Защита от кз блока питания на полевом транзисторе: Защита блока питания от короткого замыкания | Своими мозгами

Содержание

Защита блока питания от короткого замыкания | Своими мозгами

Всех приветствую на моём Дзене! Сидел пересматривал свои старые записи и вот наткнулся на одну схемку из журнала «Радио» И. Нечаева . Совсем недавно я опубликовал статью о сборке блока питания. Зачастую радиолюбители используют блоки питания состоящие из пони­жающего трансформатора и выпрямителя с конденсато­ром. И, конечно, в таких блоках нет никакой защиты от короткого замыка­ния (КЗ) в нагрузке, хотя оно подчас приводит к выходу из строя выпрямителя и даже трансформатора. Применять в таких блоках питании в качестве элемента защиты плавкий предохранитель не всегда удобно, да и, кроме того, быстродействие у него невысокое. Как же быть?

Один из вариантов решения проблемы защиты от КЗ — включении последовательно с нагрузкой полевого транзи­стора средней мощности с встроенным каналом. Дело в том, что на вольт-амперной характеристике такого тран­зистора есть участок, на кото­ром ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор работает как стабилизатор (ограничи­тель) тока.

Схема подключения транзи­стора к блоку питания приведе­на на рисунке

А здесь приведены вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлении резистора R1

Работает защита так. Если сопротивление резистора рав­но нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка по­требляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не пре­вышает 1,5 В, и практически на нагрузке будет все выпрям­ленное напряжение. При по­явлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при от­сутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток от короткого замыкания на уров­не 0.45…0.5 А, независимо от падения напряжения на нём. В этом случае выходное напря­жение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощ­ность, потребляемая от источ­ника питания, увеличится а дан­ном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится нл «здоровье» дета­лей блока питания.

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличени­ем сопротивления резистора R1. Нужно выбирав такой резистор, чтобы ток короткого замыкания, был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.

Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим КС-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра

Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное на­пряжение, его можно исполь­зовать для световой или звуко­вой сигнализации. Тут, к при­меру, схема включения световой сигнализации. Когда с нагрузкой все п порядке, горит светодиод НL2 зеленого цвета. При этом, падения напряжения на тран­зисторе недостаточно для за­жигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет и загорается HL1 красного света. Резистор R2 выбирают в за­висимости от нужного огра­ничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.

Также приведена схема подключения звуко­вого сигнализатора

Защита блока питания от КЗ

Схема защиты блока питания
  Предлагается вашему вниманию схема одного из вариантов защиты блока питания построенных на базе интегральных стабилизаторов из серии 78ХХ.
  Схема защиты работает просто, в повторении не вызовет трудностей и не содержит дефицитных деталей. За основу взят обычный триггер на двух биполярных транзисторах. При подаче питания транзистор Q2 открывается быстрее Q1 и триггер переходит в одно из двух стабильных своих состояний, это достигается благодаря конденсатору C1 включенному в цепь базы транзистора Q1. На коллекторе транзистора Q1 (он находится в запертом состоянии) появляется высокий уровень напряжения, который передаётся на базу транзистора Q3, отпирает его и следом отпирается силовой транзистор Q4 (составной, Дарлингтона). Таким образом питание начинает поступать в интегральный стабилизатор из серии 78ХХ и далее в нагрузку. При возникновении короткого замыкания в нагрузке база транзистора Q2 оказывается подключена к отрицательной шине питания через диод (Шоттки) D1, это приводит триггер во второе своё состояние, в следствие чего транзистор Q1 отпирается, на его коллекторе оказывается низкий уровень напряжения и далее запираются транзисторы Q3 и Q4, нагрузка обесточивается.
После снятия причин возникновения короткого замыкания схема возвращается в исходное рабочее состояние путём нажатия кнопки Reset. Некоторые возразят, что в интегральных стабилизаторах серии 78ХХ уже имеется встроенная защита от перегрузки, зачем эта схема? Но при коротком замыкании микросхема будет ограничивать выходной ток, нагреется и уйдёт в защиту, не факт, что у вас качественный оригинальный экземпляр будет и микросхема не сгорит, со всеми печальными последствиями. В схеме вместо указанных маломощных транзисторов можно использовать и любые другие отечественные с подходящим рабочим напряжением. Вместо транзистора Q4 можно установить КТ825 или аналогичный.

Защита устройств от неправильной подачи полярности питания / Хабр

При проектировании промышленных приборов, к которым предъявляются повышенные требования по надёжности, я не раз сталкивался с проблемой защиты устройства от неправильной полярности подключения питания. Даже опытные монтажники порой умудряются перепутать плюс с минусом. Наверно ещё более остро подобные проблемы стоят в ходе экспериментов начинающих электронщиков. В данной статье рассмотрим простейшие решения проблемы — как традиционные так и редко применяемые на практике методы защиты.


Простейшее решение, которое напрашивается с ходу — включение последовательно с прибором обычного полупроводникового диода.


Просто, дёшево и сердито, казалось бы чего ещё нужно для счастья? Однако, у такого способа есть очень серьёзный недостаток — большое напряжение падения на открытом диоде.


Вот типичная ВАХ для прямого включения диода. При токе в 2 Ампера напряжение падения составит примерно 0.85 вольт. В случае низковольтных цепей

5 вольт и ниже

это очень существенная потеря. Для более высоковольтных такое падение играет меньшую роль, но есть ещё один неприятный фактор. В цепях с высоким током потребления на диоде будет рассеиваться весьма значительная мощность. Так для случая, изображённого на верхней картинке, получим:

0. 85В х 2А = 1.7Вт.

Рассеиваемая на диоде мощность уже многовата для такого корпуса и он будет ощутимо греться!

Впрочем, если вы готовы расстаться с несколько большими деньгами, то можно применить диод Шоттки, который имеет меньшее напряжение падения.


Вот типичная ВАХ для диода Шоттки. Подсчитаем рассеиваемую мощность для этого случая.

0.55В х 2А = 1.1Вт

Уже несколько лучше. Но что же делать если ваше устройство потребляет ещё более серьёзный ток?

Иногда параллельно устройству ставят диоды в обратном включении, которые должны сгореть если перепутать напряжение питания и привести к короткому замыканию. Ваше устройство при этом скорее всего потерпит минимум повреждений, но может выйти из строя источник питания, не говоря уже о том, что сам защитный диод придётся заменить, а вместе с ним могут и дорожки на плате повредиться. Словом этот способ для экстрималов.

Однако, есть ещё один несколько более затратный, но весьма простой и лишённый перечисленных выше недостатков способ защиты — с помощью полевого транзистора. За последние 10 лет параметры этих полупроводниковых приборов резко улучшились, а цена наоборот сильно упала. Пожалуй то, что их крайне редко используют для защиты ответственных цепей от неправильной полярности подачи питания можно объяснить во многом инерцией мышления. Рассмотрим следующую схему:


При подаче питания напряжение на нагрузку проходит через защитный диод. Падение на нём достаточно велико — в нашем случае около вольта. Однако в результате между затвором и истоком транзистора образуется напряжение превышающее напряжение отсечки и транзистор открывается. Сопротивление исток-сток резко уменьшается и ток начинает течь уже не через диод, а через открытый транзистор.


Перейдём к конкретике. Например для транзистора FQP47З06 типичное сопротивление канала будет составлять 0.026 Ом! Нетрудно рассчитать что рассеиваемая при этом на транзисторе мощность для нашего случая будет всего 25 милливатт, а падение напряжение близко к нулю!

При смене полярности источника питания ток в цепи течь не будет. Из недостатков схемы можно пожалуй отметить разве то, что подобные транзисторы имеют не слишком большое пробивное напряжение между затвором и истоком, но слегка усложнив схему можно применить её для защиты более высоковольтных цепей.


Думаю читателям не составит труда самим разобраться как работает эта схема.

Уже после публикации статьи уважаемый пользователь Keroro в комментариях привел схему защиты на основе полевого транзистора, которая применяется в iPhone 4. Надеюсь он не будет возражать если я дополню свой пост его находкой.

