как это будет работать:

 
   Ib = Ic / hfe;
   Ib = 20 мА / 90;
   Ib = ~ 220 мкА
   
   Rb = Vin - 0,6 / фунт
   Rb = 5 - 0,6 / 220 мкА
   Rb = 20 тыс.
  

Теперь некоторые проблемы с переключением транзисторов. Мы хотим, чтобы они работали в режиме насыщения, когда любой дополнительный базовый ток не приведет к увеличению тока коллектора (Ic).При выполнении этих расчетов в спецификации транзистора указан диапазон hfe, при этом принимается наименьшее значение. Далее, пока мы не превысим максимально допустимый базовый ток, предположим, что дополнительный ток. В этом случае я бы использовал 2.2K для Rb.

Когда биполярный транзистор работает в режиме насыщения, напряжение эмиттер-коллектор равно 0,5 В. В случае полевых МОП-транзисторов Q6 и Q8 мы хотим, чтобы они также работали в режиме насыщения. При разнице между затвором и истоком в 12 вольт это обеспечивает быстрое и жесткое включение.При насыщении полевые МОП-транзисторы, такие как IRF630 и IRF9630, имеют сопротивление сток-исток 0,4 и 0,8 Ом соответственно.

Итак, давайте найдем Rgs, где мы хотим упасть 11,5 вольт:

 
   Rgs = 11,5 / Ic
   Rgs = 11,5 / 20 мА
   Rgs = 575 Ом.
  

Предположим, что значение намного выше, скажем, 10 кОм, чтобы обеспечить желаемое падение напряжения. Опять же, у нас есть много возможностей поиграть, чтобы обеспечить насыщение всех четырех транзисторов. Обратите внимание, что на самом деле Rgs устанавливает текущий уровень, когда Q1 и Q7 находятся в режиме насыщения.

Пластина 3

Пробой затвор-исток MOSFET

Еще одна последняя проблема — это напряжение пробоя затвор-исток обоих полевых МОП-транзисторов или Vgs. Для IRF630 и IRF9630 это 20 вольт. 24 В на рис. A могут повредить Q8. 10-вольтовый стабилитрон, соединенный последовательно с коллектором Q7, удержит это в пределах безопасного диапазона.

Пластина 4

Использует

У вышеуказанных схем есть ряд преимуществ. Низкое сопротивление при включении исток-сток означает, что на нагрузку подается больше мощности и меньше нагревание последовательно проходящих полевых МОП-транзисторов.Возможность работы от 5 В делает прямое подключение к микроконтроллеру простым. Кроме того, это может быть широтно-импульсная модуляция для управления скоростью двигателя по, скажем, H-мостовой схеме.

Наиболее часто эти схемы используются в управлении двигателем с Н-мостом. Они используются вместе с N-канальными переключателями MOSFET.

Обратите внимание, что Rg (или Rgs) используется для стравливания зарядов с ворот MOSFET, иначе они могут не выключиться.

Удачи.

Надеюсь, серия была полезной. Любые исправления, предложения и т. Д. Пишите мне по адресу [email protected].

Цепь сигнализации обрыва провода

с МОП-транзистором IRFZ44N

Введение

Для инженеров самой сложной задачей является поиск неисправных устройств. Для студентов не очень многообещающе, когда их проекты перестают работать. В большинстве случаев неисправность не такая уж и большая, но ее сложно проверить. Часто проблема заключается в целостности цепи, в проводе происходит обрыв, и цепь прерывается и, следовательно, перестает работать.Чтобы решить эту проблему, инженеры создали сигнализацию обрыва провода. Следовательно, в этом руководстве мы собираемся создать «Цепь сигнализации обрыва провода с МОП-транзистором IRFZ44N».

Сигнализация обрыва провода — это своего рода цепь аварийной сигнализации. В нем есть датчик петли. Петля представляет собой простой кусок медного провода для замыкания двух клемм. В общем, если мы перережем этот провод, то цепь станет разомкнутой. Существует множество приложений цепи сигнализации обрыва провода .

Требуемое оборудование

Sr	Компоненты	Кол.	4	Резистор 33k, 150k	1,1

IRFZ44N Распиновка

Принципиальная схема

Рабочее пояснение

В этой цепи сигнализации обрыва провода первоначально при подаче питания ток течет от Vcc к земле через контурный провод.Когда вы отсоединяете или перерезаете провод, ток начинает течь от Vcc к контакту затвора полевого МОП-транзистора. Это запускает полевой МОП-транзистор, и ток начинает течь от стока к истоку. Следовательно, включите подключенную нагрузку. В нашей сигнальной цепи нагрузкой являются светодиод и зуммер. Светодиод светится, и зуммер начинает подавать звуковой сигнал. Это уведомит владельца устройства о нарушении внутренней цепи.

Применение и использование

• Схема может быть разработана в целях безопасности.
• В сигнальных устройствах.2 * I. Для этого рассеяния мощности при температуре корпуса 25 ° C температура перехода достигает максимально допустимой, 150 или 175 ° C.

  Этот рейтинг хороший только для СРАВНЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ. Удерживать корпус при 25 ° C с переходом на 150 или 175 ° C действительно невозможно, поэтому испытание проводится с импульсами с малой скважностью. Так что, насколько я понимаю, это всего лишь максимум, прежде чем соединительные провода внутри расплавятся.

  В нормальном режиме работы при максимальной температуре окружающей среды соединение должно быть не выше 110 ° C.
  Итак, как вы это делаете? Ищите переход к тепловому сопротивлению окружающей среды. Для корпуса TO-220, такого как IRFZ44, оно должно быть около 60-65 ° C / Вт. Это означает, что на каждый 1 Вт транзистор должен рассеиваться, температура его перехода увеличивается на 60 ° C. Таким образом, если максимальная температура окружающей среды составляет 50 ° C, максимальная мощность, которую МОП-транзистор TO-220 может рассеивать в открытом воздухе (без принудительного воздушного охлаждения), составляет Pmax = (110-50) / 60 = 1 Вт. Вот и все, без радиатора ваш MOSFET может безопасно обрабатывать только 1 Вт при температуре окружающей среды 50 ° C и открытом воздухе.

  Добавление радиатора снижает тепловое сопротивление и позволяет рассеивать больше мощности. При выборе радиатора следуйте приведенным выше расчетам, но используйте тепловое сопротивление, указанное производителем радиатора. Если между полевым МОП-транзистором и радиатором есть изолятор, добавьте тепловое сопротивление изолятора (обычно 3-6 ° C / Вт для корпуса TO-220).

  Теперь вы не можете просто снимать детали, не зная, что вы делаете. «Защитный диод» и катушка индуктивности вместе с полевым МОП-транзистором образуют понижающий стабилизатор, который имеет большую эффективность, чем линейный стабилизатор (в основном потому, что транзистор включается и выключается, поэтому либо ток напряжения на нем низкий, что приводит к низкое рассеивание мощности).

  Поскольку вы удалили эти части, вероятно, ваш MOSFET каким-то образом перешел в линейный режим, и рассеиваемая мощность увеличилась, потому что и напряжение, и ток относительно высоки.

  Я не уверен, как вы подключили полевой МОП-транзистор, поскольку это N-канал, а исходный транзистор был PNP.

  Для расчета рассеиваемой мощности в MOSFET импульсного регулятора вы можете попробовать поискать заметки на веб-сайте ON Semi или опубликовать, и я отвечу с некоторыми формулами.

  Силовые МОП-транзисторы

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • Изучите работу переключателей Power MOSFET.
  • Признать важные характеристики силовых полевых МОП-транзисторов.
  • Выберите подходящие силовые полевые МОП-транзисторы для переключения постоянного тока.
  • Описать типовые схемы драйверов для силовых полевых МОП-транзисторов при коммутации и управлении сильноточными нагрузками.
  • Ознакомьтесь с типичными мерами безопасности для предотвращения повреждений из-за перегрева, перенапряжения или перегрузки по току.

  Рис. 4.5.1 Силовые МОП-транзисторы

  Силовой МОП-транзистор как переключатель

  Силовые полевые МОП-транзисторы с каналом N и P (хотя в основном с каналом N) широко используются для переключения нагрузок постоянного тока многих типов. Они образуют существенное звено между маломощной электроникой и более мощными «реальными» приложениями. За последние годы их использование значительно расширилось, заменив электромеханические реле для переключения электрических нагрузок во многих приложениях.Нагрузка включается путем приложения небольшой разности потенциалов между затвором и истоком полевого МОП-транзистора, фактическое значение и полярность этого напряжения зависит от выбранного типа полевого МОП-транзистора. Когда полевой МОП-транзистор используется в качестве переключателя, он работает в «режиме насыщения» и поэтому при включении имеет большую проводимость. Поскольку ток между источником и стоком (V _DS ) будет высоким, сопротивление канала стока к источнику должно быть очень низким. Следовательно, если мощность, рассеиваемая полевым МОП-транзистором (и, следовательно, его температура) должна оставаться низкой, сопротивление канала обычно должно составлять всего несколько миллиомов при типичной температуре окружающей среды 25 ° C.Однако это чрезвычайно низкое сопротивление будет увеличиваться при более высоких температурах.

  Рис. 4.5.2 Реле и полевые МОП-транзисторы

  MOSFET и реле

  В отличие от механического реле или переключателя, у которых контакты либо полностью разомкнуты, либо полностью замкнуты, силовой MOSFET обеспечивает чрезвычайно высокое (но не бесконечное) сопротивление в выключенном состоянии или чрезвычайно низкое (но не нулевое) сопротивление (R _{DS на} ) во включенном режиме. Таким образом, полевой МОП-транзистор представляет собой резистор, величина которого может регулироваться небольшим изменением напряжения затвор / исток (V _GS ). Фактическое значение сопротивления между стоком и источником, когда полевой МОП-транзистор включен, называется R _{DS на} . Это важное значение, потому что силовой полевой МОП-транзистор предназначен для переключения относительно больших величин тока, и поэтому независимо от того, включен он или выключен, всегда будет присутствовать некоторое сопротивление, которое заставит полевой МОП-транзистор рассеивать некоторую мощность в виде тепла, а слишком большое количество тепла (обычно выше 150–175 ° C) с большой вероятностью приведет к разрушению полевого МОП-транзистора.