Блок защиты от короткого замыкания. Защита от короткого замыкания схема

Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.1, а вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 — на рис.2. Работает защита так. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение.

При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.

Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1. Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (такой пример показан на рис. 3).
Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации.

Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации — рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.

Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.

Однопереходный транзистор может быть КТ117А- КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).


Рис. 4

Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток — исток.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Данная схема представляет собой простейший блок питания на транзисторах, оборудованный защитой от короткого замыкания (КЗ). Его схема представлена на рисунке.

Основные параметры:

  • Выходное напряжение — 0..12В;
  • Максимальный выходной ток — 400 мА.

Схема работает следующим образом. Входное напряжение сети 220В преобразуется трансформатором в 16-17В, затем выпрямляется диодами VD1-VD4. Фильтрация пульсаций выпрямленного напряжения осуществляется конденсатором С1. Далее выпрямленное напряжение поступает на стабилитрон VD6, который стабилизирует напряжение на своих выводах до 12В. Остаток напряжения гасится на резисторе R2. Далее осуществляется регулировка напряжения переменным резистором R3 до требуемого уровня в пределах 0-12В.

Затем следует усилитель тока на транзисторах VT2 и VT3, который усиливает ток до уровня 400 мА. Нагрузкой усилителя тока служит резистор R5. Конденсатор С2 дополнительно фильтрует пульсации выходного напряжения.

Защита работает так. При отсутствии КЗ на выходе напряжение на выводах VT1 близко к нулю и транзистор закрыт. Цепь R1-VD5 обеспечивает смещение на его базе на уровне 0,4-0,7 В (падение напряжения на открытом p-n переходе диода). Этого смещения достаточно для открытия транзистора при определённом уровне напряжения коллектор-эмиттер. Как только на выходе происходит короткое замыкание, напряжение коллектор-эмиттер становится отличным от нулевого и равным напряжению на выходе блока. Транзистор VT1 открывается, и сопротивление его коллекторного перехода становится близким к нулю, а, значит, и на стабилитроне. Таким образом, на усилитель тока поступает нулевое входное напряжение, через транзисторы VT2, VT3 будет протекать очень маленький ток, и они не выйдут из строя. Защита отключается сразу же при устранении КЗ.

Детали

Трансформатор может быть любой с площадью сечения сердечника 4 см 2 и более. Первичная обмотка содержит 2200 витков провода ПЭВ-0,18, вторичная — 150-170 витков провода ПЭВ-0,45. Подойдёт и готовый трансформатор кадровой развёртки от старых ламповых телевизоров серии ТВК110Л2 или подобный. Диоды VD1-VD4 могут быть Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л или любые на ток не менее 1 А и обратное напряжение не менее 55 В. Транзисторы VT1, VT2 могут быть любые низкочастотные маломощные, например, МП39-МП42. Можно использовать и кремниевые более современные транзисторы, например, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 и другие. В качестве VT3 — германиевые П213-П215 или более современные кремниевые мощные низкочастотные КТ814, КТ816, КТ818 и другие. При замене VT1 может оказаться, что защита от КЗ не работает. Тогда следует последовательно с VD5 включить ещё один диод (или два, если потребуется). Если VT1 будет кремниевый, то и диоды лучше применять кремниевые, например, КД209(А-В).

В заключение стоит заметить, что вместо указанных на схеме p-n-p транзисторов можно применять и аналогичные по параметрам транзисторы n-p-n (не вместо какого-либо из VT1-VT3, а вместо всех из них). Тогда нужно будет поменять полярности включения диодов, стабилитрона, конденсаторов, диодного моста. На выходе, соответственно, полярность напряжения будет другая.

Список радиоэлементов
Обозначение Тип Номинал Количество Примечание Магазин Мой блокнот
VT1, VT2 Биполярный транзистор

МП42Б

2 МП39-МП42, КТ361, КТ203, КТ209, КТ503, КТ3107 Поиск в Fivel В блокнот
VT3 Биполярный транзистор

П213Б

1 П213-П215, КТ814, КТ816, КТ818 Поиск в Fivel В блокнот
VD1-VD4 Диод

Д242Б

4 Д302-Д305, Д229Ж-Д229Л Поиск в Fivel В блокнот
VD5 Диод

КД226Б

1 Поиск в Fivel В блокнот
VD6 Стабилитрон

Д814Д

1

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.

В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки , которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.


Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.



Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.


И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.


Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.


В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.


Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.


В случае внедрения такой защиты в зарядное устройство автомобильного аккумулятора, стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности зарядника. В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.




Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.


При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.


Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит зарядное устройство при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.



Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.


Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Итог

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.


Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.


Прикрепленные файлы:

На создание данной статьи меня спровоцировал опыт создания блоков питания и зарядных устройств на основе простых импульсных блоков питания, которыми являются как иип на IR2153, так и переделанный различными способами под блок питания электронный трансформатор. Данные источники питания являются простыми, нестабилизированными импульсными блоками питания без каких-либо защит. Не смотря на данные недостатки, такие источники питания довольно просты в изготовлении,не требуют сложной настройки, времени на создание такого блока питания требуется меньше чем на полный ШИМ БП с узлами стабилизации и защиты.

Обьединив такой блок питания и простейший ШИМ- регулятор на NE555, получам регулируемый блок питания как для экспирементов, так и для зарядки АКБ. Радости нашей нет предела до того момента, пока данный девайс не попробовать на искру, или по ошибке, размышляя над созданием очередного аппарата перепутать полярность заряжаемого АКБ. Окрикивая громким хлопком и орошая едким дымом помещение,в котором произошол данный конфуз, изобретение сообщает нам, что простой импульсный блок питания, который собран по упрощённо-ознакомительной схеме не может быть надёжным.

Тут пришла мысль о том, чтобы найти не просто ввести тот или инной узел защиты в конкретный экземпляр блока питания, а найти или создать универсальную быстродействующую схему, которую можно внедрять в любой вторичный источник питания.

Требования к узлу защиты:

Минмиум деталей

Плата защиты должна занимать мало места

Работоспособной при больших токах нагрузки

Отсутствие реле

Высокая скорость срабатывания

Одним из заинтересовавших вариантов была такая схема, найденная в интерете:

При замыкании выхода данной схемы, разряжается ёмкость затвора VT1 через диод VD1, что приводит к закрытию VT1 и ток через транзистор не протекает, блок питания остаётся целым и невредимым. Но что же произойдёт если на выход данной схемы подключить нагрузку, в 300вт, когда наш иип может выдать всего 200вт? Не смотря на то что у нас присутствует схема защиты, замученный блок питания снова взрывается.

Недостатки данной схемы:

1. Необходимо точно подбирать сопротивление шунта, чтобы максимально допустимый ток блока питания создал такое падение напряжения на выбранном шунте, при котором VT2, открываясь полностью закроет VT1.

2. В данной схеме может наступить момент, когда ток проходящий через шунт, приоткроет VT2, вследствии чего VT1 начнёт закрываться и останется в таком состоянии, что будет недозакрыт, а учитывая что через VT1 протекает немалый ток, то данный линейный режим вызовет его сильный перегрев, врезультате которого VT1 будет пробит.