  Выбор силового полевого МОП-транзистора

  Чтобы этого не произошло, важно иметь четкое представление о взаимосвязях между напряжением, током, сопротивлением и мощностью, чтобы можно было выбрать подходящий силовой полевой МОП-транзистор для конкретного приложения.Существуют сотни различных типов силовых полевых МОП-транзисторов, выпускаемых многими производителями, поэтому выбор может быть затруднен. Некоторые конструкции силовых полевых МОП-транзисторов предназначены для конкретных рынков, например, для высокочастотных импульсных источников питания требуются полевые МОП-транзисторы с очень высокой скоростью переключения. В качестве альтернативы компьютерным системам управления могут потребоваться полевые МОП-транзисторы с более низким, чем обычно, напряжением включения затвора для простого взаимодействия с логическими системами 5 В или 3,3 В. Внутри каждой из этих подгрупп будет возможность выбора дизайна выводов.Типы поверхностного монтажа, такие как D-PAK, часто являются наиболее вероятным первым выбором, но многие типы все еще доступны в корпусах TO-220, как показано на рис. 4.6.1. Чтобы сделать обоснованный выбор для любого приложения, нужно изучить ряд возможных таблиц данных, чтобы определить подходящие значения для каждого из следующих критериев.

  Максимальное напряжение стока / истока (В

  _DS )

  Обычно это один из критериев «заголовка» во многих таблицах данных. Часто заявляются некоторые высокие значения для V _DS , но важно помнить, что это значение является абсолютным максимальным напряжением, которое МОП-транзистор может выдержать между стоком и источником в выключенном состоянии.Поэтому, как правило, оно значительно выше, чем фактическое рабочее напряжение, которое вы ожидаете от выбранного MOSFET-транзистора в нормальных рабочих условиях, помните, что в приложениях с переключением мощности всегда может быть вероятность неожиданных скачков напряжения и т. Д. Поэтому следует учитывать V _DS . в качестве ориентира для долгосрочной надежности, а не рабочего напряжения. Как показывает практика, рабочее напряжение, подаваемое на сток и источник, не должно превышать 80% от максимального напряжения V _DS .

  Напряжение затвора / истока (В

  _GS )

  Напряжение, приложенное между затвором и истоком силового полевого МОП-транзистора, чтобы вызвать проводимость между истоком и стоком, имеет два соответствующих значения, во-первых, V _{GS (th)} , также называемое пороговым напряжением затвора. Это напряжение, приложенное к затвору, которое вызывает протекание тока 250 мкА между стоком и источником. Это не предназначено для указания минимального напряжения включения, но это уровень напряжения, на котором затвор должен оставаться на ниже , пока полевой МОП-транзистор находится в «выключенном» состоянии.Это сводит к минимуму любые токи утечки между источником и стоком. Для включения полевого МОП-транзистора напряжение затвор / исток должно быть значительно выше, чем V _{GS (th)} , но ниже максимально допустимого значения для V _GS . Это максимальное значение может быть в диапазоне нескольких вольт, например ± 20 В и обычно указывается в технических характеристиках любого конкретного полевого МОП-транзистора. В полевых МОП-транзисторах, классифицированных как «логический уровень», напряжение затвор / исток будет + 5 В или меньше, но в полевых МОП-транзисторах без этого обозначения V _GS будет выше.Идеальное значение, выбранное для конкретного МОП-транзистора, приведет к тому, что сопротивление истока / истока (R _{DS на} ) упадет до значения, которое генерирует минимальное количество потраченного впустую тепла в МОП-транзисторе, пока он проводит.

  Сопротивление слива / истока (R

  _{DS на} )

  R _{DS на} является одной из основных характеристик полевых МОП-транзисторов и имеет решающее значение при проектировании схем переключения с использованием силовых полевых МОП-транзисторов. Чем больше значение R _{DS на} , тем больше тепла будет генерироваться для данного значения тока стока / источника, поэтому чем ниже значение R _{DS на} , тем лучше.Значение R _{DS на} также в некоторой степени зависит от напряжения затвора / источника (V _GS ), поэтому производители часто указывают несколько значений R _{DS на} для различных условий эксплуатации. Выбор подходящего значения R _{DS на} является отправной точкой при расчете безопасных условий эксплуатации при разработке схемы переключателя силового MOSFET. На его значение сильно влияет напряжение затвор-исток (V _GS ), в гораздо меньшей степени — ток стока, но он тесно связан с температурой, генерируемой в полевом МОП-транзисторе.

  Максимальный ток утечки (I

  _D )

  Производители обычно указывают максимальный ток стока в качестве одной из своих основных характеристик, но важно помнить, что максимальное значение заголовка обычно не является практическим значением, а является максимальным током при идеальных решениях для охлаждения с идеальными тепловыми свойствами и полевым МОП-транзистором на грани термический пробой. Более практичным значением для I _D будет значение, связанное с расчетными условиями эксплуатации, при которых температура полевого МОП-транзистора (с радиатором или без него) будет ниже максимальной рабочей температуры, которая обычно составляет от 150 ° C до 175 ° C. ° C.Примеры типовых расчетов приведены ниже.