В блоке питания на IR2153 однажды применял триггерную защиту, остался доволен её работой. Прицепим к схеме триггерной защёлки на комплиментарной паре транзисторов шунт в качестве датчика тока и n-канальный транзистор в роли ключевого элемента получаем такую схему:


После подачи питания на схему, транзистор Q3, через светодиод и R4 открывается, стабилитрон D3 ограничивает напряжение на затворе полевого транзистора. D4 защищает Q3 от выбросов высокого напряжения, при подключении индуктивной нагрузки (электродвигатель). На паре транзисторов Q1, Q2 собран аналог тиристора. Ток, протекающий через шунт R1, вызывает падение напряжения, которое с движка переменного резистора R10, и цепочку R2, С2, поступает на базу транзистора Q2. Величину напряжения с шунта, которое пропорционально току, протекающему через этот шунт можно регулировать прерменным резистором R10. В момент, когда напряжение на базе Q2 станет больше 0.5-0.7в транзистор Q2 начнёт открываться, тем самым открывая Q1, в свою очередь транзистор Q1открываясь, будет открывать Q2. Данный процесс происходит очень быстро, за доли секунды транзисторы откроют друг друга и останутся в таком устойчивом состоянии. Через открытый аналог тиристора затвро Q3, а также резистор R4 окажутся подключены к общему проводнику схемы, что приведёт к закрытию Q3 и свечение светодиода D1 сообщит о том что сработала защита. Снять защиту можно как отключив кратковременно питание, так и кратковременным нажатием на кнопку S1.

Универсальная схема защиты была создана и проверена в работе, шунт R1 был составлен из двух резисторов 0.22 Ом 5Вт. Остался последний шаг — вводим в нвшу схему защиту от переполюсовки клемм АКБ.

Схема с защитой от переполюсовки:


Наша схема дополнилась диодом D2, резисторами R6, R5. Кнопка S1 была убрана из схемы по причине того, что при срабатывании защиты она не выводила схему из защиты, после доработки.

Токовая защита осталась без изменений, снять защиту можно отключив питание на 2-3 секунды. При подключении к выходу схемы АКБ, перепутав полярность, напряжение с АКБ через диод D2, резистор R6 поступает на базу Q2, срабатывает защита Q3 закрывается, светодиод D1 сигнализирует о срабатывании защиты.

На этой волне я заканчиваю поиски защиты для своих простых иип. Работой своих схем доволен, надеюсь они пригодятся и вам.

Приятных вам экспирементов!

ID: 2237

Как вам эта статья?

Практически каждый начинающий радиолюбитель стремится вначале своего творчества сконструировать сетевой блок питания, чтобы впоследствии использовать его для питания различных экспериментальных устройств. И конечно, хотелось бы, чтобы этот блок питания «подсказывал» об опасности выхода из строя отдельных узлов при ошибках или неисправностях монтажа.

На сегодняшний день существует множество схем, в том числе и с индикацией короткого замыкания на выходе. Подобным индикатором в большинстве случаев обычно служит лампа накаливания, включенная в разрыв нагрузки. Но подобным включением мы увеличиваем входное сопротивление источника питания или, проще говоря, ограничиваем ток, что в большинстве случаев, конечно, допустимо, но совсем не желательно.

Схема, изображенная на рис.1, не только сигнализирует о коротком замыкании, абсолютно не влияя на выходное сопротивление устройства, но и автоматически отключает нагрузку при закорачивании выхода. Кроме того, светодиод HL1 напоминает, что устройство включено в сеть, a HL2 светится при перегорании плавкого предохранителя FU1, указывая на необходимость его замены.

Электрическая принципиальная схема самодельного блока питания с защитой от коротких замыканий

Рассмотрим работу самодельного блока питания . Переменное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки Т1, выпрямляется диодами VD1…VD4, собранными по мостовой схеме. Конденсатеры С1 и С2 препятствуют проникновению в сети высокочастотных помех, а оксидный конденсатор С3 сглаживает пульсации напряжения, поступающего на вход компенсационного стабилизатора, собранного на VD6, VT2, VT3 и обеспечивающего на выходе стабильное напряжение 9 В.

Напряжение стабилизации можно изменить, подбирая стабилитрон VD6, например, при КС156А оно составит 5 В, при Д814А — 6 В, при ДВ14Б — В В, при ДВ14Г -10 В, при ДВ14Д -12 В. При желании выходное напряжение можно сделать регулируемым, для этого между анодом и катодом VD6 включают переменный резистор сопротивлением 3-5 кОм, а базу VT2 подключают к движку этого резистора.

Рассмотрим работу защитного устройстваблока питания . Узел защиты от КЗ в нагрузке состоит из германиевого п-р-п транзистора VT1, электромагнитного реле К1, резистора R3 и диода VD5. Последний в данном случае выполняет функцию стабистора, поддерживающего на базе VT1 неизменное напряжение около 0,6 — 0,7 В относительно общего.

В обычном режиме работы стабилизатора транзистор узла защиты надежно закрыт, так как напряжение на его базе относительно эмиттера отрицательное. При возникновении короткого замыкания эмиттер VT1, как и эмиттер регулирующего VT3, оказывается соединенным с общим минусовым проводом выпрямителя.

Другими словами, напряжение на его базе относительно эмиттера становится положительным, вследствие чего VT1 открывается, срабатывает К1 и своими контактами отключает нагрузку, светится светодиод HL3. После устранения короткого замыкания напряжение смещения на эмиттерном переходе VT1 снова становится отрицательным и он закрывается, реле К1 обесточивается, подключая нагрузку к выходу стабилизатора.

Детали для изготовления блока питания. Электромагнитное реле любое с возможно меньшим напряжением срабатывания. В любом случае должно соблюдаться одно непременное условие: вторичная обмотка Т1 должна выдавать напряжение, равное сумме напряжений стабилизации и срабатывания реле, т. е. если напряжение стабилизации, как в данном случае 9 В, а U сраб реле 6 В, то на вторичной обмотке должно быть не менее 15 В, но и не превышать допустимое на коллекторе-эмиттере применяемого транзистора. В качестве Т1 на опытном образце автор использовал ТВК-110Л2. Печатная плата устройства изображена на рис.2.

Печатная плата блока питания

Прус С. В.

Защита источника питания от кз. Как сделать защиту от переполюсовки, от кз для блока питания своими руками

Схема подключения транзистора к блоку питания приведена на рис.1, а вольт-амперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 — на рис.2. Работает защита так. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25 А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5 В, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5 А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.

Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1. Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (такой пример показан на рис. 3).
Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации — рис. 7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.

Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
Однопереходный транзистор может быть КТ117А- КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).

Рис. 4

Остается добавить, что для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток — исток.
Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2…37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.

На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис.2 . Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе.

Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DAT и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга.

В авторском варианте DA1 ус-тановлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Резисторы R3 и R5 образуют делитель напряжения, входящий в измерительный элемент стабилизатора. На конденсатор С2 и резистор R2 (служит для подбора термостабильной точки VD1) подается стабилизированное отрицательное напряжение -5 В. В авторском варианте напряжение подается от диод-ного моста КЦ407А и стабилизатора79L05, питающихся от отдельной обмотки силового трансформатора.

Для защиты от замыкания выходной цепи стабилизатора достаточно подключить параллельно резистору R3 электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ, а резистор R5 зашунтировать диодом КД521А. Расположение деталей некритично, но для хорошей температурной стабильности необходимо применить соответствующие типы резисторов. Их надо располагать как можно дальше от источников тепла. Общая стабильность выходного напряжения складывается из многих факторов и обычно не превышает 0,25% после прогрева.

После включения и прогрева устройства минимальное выходное напряжение 0 В устанавливают резистором Rao6. Резисторы R2 (рис.2 ) и резистор Rno6 (рис.3 ) должны быть многооборотными подстроечными из серии СП5.

Возможности по току у микросхемы КР142ЕН12А ограничены 1,5 А. В настоящее время в продаже имеются микросхемы с аналогичными параметрами, но рассчитанные на больший ток в нагрузке, например LM350 — на ток 3 A, LM338 — на ток 5 А. В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1… 1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25…30 В при токе в нагрузке7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 7,5 А. При максимальном выходном токе, режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса. Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1%/В. На рис.4 показана схема БП для домашней лаборатории, позволяющая обойтись без транзисторов VT1 и VT2, показанных на рис.2.

Вместо микросхемы DA1 КР142ЕН12А применена микросхема КР142ЕН22А. Это регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения, позволяющий получить в нагрузке ток до 7,5 А. Например, входное напряжение, подаваемое на микросхему, Uin=39 В, выходное напряжение на нагрузке Uout=30 В, ток на нагрузке louf=5 А, тогда максимальная рассеиваемая микросхемой мощность на нагрузке составляет 45 Вт. Электролитический конденсатор С7 применяется для снижения выходного импеданса на высоких частотах, а также понижает уровень напряжения шумов и улучшает сглаживание пульсаций. Если этот конденсатор танталовый, то его номинальная емкость должна быть не менее 22 мкФ, если алюминиевый — не менее 150 мкФ. При необходимости емкость конденсатора С7 можно увеличить. Если электролитический конденсатор С7 расположен на расстоянии более 155 мм и соединен с БП проводом сечением менее 1 мм, тогда на плате параллельно конденсатору С7, бли-же к самой микросхеме, устанавливают дополнительный электролитический конденсатор емкостью не менее 10мкФ. Емкость конденсатора фильтра С1 можно определить приближенно, из расчета 2000 мкФ на 1 А выходного тока (при напряжении не менее 50 В). Для снижения температурного дрейфа выходного напряжения резистор R8 должен быть либо проволочный, либо металлофольгированный с погрешностью не хуже 1%. Резистор R7 того же типа, что и R8. Если стабилитрона КС113А в наличии нет, можно применить узел, показанный на рис.3. Схемное решение защиты, приведенное в , автора вполне устраивает, так как работает безотказно и проверено на практике. Можно использовать любые схемные решения защиты БП, например предложенные в . В авторском варианте при срабатывании реле К1 замыкаются контакты К 1.1, закорачивая резистор R7, и напряжение на выходе БП становится равным 0 В. Печатная плата БП и расположение элементов показаны на рис.5, внешний вид БП — на рис.6.

При наладке различной электро-радио аппаратуры бывает все идет не так как нам хотелось бы и происходит КЗ (короткое замыкание). Короткое замыкание опасно как для устройства, так и для человека, налаживающего его. Для защиты аппаратуры можно использовать устройство, схема которого представлена ниже.

Принцип работы

В качестве контролирующего элемента от короткого замыкания выступает реле Р1, оно подключено параллельно нагрузке. При подаче напряжения на вход устройства через обмотку реле протекает ток, реле подключает нагрузку, при этом лампа не горит. Во время короткого замыкания напряжение на реле резко упадет, и оно отключит нагрузку, лампа при этом загорит и просигнализирует о КЗ. Резистор R1 служит для регулировки порога срабатывания по току, его номинал рассчитывается по формуле

R1=U сети /I доп

U сети –напряжение сети, I доп –максимально допустимый ток.

Например напряжение сети 220В, ток при котором реле будет срабатывать 10А. Считаем 220 В/10 А=22 Ом.

Мощность реле рассчитывается по формуле 0,2 * I доп

Резистор R1 следует брать мощностью от 20 Вт.

На этом все. Если у Вас есть замечания или предложения по данной статье, прошу написать администратору сайта.

Список используемой литературы: В.Г. Бастанов Московский рабочий. «300 Практических советов»

Практически каждый в своей жизни сталкивался с коротким замыканием. Но чаще всего оно происходило так: вспышка, хлопок и всё. Так происходило лишь потому, что была защита от короткого замыкания.

Устройство защиты от короткого замыкания

Устройство может быть электронным, электромеханическим или простым предохранителем. Электронные устройства в основном применяются в сложных электронных приборах, и мы рассматривать в рамках этой статьи их не будем. Остановимся на предохранителях и электромеханических устройствах. Для защиты бытовой электросети сначала применялись предохранители. Мы привыкли их видеть в виде «пробок» в электрощите.

Их было несколько типов, но вся защита сводилась к тому, что внутри этой «пробки» находился тонкий медный проводок, который перегорал, когда происходило короткое замыкание. Нужно было бежать в магазин, покупать предохранитель или хранить дома, возможно, не скоро потребующийся запас предохранителей. Это было неудобно. И на свет появились автоматические выключатели, которые сначала выглядели тоже как «пробки».

Это был простейший электромеханический автоматический выключатель. Выпускались они на разные токи, но максимальным значением было 16 ампер. Вскоре потребовались более высокие значения, да и технический прогресс позволил выпускать автоматы такими, какими мы сейчас их видим в большинстве электрических щитков наших домов.

Как же нас защищает автомат?


В нем стоит два типа защиты. Один тип основан на индукции, второй на нагреве. Короткое замыкание характеризуется большим током, который протекает по короткозамкнутой цепи. Автомат устроен таким образом, что ток протекает через биметаллическую пластину и катушку индуктивности. Так вот, когда большой ток протекает через автомат, в катушке возникает сильный магнитный поток, который приводит в движение механизм расцепителя автомата. Ну а биметаллическая пластина предназначена для протекания номинального тока. Когда ток протекает по проводам, он всегда вызывает нагрев. Но мы часто этого не замечаем, потому что тепло успевает рассеяться и нам кажется, что провода не нагреваются. Биметаллическая пластина состоит из двух металлов с разными свойствами. При нагреве эти оба металла деформируются (расширяются), но поскольку один металл расширяется сильнее, чем другой, пластина начинает изгибаться. Пластина подбирается таким образом, чтобы при превышении номинального значения автомата, за счет изгиба, она приводила в действие механизм расцепителя. Таким образом, получается, что одна защита (индуктивная) работает на токи короткого замыкания, а вторая на токи, длительно протекающие по кабелю. Поскольку токи короткого замыкания носят стремительный характер и протекают в сети короткий промежуток времени, биметаллическая пластина не успевает нагреться до такой степени, чтобы деформироваться и отключить автомат.

Схема защиты от короткого замыкания

По сути, ничего сложного в этой схеме нет. В цепь устанавливается , который отключает либо фазный провод, либо сразу всю цепь. Но есть нюансы. Остановимся на них подробнее.

  1. Нельзя ставить отдельные автоматы в цепь фазы и цепь нуля. По одной простой причине. Если вдруг при коротком замыкании отключится нулевой автомат, то вся электросеть будет под напряжением, потому что фазный автомат останется включенным.
  2. Нельзя устанавливать провод меньшего сечения, чем позволяет автомат. Очень часто в квартирах со старой проводкой, чтобы увеличить мощность, ставят более мощные автоматы… Увы, это и является самой частой причиной коротких замыканий. Вот что происходит в таких случаях. Предположим, для наглядности, имеется провод, медный, сечением 1,5 кв. мм, который способен выдерживать ток до 16 А. На него ставится автомат 25А. К этой сети мы включаем нагрузку, скажем 4,5 кВт, по проводу потечет ток 20,5 ампер. Провод начнет сильно разогреваться, но автомат не отключит сеть. Как вы помните, у автомата два типа защиты. Защита от короткого замыкания еще не работает, потому что короткого замыкания нет, а защита по номинальному току сработает при значении, превышающем 25 ампер. Вот и получается, что провод сильно разогревается, начинает плавиться изоляция, но автомат не срабатывает. В конце концов, происходит пробой изоляции и появляется короткое замыкание и срабатывает, наконец-то автомат. Но что бы получаете? Линией больше пользоваться нельзя, ее необходимо заменить. Это несложно, если провода проложены открытым способом. Но если они скрыты в стене? Новый ремонт вам обеспечен.
  3. Если алюминиевой проводке более 15, а медной более 25 лет, а вы собираетесь делать ремонт – однозначно меняйте на новую проводку. Несмотря на вложения это сэкономит вам деньги. Представьте, что вы уже сделали ремонт, а в какой-нибудь распаечной коробке оказался плохой контакт? Это если говорить о медном проводе (у которого, как правило, стареет только изоляция или места соединений со временем окисляются или ослабевают, затем начинают греться, что еще быстрее приводит к разрушению скрутки). Если же говорить об алюминиевом проводе, то все еще хуже. Алюминий очень пластичный металл. При колебаниях температур сжатие и расширение провода довольно значительны. И если в проводе была микротрещинка (заводской брак, технологический брак), то со временем она увеличивается, а когда она становится довольно большой, а значит провод в этом месте тоньше, то при протекании тока этот участок начинает разогреваться и остывать, что только ускоряет процесс. Поэтому, даже если вам кажется, что с проводкой все нормально: «Ведь работала же до этого!», — лучше, все таки поменять.
  4. Распаечные коробки. Об этом есть статьи, но вкратце я здесь по ним пройдусь. НИКОГДА НЕ ДЕЛАЙТЕ СКРУТОК!!! Даже при условии, что вы хорошо их сделаете, это скрутка. Металл имеет свойство сжиматься и расширяться под воздействием температуры, и скрутка ослабевает. Старайтесь не использовать винтовые зажимы по той же причине. Винтовые зажимы можно использовать в открытой проводке. Тогда, по крайней мере, вы сможете периодически смотреть в коробки и проверять состояние проводки. Лучше всего подойдут для этой цели винтовые зажимы типа «СИЗ», или клеммные соединения типа «WAGO», для силовой проводки лучше всего подойдут винтовые зажимы типа «Орех» (у таких зажимов две пластины, которые стягиваются четырьмя винтами, посередине еще одна пластина, т.е. с помощью таких зажимов можно соединять медные и алюминиевые провода). Оставляйте запас зачищенного провода минимум 15 см. Это преследует две цели: если плохой контакт скрутки, провод успевает рассеивать тепло, ну и у вас есть возможность в случае чего переделать скрутку. Провода старайтесь располагать таким образом, чтобы между фазным и нулевым с заземляющим не было перехлестов. Провода могут перекрещиваться, но не лежать друг на друге. Старайтесь скрутки располагать таким образом, чтобы фазный провод был в одной стороне, а нулевой и заземляющий в другой.