  Тепловое сопротивление (R

  _{th JC} )

  Эта характеристика описывает тепловое сопротивление в градусах Цельсия (° C) или градусах Кельвина (° K) на ватт мощности, рассеиваемой между переходом транзистора и корпусом транзистора; например, 1,6 ° K / Вт описывает, насколько температура перехода полевого МОП-транзистора (в градусах Кельвина) повысится на каждый ватт рассеиваемой мощности. В зависимости от типа устройства (транзистор, полевой МОП-транзистор, интегральная схема и т. Д.) Могут использоваться различные меры теплового сопротивления.), чтобы описать, насколько эффективно тепло, генерируемое в PN-переходе, передается между переходом и корпусом (нижний индекс JC), между переходом и воздухом, окружающим устройство (нижний индекс JA), или, если используется радиатор, другой ° Значения K / W для каждого участка пути, по которому рассеивается тепло, могут быть добавлены для измерения эффективности охлаждения; подробнее о радиаторах можно узнать здесь. Во многих современных схемах, в которых могут использоваться полевые МОП-транзисторы для поверхностного монтажа, могут использоваться разные цифры для R _{th JC} в зависимости от способа установки полевого МОП-транзистора, например, на участке медной печати на печатной плате или на стандартном размере. специально разработанной печатной платы (например,г. однослойная 40-миллиметровая квадратная печатная плата из огнестойкого материала (FR-4), установленная вертикально в неподвижном воздухе).

  Типовые расчеты для использования полевого МОП-транзистора

  При рассмотрении использования полевого МОП-транзистора в качестве переключателя количество тепла, выделяемого на его PN-переходах, является важным фактором, влияющим на работу схемы, и может ли чрезмерная температура повлиять на ее надежность. Пример того, как такие расчеты могут использоваться при проектировании схемы, приведен ниже, где полевой МОП-транзистор IRFZ44N от International Rectifier (теперь Infineon) используется в качестве переключателя для управления лампой автомобильной фары 12 В 36 Вт от логического ШИМ-сигнала 5 В между пиковыми значениями.Хотя полевой МОП-транзистор в этом примере не подходит для управления непосредственно от входа логического уровня, выходная цепь 12 В 3 А полностью изолирована от логического входа через оптоизолятор 4N25, который не только защищает входную цепь, но также обеспечивает квадрат 9 В между пиками. волны, достаточной для управления затвором полевого МОП-транзистора.

  Схема, обеспечивающая выход логического уровня для управления 4N25, в этом случае может быть Arduino, выполняющим простую программу широтно-импульсной модуляции, которая постоянно изменяет яркость лампы, или схемой широтно-импульсного модулятора, основанной на дискретных компонентах, включая таймер 555.Схема, показанная на рис. 4.6.2, легко управляет резистивной нагрузкой 3А без чрезмерного нагрева.

  Схема могла бы управлять более высокими токовыми нагрузками с добавлением радиатора или без него, но поскольку 12 В при 3 А также являются пределом моего настольного источника питания, дальнейшее исследование было невозможно.

  Схема управления силовым полевым МОП-транзистором требует ряда выборов и расчетов. MOSFET, выбранный для управления яркостью лампы накаливания 12 В постоянного тока, основан на следующих критериях:

  1.Максимальное напряжение V _DS полевого МОП-транзистора должно быть выше 12 В с запасом, чтобы учесть любые изменения напряжения питания, поэтому МОП-транзистор с максимальным напряжением постоянного тока 55 В кажется разумным.

  2. Низкое значение R _{DS на} важно для предотвращения чрезмерного нагрева полевого МОП-транзистора.

  3. Поскольку полевой МОП-транзистор должен управляться от логической схемы через оптоизолятор 4N25, логическая совместимость не требуется. Однако, если изоляция не является приоритетом, можно использовать аналогично заданный полевой МОП-транзистор, но он должен быть совместим с приводом логического уровня.

  4. Корпус должен быть доступен как монтаж в сквозное отверстие ТО-220, так как прототип будет построен на стрип-плате.

  Исходя из этих основных критериев, был выбран IRFZ44N. Следующая задача — проверить, подходит ли выбранный MOSFET для работы. Для этого требуются некоторые расчеты, основанные на информации, полученной из паспорта производителя.

  Из техпаспорта IRFZ44N:

  R _{DS на} (для V _GS = 10 В) = 17.5 мОм

  Понижен на 20% = 21 мОм

  Рассеиваемая мощность = I ² R

  Ток лампы (во включенном состоянии) = 3 А (напряжение питания = 12 В, номинальная мощность лампы = 36 Вт)

  Мощность, рассеиваемая на полевом МОП-транзисторе = I ² x R _{DS на} = 3 ² x 21 мОм = 189 мВт

  Тепловое сопротивление (переход к корпусу) полевого МОП-транзистора без радиатора (R _{TH JC} ) = 1,5 ° C на ватт

  Следовательно, расчетная температура перехода при температуре окружающей среды (T _A ) = 25 ° = (1. 5 x R _{TH JC} ) + T _A

  = (1,5 x 189 E ^-3 ) +25 = 25,28 ° C

  Таким образом, поскольку максимальная безопасная рабочая температура для IRFZ44N составляет 175 ° C (или ° K), а прогнозируемое повышение температуры перехода составляет всего 0,28 ° C (от 25 ° C до 25,28 ° C), полевой МОП-транзистор может безопасно работать без радиатора. . Однако эти расчеты основаны только на МОП-транзисторе и не полностью учитывают влияние внешних компонентов и то, как они взаимодействуют с МОП-транзистором.Рабочие примеры этого процесса проектирования и того, как его можно применить к практическим схемам переключения, описаны в Модуле 4.6 «Переключатели MOSFET».