  5. Не соединяйте непосредственно медный и алюминиевый провода. Либо используйте клеммники «WAGO», либо сжимы «Орех». Это особенно актуально касается проводов, предназначенных для подключения электрических плит. Обычно, когда делают ремонт и переносят розетку для плит, наращивают кабель. Очень часто это алюминиевые провода, которые наращивают медным.
  6. Немного особенный. Не экономьте на выключателях, розетках (особенно для электрических плит). Дело в том, что в нынешнее время найти хорошие розетки для электрических плит найти довольно сложно (я говорю о маленьких городах), поэтому лучше всего либо пользоваться сжимами «Орех» У739М, либо найти хорошую розетку.
  7. При затягивании клемм на розетках, делайте это покрепче, но не сорвите резьбу, если же это произошло, лучше поменяйте розетку сразу, не надейтесь на «авось».
  8. При укладке новой электрической трассы пользуйтесь нормативами: 10-15 см от углов, потолка, стен (по полу), косяков, оконных рам, пола (по стене). Этим вы себя обезопасите при установке, к примеру, подвесных потолков или плинтусов, которые крепят с помощью дюбелей, для которых надо пробить отверстие. Если же провод находится в углу между полом и стеной, очень легко попасть в провод. Все провода должны располагаться строго горизонтально или вертикально. Так вам будет проще понять, где можно продолбить новую дырку, если вдруг потребуется повесить полку или картину или телевизор.
  9. Не соединяйте шлейфом (от одной к другой) более 4 розеток. На кухне вообще не рекомендую соединять больше двух, особенно там, где планируется в одном месте пользование духовым шкафом, чайником, посудомоечной машиной и микроволновкой.
  10. На духовой шкаф лучше всего прокладывать отдельную линию или подключать его к линии, от которой питается варочная поверхность (ибо очень часто они потребляют около 3 кВт.) Не каждая розетка способна выдержать такую нагрузку, да если еще к ней будет подключен еще один мощный потребитель (например, чайник), вы рискуете получить короткое замыкание из-за сильного нагрева соединения в розетке шлейфом.
  11. Старайтесь не использовать удлинители для включения мощных электроприборов, как например масляные обогреватели, или используйте удлинители известных производителей, а не китайских «no name». Внимательно читайте, какую мощность способен запитать данный удлинитель, и не используйте его, если на нем стоит меньшая мощность, чем вам нужно запитать. При использовании удлинителя, старайтесь избегать скрученного в моток провода. Если провод просто лежит, то успевает рассеять тепло. Если же провод скрутить, то тепло не успевает рассеяться и провод начинает ощутимо нагреваться, что тоже может привести к короткому замыканию.
  12. Не включайте в одну розетку (через тройник или удлинитель с несколькими розетками) сразу несколько сильных потребителей. На хорошую розетку допускается включить нагрузку 3,5 кВт, на не очень хорошую до 2 кВт. В домах с алюминиевой проводкой в любую розетку не более 2 кВт, а еще лучше на группу розеток, питающихся от одного автомата не включать более 2 кВт.
  13. Прежде, чем ставить в каждую комнату по обогревателю, убедитесь, что комнаты запитаны от разных автоматов. Как говорится: «И палка иногда может выстрелить», — так же и с автоматами: «И автомат иногда может не сработать», — и последствия этого довольно жестоки. Поэтому обезопасьте себя и близких.
  14. Внимательно обращайтесь с нагревательными приборами, следите, чтобы провод не попал на нагревательные элементы.

Автомат защиты от короткого замыкания

Почему я вынес это отдельным пунктом? Все просто. Именно автомат обеспечивает защиту от короткого замыкания. Если вы установите , то обязательно, следом нужно поставить автомат, или поставить сразу (это устройство два в одном: УЗО и автомат). Такое устройство отключает сеть и при коротком замыкании, и при превышении номинального значения тока, и при токе утечки, когда, к примеру, вы оказались под напряжением, и через вас стал протекать электрический ток. Напомню еще раз: УЗО НЕ ЗАЩИЩАЕТ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ, УЗО защищает вас от поражения электрическим током. Конечно, может быть и такое, что УЗО отключит сеть при коротком замыкании, но оно для этого не предназначено. Срабатывание УЗО при коротком замыкании носит абсолютно случайный характер. И может сгореть вся проводка, может быть все в пламени, а УЗО не отключит сеть.

Похожие материалы.

Современные мощные переключательные транзисторы имеют очень маленькие сопротивления сток-исток в открытом состоянии, это обеспечивает малое падение напряжения при прохождении через эту структуру больших токов. Это обстоятельство позволяет использовать такие транзисторы в электронных предохранителях.

Например, транзистор IRL2505 имеет сопротивление сток-исток, при напряжении исток-затвор 10В, всего 0,008 Ом. При токе 10А на кристалле такого транзистора будет выделяться мощность P=I² R; P = 10 10 0,008 = 0,8Вт. Это говорит о том, что при данном токе транзистор можно устанавливать без применения радиатора. Хотя я всегда стараюсь ставить хотя бы небольшие теплоотводы. Это во многих случаях позволяет защитить транзистор от теплового пробоя при внештатных ситуациях. Этот транзистор применен в схеме защиты описанной в статье « ». При необходимости можно применить радиоэлементы для поверхностного монтажа и сделать устройство виде небольшого модуля. Схема устройства представлена на рисунке 1. Она рассчитывалась на ток до 4А.

Схема электронного предохранителя

В данной схеме в качестве ключа использован полевой транзистор с р каналом IRF4905, имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,02 Ом, при напряжении на затворе = 10В.

В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит — Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.

Преобразователь ток — напряжения

В качестве датчика тока в схеме применен резистор R2, чтобы уменьшить мощность, выделяющуюся на этом резисторе, его номинал выбран всего в одну сотую Ома. При использовании SMD элементов его можно составить из 10 резисторов по 0,1 Ом типоразмера 1206, имеющих мощность 0,25Вт. Применение датчика тока с таким малым сопротивление повлекло за собой применение усилителя сигнала с этого датчика. В качестве усилителя применен ОУ DA1.1 микросхемы LM358N.