  силовых полевых МОП-транзисторов | Журнал Nuts & Volts

  ---

  ЧАСТЬ 1: ТЕОРИЯ

  Полевые МОП-транзисторы

  Power MOSFET (металл-оксидные полупроводниковые полевые транзисторы) обладают множеством приятных особенностей, которые, кажется, упускаются из виду. В следующих двух выпусках мы рассмотрим эти полезные устройства и покажем, как их можно использовать для создания: 1) простого бестрансформаторного удвоителя напряжения, который может обеспечивать ток в амперах; и 2) источник постоянного тока на 20 А.Базовая стоимость запчастей составит около 15 долларов на каждый проект.

  Основные сведения о силовых полевых МОП-транзисторах

  Полевые МОП-транзисторы

  (HEXFET — это торговая марка International Rectifier для их продуктов) обычно используются в приложениях для переключения мощности и классифицируются как транзисторы. У них есть три вывода, как у транзисторов, но они представляют собой устройства с подачей напряжения и токовым выводом. Это потому, что ворота полностью изолированы от остальной части устройства. Никакой значительный постоянный ток не может течь от затвора ни к истоку, ни к стоку.Вместо этого заряд затвора влияет на проводимость между стоком и истоком. Это похоже на то, что заряд одной пластины конденсатора воздействует на другую пластину. Обычно примерно восемь вольт полностью включат устройство. Во включенном состоянии деталь демонстрирует низкое сопротивление без какого-либо нелинейного прямого падения напряжения, как это наблюдается в биполярных транзисторах. Современные полевые МОП-транзисторы могут иметь сопротивление менее 10 миллиом.

  Небольшая математика показывает, что это устройство может выдерживать 10 ампер с преобразованием одного ватта в отходящее тепло (мощность = ток2 x сопротивление).Поскольку многие полевые МОП-транзисторы поставляются в корпусах TO-220, в данном случае радиатор не требуется. Итак, если напряжение составляет 100 вольт при 10 ампер, тогда 1000 ватт мощности переключаются с потерей только одного ватта. Это 99,9% энергоэффективности. IRFB-4410 имеет эти характеристики и стоит около 4,50 долларов США. Это довольно дорого для силового MOSFET.

  Сопротивление в выключенном состоянии настолько велико, что обычно не указывается в даташите. Вместо этого они обычно определяют напряжение пробоя, когда через деталь протекает ток 250 мА. Для большинства практических целей силовой полевой МОП-транзистор можно рассматривать как переключатель: он либо включен, либо выключен. (В следующий раз мы рассмотрим линейные приложения / приложения без переключения.)

  Однако ключевым моментом является то, что требуется некоторое время, чтобы перейти от очень высокого сопротивления к очень низкому сопротивлению. Это время переключения определяет эффективность системы и вскоре будет рассмотрено более подробно.

  MOSFET

  бывают двух видов: P-канальный и N-канальный. Однако из-за задействованной физики типы P-канала не могут соответствовать низкому сопротивлению типа N-канала.По этой причине доступно гораздо больше N-канальных деталей по более низкой цене. В большинстве проектов будет использоваться N-канальное устройство, даже если это потребует дополнительных усилий. Части P-канала можно увидеть нечасто, за исключением специальных приложений.

  В отличие от биполярных транзисторов, полевые МОП-транзисторы имеют положительный температурный коэффициент. Это означает, что их сопротивление возрастает с повышением температуры. Это может быть чрезвычайно полезно. По мере того, как они нагреваются, они больше препятствуют прохождению тока, что способствует стабилизации системы. Биполярные транзисторы пропускают больший ток по мере их нагрева.Этот увеличенный ток нагревает их больше, так что они пропускают больше тока, что еще больше увеличивает их тепло и так далее, и так далее. Это также называется тепловым разгоном. Когда это происходит, транзистор обычно теряется — возможно, вместе с дополнительным повреждением на выходе.

  Положительный температурный коэффициент означает, что параллельное соединение идентичных полевых МОП-транзисторов для получения дополнительной мощности относительно просто. Если одно устройство становится слишком горячим, его повышенное сопротивление автоматически подталкивает избыточный ток к другим частям.Фактически, именно так и делаются силовые полевые МОП-транзисторы. Сотни или даже тысячи крошечных полевых МОП-транзисторов, соединенных параллельно, образуют устройство высокой мощности.

  Использование полевых МОП-транзисторов

  Во-первых, то, что они являются продуктами питания, не означает, что они невосприимчивы к статическому электричеству. В частности, затвор изолирован от истока и стока невероятно тонким слоем изолирующего оксида. Если этот слой пронизан электростатическим разрядом (ESD), это может серьезно повлиять на работу детали.Скачки напряжения выше номинального напряжения затвора — из-за плохой компоновки платы или схемы — также следует избегать по той же причине.

  Ключевой концепцией использования полевых МОП-транзисторов является то, что напряжение на затворе регулирует сопротивление между истоком и стоком. Для работы на постоянном токе реальный ток не требуется. Это видно на Рисунок 1 .

  РИСУНОК 1. Для включения и выключения полевого МОП-транзистора практически ничего не требуется. Здесь диоды с обратным смещением работают с током около 10 нА.Вольтметр показывает ноль, когда полевой МОП-транзистор включен / проводит ток.

  ---

  Здесь для подачи напряжения затвора используются диоды с обратным смещением. В этом случае ток через обратносмещенный 1N4148 оценивается примерно в 10 наноампер. Итак, вы можете видеть, что включение или выключение силового MOSFET не занимает много времени. Если вы на самом деле попробуете Рисунок 2 , вы увидите, что для перехода от выключенного состояния к включенному и наоборот требуется несколько секунд. Это может занять гораздо больше времени, если деталь долгое время находилась в одном состоянии.Обратите внимание, что измеритель показывает ноль вольт, когда часть находится в проводящем состоянии или «включено».

  РИСУНОК 2. Привод нижней стороны (рис. 2A, слева ) по сравнению с приводом верхней стороны (, рис. 2B, справа ) определяется тем, к какой шине источника питания подключен полевой МОП-транзистор.

  ---

  Причина, по которой для переключения требуется время, заключается в том, что все эти параллельные и изолированные вентили действуют как пластина конденсатора. Вероятно, наиболее важной характеристикой затвора является его емкость.Для IRF540, показанного на рис. 1 (который стоит около 0,75 доллара США), сопротивление во включенном состоянии составляет 0,077 Ом, а емкость затвора составляет 1500 пФ. Как правило, чем ниже сопротивление во включенном состоянии, тем больше входная емкость. В этом есть смысл. Чтобы получить более низкое сопротивление, вам необходимо подключить несколько крошечных устройств параллельно. Это означает больше ворот и большую площадь ворот. Эта увеличенная площадь поверхности затвора приводит к большей емкости.

  Это подводит нас к основной практической проблеме использования силовых полевых МОП-транзисторов.Чтобы включить или выключить устройство, вам необходимо быстро зарядить и разрядить затвор / конденсатор. Если вы этого не сделаете, он будет проводить значительное время в линейной области и рассеивать большое количество тепла. Следовательно, для быстрого включения и выключения необходимо обеспечить цепь с очень низким сопротивлением. Это связано с тем, что затвор / конденсатор и сопротивление привода объединяются, чтобы создать RC-цепь.

  Эта RC-сеть определяет, насколько быстро деталь может изменить состояние. Это подводит нас к извращенным характеристикам возбуждения полевого МОП-транзистора.Хотя для включения и выключения устройства практически не требуется постоянного тока, для быстрой зарядки и разрядки затвора требуется значительный импульсный ток. Для очень быстрого переключения часто требуются сотни миллиампер или более. Сами полевые МОП-транзисторы могут переключаться очень быстро — часто за 20 нс. Для этого требуется мощный удар по воротам.

  Прочие соображения

  Прежде чем перейти к деталям привода, важно упомянуть еще несколько моментов. Силовые полевые МОП-транзисторы часто используются в системах управления двигателями.Они могут идеально подойти для этого. Однако совершенно необходимо помнить и проектировать индуктивную отдачу. При высоком напряжении и токе эти всплески могут быть разрушительными для вашей цепи. Они слишком сложны, чтобы описывать их здесь, поэтому обратитесь за инструкциями к примечаниям производителя по применению. Это то, что они подробно изучили.

  Затем есть точка отвода тепла. Использование этих деталей на высокой мощности, безусловно, может привести к выработке большого количества ватт энергии. Многие детали рассчитаны на рассеяние мощности до 150 Вт.Опять же, обсуждение терморегулирования слишком сложно. См. Техническое описание и указания производителя по применению.

  Перегрузка ворот может значительно сократить ожидаемый срок службы детали. Например, таблица данных IR показывает, что 99% типичных деталей IRF540 прослужат около 100000000000 часов (11,4 миллиона лет) с приводом затвора на восемь вольт (при температуре 150 градусов по Фаренгейту). Привод ворот с напряжением 20 вольт сокращает время до 1000000 часов (114 лет).

  Требуемая скорость привода зависит от области применения.Если вы просто включаете и выключаете нагрузку каждую секунду или около того, не имеет особого значения, переключается ли MOSFET через 50 нс или 50 мс. Количество выделяемого тепла (и потери энергии) во время перехода в любом случае составляет крошечную долю. Однако, если вы переключаетесь на частоте 100 кГц, время перехода 50 мс просто не сработает. Даже время перехода в 1 мс на частоте 100 кГц означает, что полевой МОП-транзистор находится в линейной области 10% от общего времени. Это вызовет выделение значительного количества тепла и одновременное снижение эффективности.Высокая скорость переключения, особенно в источниках питания, важна, поскольку позволяет использовать конденсаторы и катушки индуктивности меньшей емкости. Это экономит деньги, место и вес.

  Низкое движение

  Самая простая и распространенная схема называется «управление нижним порогом» (см. , рис. 2A, ). ( Обратите внимание, мы в основном ограничимся обсуждением N-канальных устройств для краткости и простоты. ) В этом случае MOSFET подключается непосредственно к земле. Привод высокого напряжения (, рис. 2B, ) помещает нагрузку на землю, и полевой МОП-транзистор подключается к источнику питания. Чтобы включить полевой МОП-транзистор нижнего уровня, все, что вам нужно сделать, это поднять затвор примерно на восемь вольт над землей. Заземление ворот отключает их.

  Можно использовать пятивольтовые сигналы логического уровня TTL (также известные как микропроцессор) для непосредственного управления полевым МОП-транзистором. Однако это не включит устройство полностью. Тем не менее, зачастую этого достаточно. Для IRF540 привод затвора на пять вольт позволяет переключать примерно 10 ампер (обычно) вместо указанных 28 ампер. Итак, если вашему приложению не требуется полная мощность детали, сигналы TTL могут работать.Вы всегда можете использовать часть с «открытым коллектором», которая позволяет поднять логический выход выше пяти вольт. Кроме того, существуют специальные полевые МОП-транзисторы, которые предназначены для работы с пятивольтовым затвором. Естественно, они более дорогие, но они могут иметь смысл, учитывая дополнительные расходы и сложность разработки схемы управления затвором с более высоким напряжением. Обычно они идентифицируются как устройства «логического уровня».