Коэффициент усиления этого усилителя равен (R3 + R4)/R1 = 100. Таким образом, с датчиком тока, имеющим сопротивление 0,01 Ом, коэффициент преобразования данного преобразователя ток – напряжения равен единице, т.е. одному амперу тока нагрузки равно напряжение величиной 1В на выходе 7 DA1. 1. Корректировать Кус можно резистором R3. При указанных номиналах резисторов R5 и R6, максимальный ток защиты можно установить в пределах… . Сейчас посчитаем. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Найдем ток, протекающий через этот делитель: I = U/R = 5А/11000Ом = 0,00045А. Отсюда, максимальное напряжение, которое можно выставить на выводе 2 DA1, будет равно U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким образом, максимальный ток защиты будет равен примерно 4,5А.

Компаратор напряжения

На втором ОУ, входящем в состав данной МС, собран компаратор напряжения. На инвертирующий вход этого компаратора подано регулируемое резистором R6 опорное напряжение со стабилизатора DA2. На неинвертирующий вход 3 DA1.2 подается усиленное напряжение с датчика тока. Нагрузкой компаратора служит последовательная цепь, светодиод оптрона и гасящий регулировочный резистор R7. Резистором R7 выставляют ток, проходящий через эту цепь, порядка 15 мА.

Работа схемы

Работает схема следующим образом. Например, при токе нагрузки в 3А, на датчике тока выделится напряжение 0,01 х 3 = 0,03В. На выходе усилителя DA1.1 будет напряжение, равное 0,03В х 100 = 3В. Если в данном случае на входе 2 DA1.2 присутствует опорное напряжение выставленное резистором R6, меньше трех вольт, то на выходе компаратора 1 появится напряжение близкое к напряжению питания ОУ, т.е. пять вольт. В результате засветятся светодиод оптрона. Откроется тиристор оптрона и зашунтирует затвор полевого транзистора с его истоком. Транзистор закроется и отключит нагрузку. Вернуть схему в исходное состояние можно кнопкой SB1 или выключением и повторным включением БП.

Читайте также…

Ремонт Импульсных Блоков Питания: обучение в Bgacenter

ИБП предназначен для преобразования сетевого напряжения 220V в напряжения необходимые для стабильной работы подключенных к нему потребителей. Также PSU обеспечивает стабилизацию выходных напряжений, осуществляет защиту от коротких замыканий, выдает необходимую мощность, в зависимости от присоединенной нагрузки.

Данный материал подготовлен преподавателями Bgacenter, в рамках курса – ремонт импульсных блоков питания.

Импульсный блок питания

Для обеспечения нагрузки майнеров применяются ИБП различной мощности. В данном материале подробно рассматривается БП применяемый для разных моделей асиков.

В конструкцию ИБП APW7 входит:

  • корпус – из экранированной металлической коробки
  • печатная плата ИБП имеет установленные радиотехнические компоненты
  • система охлаждения состоит из принудительного вентилятора
  • провода необходимые для подключения нагрузки

Основную функцию выполняет плата с расположенными на ней элементами.

Сторона монтажа APW7

Элементы расположенные на печатной плате ИБП:

  1. FUSE предохранитель
  2. Варистор
  3. Конденсатор сетевого фильтра
  4. Дросселя
  5. Блокировочные конденсаторы
  6. Конденсатор сглаживающий
  7. Фильтрующие конденсаторы
  8. Силовые транзисторы
  9. Разъем для подключения вентилятора
  10. Сглаживающие конденсаторы синхронного выпрямителя
  11. Выходной трансформатор
  12. Диод
  13. PFC транзистор
  14. Терморезисторы NTC
  15. Реле
  16. Дроссель схемы PFC
  17. Диодный мост
Сторона печати APW7

Как работает ИБП

Курсы по ремонту импульсных блоков питания

Итак, импульсный блок питания APW7 работает по следующему принципу:

  1. Схема защиты от превышения напряжения и короткого замыкания. Схема состоит из варистора и предохранителя в термоусадочной трубке. При превышении напряжения свыше 350 V срабатывает варистор (пробивается), предохранитель перегорает, защищая плату ИБП от повышенного напряжения. В таком случае, ремонт состоит из замены предохранителя.
  2. Следующий блок – это схема сетевого фильтра. В нее входит конденсатор два дросселя, еще один конденсатор и ряд блокировочных конденсаторов предназначенных для устранения сетевых помех и выбросов помех от блока питания в сеть. При незначительных скачках напряжения дроссель старается увеличить свое магнитное поле, в результате этого все повышенное напряжение поступающее из сети скачкообразно гасится на нем. Конденсаторы сглаживают выбросы от работы импульсного преобразователя и препятствуют проникновению в сеть.
  3. После сетевого фильтра стоят терморезисторы с отрицательным сопротивлением (NTC), которые работают на уменьшение сопротивления при нагреве. Это необходимо для ограничения тока через диодный мост в первоначальный момент зарядки конденсаторов сглаживающего фильтра, стоящих после диодного моста.
  4. Затем идет выпрямительный диодный мост, на нем получаем из переменного постоянное напряжение. Это напряжение на начальном этапе сглаживается фильтрующими конденсаторами большой емкости 470 мкФ на 450 V каждый. В этот момент времени на конденсаторах появляется напряжение порядка 315 V. 
  5. Так как у ИБП кроме активной мощности существует реактивная, что отрицательно сказывается для работы. Конструктивно это устраняется за счет схемы PFC (Power Factor Correction) – Коррекция фактора мощности. В данном ИБП она сконструирована на задающей микросхеме импульсов и полевого транзистора. Перед транзистором установлен мощный дроссель высокой индуктивности. В результате работы данной схемы, напряжение на конденсаторах фильтра возрастает до 390 Вольт и оно теперь является основным для питания схем преобразователя постоянного тока.
  6. Для работы ШИМ контроллера необходимо использовать постоянное напряжение +12 Вольт. Это напряжение формируется на вспомогательном трансформаторе и выпрямляется диодами. Также данное напряжение необходимо для питания системы охлаждения (вентилятора).
  7. От 12 Вольт вспомогательного источника питается схема ШИМ-контроллера, которая формирует импульсы для преобразователя постоянного тока, состоящего из силового трансформатора и двух полевых транзисторов. Импульсы подаются от ШИМ контроллера на задающий генератор. А уже с задающего генератора импульсы поступают на затворы транзисторов которые управляют силовым трансформатором.
  8. Импульсное напряжение полученное на вторичной обмотке трансформатора , за счет работы однотактного прямого преобразователя, поступает на схему синхронного выпрямителя. Где напряжение сглаживается синхронным фильтром построенным на конденсаторах и поступает на выходные клеммы для питания хешплат. Обратная связь и стабилизация напряжения осуществляется через схему ШИМ контроллера.
  9. Синхронный выпрямитель управляется от схемы формирователя постоянного тока.

Неисправности ИБП

Для импульсных блоков питания характерны следующие неисправности:

  • выход из строя диодного моста
  • поломка PFC транзистора
  • пробой силовых транзисторов
  • короткозамкнутые витки силового трансформатора или его обрыв
  • перегорание синхронного выпрямителя
  • изменение номинала емкости фильтра синхронного выпрямителя
  • отсутствие запускающих импульсов в ШИМ-контроллерах, вспомогательного источника 12V и основного 
  • неисправность реле (слышны щелчки, но ИБП не включается)
  • выгорание контактов клемм присоединяемой нагрузки
  • не держит нагрузку
  • не работает система охлаждения при исправном вспомогательном источнике 12 V
  • обрыв SMD резисторов питающих микросхемы ШИМ
  • неисправность SMD транзисторов в каскадах согласования

Диагностика ИБП

Ремонт блока питания APW7 начинается с внешнего осмотра. Следует обратить внимание на наличие механических повреждений и ранее выполнявшиеся ремонты. По отсутствию герметика и не отмытому флюсу, можно предположить, что ранее проводился ремонт – плату паяли. Диагностику платы начинаем с нахождения конденсаторов фильтра питания. Как правило они имеют большой размер. Смотрим номиналы его, как видим из надписи на конденсаторе он имеет параметры 450V 470 мкФ каждый.