  Логика

  CMOS имеет то преимущество, что она может без проблем работать от восьми вольт и более.Однако они ужасны, когда дело доходит до управляющего тока — даже с параллельными выходами. Обычно они выдают всего несколько мА на один выход. Таким образом, сложно управлять затвором MOSFET на высокой скорости. Однако многим приложениям не требуется высокоскоростное переключение.

  Таймер 555 неплохо работает как драйвер. Обязательно используйте биполярную деталь (NE555), а не деталь CMOS (xxC555) (см. Фото 1 и 2 ).

  ФОТО 1. Биполярный таймер 555 (Texas Instruments NE555) включает и выключает полевой МОП-транзистор примерно за 50 нс.

  ФОТО 2. Таймеру CMOS 555 (Texas Instruments TLC555) требуется около 800 нс для включения полевого МОП-транзистора, что примерно в 16 раз дольше, чем у биполярной версии. Время выключения около 50 нс.

  ---

  Также можно использовать множество схем на дискретных транзисторах. Это могут быть одинарные транзисторные драйверы, как показано на рис. 3 .

  РИСУНОК 3. Типичный драйвер нижнего уровня. Время включения определяется подтягивающим резистором.Время выключения довольно быстрое.

  ---

  Недостатком этой конструкции является то, что подтягивающий резистор ограничивает ток, поэтому скорость включения ниже скорости выключения. Конструкция тотемного столба ( Рисунок 4 ) может быть очень эффективной. Вы также можете использовать конструкцию NPN / PNP, чтобы исключить необходимость в инверторе.

  РИСУНОК 4. Тотемный привод обеспечивает быстрое и симметричное время включения и выключения. Конструкция PNP / NPN может устранить необходимость в инверторе.

  ---

  Наконец, существуют специальные микросхемы, обычно называемые «драйверы затвора нижнего плеча», которые обеспечивают высокий ток для очень быстрого переключения. Если вы чувствуете потребность в скорости, вероятно, это лучший вариант. Они стоят доллар или около того, но устраняют практические проблемы проектирования и тестирования схем. Естественно, есть драйверы затвора верхней стороны, драйверы затвора полумоста и драйверы затвора полного моста. Таблица 1 содержит сводку типичных скоростей привода, измеренных при нагрузке, а не на воротах.(Обратите внимание, что измерение драйвера затвора в 175 нс является подозрительно медленным. Возможно, это произошло из-за моего простого тестового стенда. Измерения схемы удвоителя напряжения показали симметричную скорость переключения 50 нс. Он рассчитан на 15 нс / 1000 пФ.)

  ТАБЛИЦА 1. Сводная информация о приводе нижней стороны (время измеряется при нагрузке).

  Контур	Время выключения	Время включения	Комментарии (10 В D-S с нагрузкой 100 мА)
  TTL ‘LS04	500 нСм	100,000 нСм	Не могу ехать полностью. Доступны части логического уровня.
  TTL / подтяжка	200 нСм	3000 нСм	Скорость ограничена подтягивающим резистором 1K. (74145)
  КМОП	8000 нСм	1,000 нСм	Очень медленно, но включается полностью. Легкий. (CD4069)
  КМОП x 6	2,000 нСм	400 нСм	Лучше, чем указано выше, но все же медленнее. (CD4069)
  NE555	175 нСм	60 нСм	Биполярный режим — хороший, CMOS — плохой.( Фото 1 и 2 )
  Сдержанный	400 нСм	2,500 нСм	Скорость ограничена подтягивающим резистором 1 кОм. ( Рисунок 4 )
  Тотемный столб	175 нСм	150 нС	Очень хорошо. ( Рисунок 5 )
  Драйвер	175 нСм	50 нСм	Лучшая скорость (см. Текст). (LM5109B)

  Вождение с высокой стороны

  Управление высокой стороной N-канальной части может быть сложной задачей (см. Рисунок 2 ).Для включения затвор должен быть примерно на восемь вольт выше напряжения источника. Однако из-за очень низкого сопротивления во включенном состоянии между стоком и истоком очень мало падения напряжения. Таким образом, напряжение на выводе истока часто очень близко к VCC. Итак, для включения устройства вам может потребоваться напряжение на затворе выше VCC.

  Есть несколько способов обойти эту проблему. Первый — построить умножитель напряжения. Очевидно, это не изящное решение. Компонент с P-каналом может быть здесь простым решением, несмотря на более высокую стоимость и более низкую производительность. Рисунок 5 показывает типичное подключение. Обратите внимание, что источник подключен к положительному напряжению. В этой конфигурации устройство P-канала будет включаться с напряжением затвора на восемь вольт ниже истока. Таким образом, если VCC / источник составляет 10 вольт, деталь начнет проводить, когда затвор упадет примерно до семи вольт, и будет полностью включен при двух вольтах, или на восемь вольт ниже напряжения источника.