Фильтрующие конденсаторы диодного моста

Для дальнейшего ремонта необходимо произвести его разряд, независимо от времени его нахождения в нерабочем состоянии. Тестером в режиме измерения постоянного напряжения убеждаемся в отсутствие напряжения на выводах конденсаторов. Для этого подключаем прибор со стороны печатной платы. Если есть напряжение, разряжаем конденсатор при помощи лампы накаливания мощностью 60W и проверяем заново тестером на отсутствие напряжения.

Только после этой процедуры можно выполнять дальнейший ремонт. Для облегчения поиска неисправности убеждаемся косвенно в отсутствие КЗ по цепи основного питания синхронного выпрямителя по основной цепи +12V.  

Для этого черный щуп прикладываем к выводу расположенному внизу, а красный к выводу расположенному вверху, мы должны увидеть исправные полевые транзисторы (показания мультиметра MS-319 (стрелочный), должно быть порядка 20 Ом). 

Замер выходного сопротивления по цепи 12V

Меняем местами щупы, происходит заряд конденсаторов и сопротивление увеличилось, это говорит о исправности выпрямителя.

Разряд конденсаторов выходного выпрямителя

Продолжаем ремонт, приступаем к диагностике силовой части. Тестером от разъема питания сети в режиме прозвонки проверяем вход одного провода до диодного моста (вход переменного обозначения). Тестер должен показывать 0 (или издать своеобразный звуковой сигнал), что сразу говорит о исправности одной цепи фильтра индуктивности и целостности печатного проводника и предохранителя. 

Проверка целостности предохранителя и LC фильтра до входа диодного моста

Аналогично проверяем второй провод, но на другой вывод диодного моста. Это говорит о исправности второго проводника.

Проверка провода и LC фильтра

Ремонт необходим, если мультиметр показал отличные от нуля значения. В таком случае ищем обрыв, устраняем его. В данном случае все исправно.

Далее проверяем сопротивление между двумя сетевыми контрольными точками входа. Оно должно быть высоким (тестер в режиме МОм). Измерение показало в данном случае высокое сопротивление. Это говорит об отсутствии КЗ на входе и исправности варистора. Убедившись в исправности входного блока проверяем диодный мост. 

Проверка варистора на отсутствие КЗ

Методика проверки диодного моста стандартная, режим диодной прозвонки. Убедившись в его исправности исследуем блок PFC и его цепи. Проверяем MOSFET (полевой транзистор). Ставим щупы между затвором и истоком, потом затвором и стоком – сопротивление должно быть высоким и тестер нам ничего не показывает. Это правильно.

Измерение сопротивления между затвором и стоком

Далее проверяем Сток-Исток. При приложении к истоку красного щупа, а к стоку черного, мы увидим падение напряжения на диоде порядка 0. 470 mV. В обратном приложении щупов мы не увидим никаких падений. Делаем вывод о исправности транзистора.

Проверка Сток-Исток полевого транзистора

Для измерения импульсов управления на затворе данного транзистора необходимо применить осциллограф. Если импульсы есть делаем вывод о исправности микросхемы и подачи импульса на затвор полевого транзистора.

Проверка ШИМ PFC

Далее проверяем цепь вспомогательного источника питания +12V, собранного на микросхеме ICE2QR4765 указанной по схеме принципиальной. Для этого в режиме диодной прозвонки ставим один щуп на + высоковольтного конденсатора, а второй на вывод 4 данной микросхемы ШИМ, убеждаемся в целостности обмотки трансформатора вспомогательного источника.

Проверка цепи питания микросхемы ШИМ и целостности обмотки трансформатора вспомогательного источника питания

Ремонт необходимо проводить при разряженном высоковольтном конденсаторе и отключенным ИБП от сети!

После этого проверяем работу основного ШИМ и цепей его питания согласно схемы электрической принципиальной. Далее проверяем полу мостовую схему на транзисторах MOSFET. Проверяются они при помощи мультиметра в режиме диодной прозвонки. Первоначально для каждого транзистора проверяем переход Затвор-Исток, мультиметр должен показать OL, это говорит о исправности перехода (он не пробит).

Измерение Затвор-Сток

Следующий шаг, в режиме измерения сопротивления проверяем Затвор-Исток. Одновременно проверяем сопротивление согласующего драйвера. Сопротивление исправного выхода должно быть от 10 до 20 Ом.

Проверка Затвор-Исток

Как видно из измерений, это косвенно говорит о исправности транзисторов. В случае сомнения в исправности транзисторов, их необходимо выпаять, проверить отдельно. Для проверки транзисторов применяется цифровой измеритель LCR-T4.

LCR-T4

Затем проверяем переход Сток-Исток на предмет короткого замыкания. Для этого устанавливаем красный щуп мультиметра на Исток, а черный подсоединяем к Стоку. Падение напряжения в режиме диодной прозвонки должно быть 0,434 V. Это говорит о исправности полевого транзистора.  

Измерение перехода Сток-Исток

При приложении щупов в обратном направлении мультиметр показывает OL.

Проверка перехода в обратном направлении

Как проверить блок питания

После успешного определения неисправностей и ремонта поврежденных элементов, блок необходимо протестировать. Для этого ИБП подключают через развязывающий трансформатор к питанию сети. Затем к PSU подключают электронную нагрузку необходимой мощности, для проверки на работоспособность. Тестирование выполняется на протяжении 1-2 часа. Для исключения повторного ремонта, не рекомендуется включать ИБП без подключенной нагрузки. 

Пайка блоков питания

Во время ремонта ИБП возникает необходимость проверки элементов. Для этого необходимо выпаять соответствующий элемент с печатной платы. Пайку важно производить аккуратно, используя паяльник требуемой мощности: 

  • от 80 Ватт – для ремонта силовых элементов: трансформатор, силовые транзисторы, выходные диоды, диодный мост, сглаживающие конденсаторы; 
  • до 60 Ватт (или термовоздушную паяльную станцию) – для ремонта компонентов малой и средней мощности.  

Если ИБП работал с нарушением температурных режимов (перегревался), то при удалении компаунда возможен отрыв SMD компонентов с печатной платы. Важно помнить про это, а при дальнейшем ремонте восстановить обвязку на плату.

При ремонте ИБП используется сплав Розе, для уменьшения температуры заводского припоя и исключения повреждения подводящих проводников. 

При монтаже необходимо припаивать на:

  • паяльную пасту с температурой плавления 183 градуса Цельсия – элементы малой мощности
  • ПОС 61-63 (Pb 61-63/ Sn 40) – силовые электронные компоненты.

После ремонта, перед проведением измерений на транзисторах, важно понизить температуру ИБП, так как в нагретом состоянии, ключи открыты.

Перед пайкой вновь устанавливаемых компонентов (транзисторов) их выводы нужно зачистить и залудить.

После пайки, необходимо отмыть спиртом или другим очистителем те места где выполнялась пайка.

Оборудование для ремонта ИБП

Используемое во время ремонта ИБП оборудование, расходные материалы:

  • набор отверток
  • бокорезы 
  • пассатижи
  • разрядная лампа
  • мультиметр
  • осциллограф
  • LCR-T4
  • SMD-tester 3910
  • паяльник от 80 Ватт
  • фен термовоздушной станции Quick 857DW+
  • микроскоп СМ0745
  • бор-машинка
  • оловоотсос электрический
  • пинцет
  • зонд стоматологический (зубочистки деревянные)
  • флюс паяльный
  • паста BGA
  • очиститель платы Falcon 530
  • зубная щетка
  • оплетка медная шириной 1,5 и 3,0 мм
  • сплав Розе 
  • ацетон для смывания лака

Выводы:

  • ИБП – сложное электронное устройство. Ремонт импульсного блока питания в случае возникновения неисправности, необходимо выполнять зная принцип его узлов и элементной базы 
  • Для определения неисправности ИБП важно соблюдать технику безопасности, так как имеются опасные напряжения от 300 до 400 V, в зависимости от конструкции блока (без PFC 300V с PFC 390V)
  • Ремонт иногда осложняется наличием трудно удаляемого влагозащитного покрытия. В своей конструкции ИБП имеет мощные выводы силового трансформатора. Для его выпаивания требуется паяльник с большей мощностью. При ремонте необходимо соблюдать осторожность, чтобы не повредить токопроводящие дорожки
  • ИБП для проверки, после выполненного ремонта, обязательно включается под нагрузку. С отключенной нагрузкой могут выйти из строя силовые ключи
  • Для того чтобы научиться ремонту импульсных блоков питания для майнеров, приглашаем вас на соответствующий курс в Bgacenter

Электронная нагрузка

Устройство заменяет нагрузку в виде набора постоянных или переменных резисторов и поможет при испытании и налаживании блоков питания.