  РИСУНОК 5. Устройство с P-каналом может быть довольно легко использовано в конфигурации верхнего плеча.Деталь полностью включается, когда напряжение затвора примерно на восемь вольт ниже истока. Обратите внимание, что источник подключен к положительной шине питания.

  ---

  Если вы постоянно включаете и выключаете нагрузку менее чем за секунду или около того, есть другой подход, который можно использовать с N-канальными компонентами. Это называется начальной загрузкой и показано на рис. 6 .

  РИСУНОК 6. Эта конструкция начальной загрузки увеличивает напряжение затвора, но очень медленно… время включения около 30 мс. Повышение напряжения определяется соотношением R1 и R2. R1 имеет тенденцию понижать любое напряжение затвора до пяти вольт.

  ---

  Это модифицированная схема, описанная в Руководстве по приложениям Siliconix MOSPOWER. Концептуальный дизайн схемы тонкий, но довольно простой. Когда транзистор включен, на затворе полевого МОП-транзистора устанавливается низкий уровень, и конденсатор заряжается до VCC (10 вольт) через изолирующий диод. Когда транзистор выключен, напряжение затвора увеличивается до VCC из-за заряженного конденсатора (в основном через R2 и R3).Поскольку полевой МОП-транзистор выключен, напряжение на выводе истока понижается через нагрузку. Это означает, что напряжение затвора намного выше напряжения на выводе истока, и полевой МОП-транзистор начнет проводить. Когда это происходит, конденсатор действует как источник напряжения последовательно с выводом истока. Таким образом, любое напряжение на выводе истока добавляется через конденсатор к затвору. (Отрицательная сторона конденсатора подталкивается возрастающим напряжением на выводах истока, которое подталкивает положительную сторону на равную величину. ) Фактически, часть подтягивает напряжение затвора вверх за счет собственных загрузочных ремней.

  Естественно, теория и практика разные. Конденсатор должен быть как минимум в 10 раз больше емкости затвора. В большинстве случаев подойдет 0,1 мкФ. Диод любого типа с соответствующим номинальным напряжением. Резисторы R1 и R2 — сложные компоненты.

  Подтягивающий резистор (R1) определяет, насколько велико увеличение напряжения. Это потому, что он подключает привод затвора к источнику питания пять вольт. Любое напряжение выше пяти вольт будет понижено до пяти вольт через этот резистор.Учтите, что этот резистор не всегда может быть виден. Например, таймер 555 (подключенный к R2-R3) может подавать 100 мА для эквивалентного сопротивления подтягивания около 50 Ом (при пяти вольт). Очевидно, резистор 10 кОм превышает пять вольт на любую значительную величину.

  Как показано на рис. 6 , значение 10K для R2 подает только 10 вольт (относительно земли) на затвор, чего недостаточно, если источник также находится на 10 вольт. Если R2 увеличить до 100 кОм, на затвор будет подано более 17 вольт, что, вероятно, нормально для большинства приложений с IRF540.Обратите внимание, что время включения также контролируется R2 (время выключения контролируется R3). Зарядка затвора 1500 пФ через 100K занимает около 30 мс для включения устройства (измерено). Итак, вы выбираете компромисс между скоростью и напряжением. Общее практическое правило состоит в том, что R2 должно быть примерно 1/10 эквивалентного подтягивающего резистора R1.

  Резистор R3 регулирует время выключения и включен в основном для полноты картины. Часто показан последовательный резистор затвора. Это не обязательно. Как показано, время выключения составляет около 2 мс.Если R3 заменить проводом, время выключения упадет примерно до 500 нс.

  Эти проблемы можно устранить, используя схему транзистора с открытым коллектором, которая показана на , рис. 7, .

  РИСУНОК 7. Использование конструкции с открытым коллектором исключает подтягивающий резистор и резистор затвора. Скорость переключения намного выше, чем на рисунке 6. Время включения составляет около 4 мс.

  ---

  В этом случае нет подключения к источнику питания на пять вольт, поэтому нет проблем с понижением напряжения.Это исключает R1 и позволяет использовать резистор гораздо меньшего размера для R2. Этот резистор теперь выбран для ограничения тока в транзисторе до безопасного уровня (100 мА, как показано). Резистор R3 тоже можно исключить. Эта схема обеспечивает около 18 вольт на затвор, а время переключения составляет около 4 мс для включения и 500 нс для выключения.

  Однако, если вы хотите использовать высокочастотную N-канальную часть, вам действительно стоит подумать об использовании микросхемы драйвера. LM5109B стоит всего около 1,60 доллара и управляет полевым МОП-транзистором верхнего и нижнего уровня в полумостовой конфигурации.Он рассчитан на 90 В (на полевой МОП-транзистор) и может включать и выключать их за 15 нс с емкостью затвора 1000 пФ. Учитывая время и усилия, потраченные на создание собственного высокочастотного динамика, это неплохая сделка. Также доступно множество других деталей.

  Заключение

  На этот раз мы посмотрели на силовые полевые МОП-транзисторы и обнаружили, что они обладают некоторыми очень полезными атрибутами. Они дешевы и мощны, и их довольно легко реализовать. Естественно, помимо теории есть и практические соображения.

  В следующий раз построим два проекта. Первый — это бестрансформаторный высоковольтный удвоитель напряжения, использующий полную мостовую схему, которая имеет много других полезных применений (например, управление двигателем). Второй — это линейный источник питания с постоянным током, способный обеспечить 20 ампер и более. NV

  ---

  .