Выбор силового транзистора зависит от того какой максимальный ток нагрузки вы желаете получить, соответственно подбирается измерительная головка и шунт. Допустимо использовать параллельное включение силовых транзисторов, при этом нагрузка на каждый из них уменьшиться, а общий ток увеличиться.


Испытуемый блок питания подключается к входным клеммам и резистором R2 выставляется желаемый ток.
Конструкцию можно выполнить навесным монтажом в любом подходящем корпусе, например от компьютерного блока питания, с вентилятором для обдува радиатора.

Основные параметры транзистора TIP36. Datasheet

Pc max

Ucb max

Uce max

Ueb max

Ic max

Tj max, °C

Ft max

Cc tip

Hfe

90W

80V

40V

5V

25A

150°C

3MHz

20/100

 

Общий вид

транзистора TIP36.

Цоколевка

транзистора TIP36.

Обозначение контактов:
Международное: C — коллектор, B — база, E — эмиттер.
Российское: К — коллектор, Б — база, Э — эмиттер.


Источник: http://www.cqham.ru/ 

————————————————————

Улучшенная схема электронной нагрузки с плавной регулировкой тока.
В качестве нагрузочного элемента здесь применен мощный полевой транзистор, обеспечивающий значительные преимущества по сравнению с традиционно используемыми для этой цели громоздкими реостатами. Однако в процессе испытаний нагрузочные элементы нагреваются, и температурный дрейф их параметров затрудняет проведение испытаний.
В предлагаемом устройстве ток через нагрузочный элемент стабилизирован, поэтому он практически не подвержен температурному дрейфу и не зависит от напряжения проверяемого источника, что очень удобно при снятии нагрузочных характеристик и проведении других испытаний, особенно длительных.
С помощью эквивалента нагрузки можно проверять не только стабилизированные и нестабилизированные блоки питания, но и батареи (гальванические, аккумуляторные, солнечные и т. д.).


Схема эквивалента нагрузки показана на рис. 1.

По принципу работы это — источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Эквивалент нагрузки — мощный полевой транзистор IRF3205, который выдерживает ток до 110А, напряжение до 55V и рассеиваемую мощность до 200W. Резистор R1 — датчик тока. Резистором R5 изменяют ток через резистор R2 и соответственно напряжение на нем, которое равно Uпит = R2/(R2+R3+R5), где Uпит — напряжение питания. На ОУ DA1.1 и транзисторе VT1 собран усилитель с отрицательной обратной связью с истока этого транзистора на инвертирующий вход ОУ. Действие ООС проявляется в том, что напряжение на выходе ОУ вызывает такой ток через транзистор VT1, чтобы напряжение на резисторе R1 было равно напряжению на резисторе R2. Поэтому резистором R5 регулируют напряжение на резисторе R2 и соответственно ток через нагрузку (транзистор VT1), равный Uпит = R2/[R1(R2+R3+R5)]. Пока ОУ находится в линейном режиме, указанное значение тока через транзистор VT1 не зависит ни от напряжения на его стоке, ни от дрейфа параметров транзистора при его разогреве. Цепь R4C2 подавляет самовозбуждение транзистора и обеспечивает его устойчивую работу в линейном режиме. Для питания устройства необходимо напряжение 9…12V, которое обязательно должно быть стабильным, поскольку от него зависит стабильность тока нагрузки. Ток, потребляемый устройством, не превышает 10 мА.

 
Рис.2 Конструкция и детали.

В устройстве использованы детали для поверхностного монтажа, размещенные на печатной плате (рис. 2) из фольгированного стеклотекстолита, которая вместе с транзистором установлены на теплоотводе. Транзистор прикрепляют к теплоотводу винтом. Плату допустимо приклеить к теплоотводу для большей механической прочности. При изготовлении теплоотвода в виде пластины его площадь должна быть не менее 100….150 см2 на 10 Вт рассеиваемой мощности. Для повышения эффективности при длительных испытаниях желательно применить вентилятор. Резистор R1 составлен из девяти сопротивлением по 0,1 Ом (мощностью 1 Вт), включенных параллельно и последовательно, как показано на рис. 2. Остальные постоянные резисторы — типоразмера 1206 и мощностью 0,125 Вт. Переменный резистор R5 -СПО, СП4. Конденсатор — С2 К10-17В, остальные — танталовые.

Вместо компонентов для поверхностного монтажа можно применить обычные, но тогда топологию печатной платы придется немного изменить. Номинальное напряжение конденсатора С1 должно быть не меньше напряжения проверяемого источника. Конденсатор С2 следует установить непосредственно на выводах транзистора VT1.
В устройстве применен ОУ LM358AM в случае использования других ОУ следует иметь в виду, что его питание в этом устройстве однополярное, поэтому он должен быть работоспособен при нулевом напряжении на обоих входах. Заменяя полевой транзистор, будьте внимательны: для этого устройства подходит большое число транзисторов фирмы IR, но некоторые из них могут работать неустойчиво. При отсутствии полевого можно применить составной биполярный транзистор структуры n-p-n с коэффициентом передачи тока не менее 1000 и соответствующим током коллектора, например, КТ827А—КТ827В. Выводы такого транзистора подключают соответственно: затвор — база, сток — коллектор, исток — эмиттер.

В этом случае сопротивление резистора R4 надо уменьшить до 510 Ом. Сильноточные цепи выполняют проводом соответствующего сечения.

Устройство не требует налаживания. Проверяемый источник питания с напряжением от 3 до 35V подключают к устройству с соблюдением полярности. Для уменьшения минимального значения напряжения контролируемого источника питания следует пропорционально уменьшить сопротивление резисторов R1 и R2. Ток, потребляемый эквивалентом нагрузки, регулируют резистором R5. Интервал регулировки тока при указанных на схеме номиналах элементов и напряжении питания 12V равен 0,5… 11А. Для уменьшения минимального значения тока можно ввести дополнительный переключатель, с помощью которого параллельно резистору R2 подключают резистор сопротивлением 100 Ом. В этом случае минимальное и максимальное значения тока уменьшатся в 10 раз.

Источник: журнал «Радио» №1 2005


 Электронный предохранитель

Электронный предохранитель, осуществляет эффективную защиту в цепях электропитания с напряжением до 45V. Номиналы деталей приведены в таблице для разных токов срабатывания предохранителя. 

I макс (A) R1 (Ом) R2 (Ом) VT1 VT2 VT3
5 100 0,12 2N1613 2N3055 BC148
0,5 1000 1 BC107 2N1613 BC148
0,1 4700 4,7 BC107 2N1613 BC148

Источник: http://gete. ru/

—————————————————-
  
Еще один вариант решения проблемы защиты блока питания от короткого замыкания (КЗ) в нагрузке, это включение последовательно с нагрузкой полевого транзистора со встроенным каналом.
В транзисторах такого типа на вольтамперной характеристике есть участок, на котором ток стока не зависит от напряжения между стоком и истоком. Поэтому на этом участке транзистор будет работает как стабилизатор или ограничитель тока.

  
Рис.1

Схема подключения транзистора к блоку питания показана на Рис.1, а вольтамперные характеристики транзистора для различных сопротивлений резистора R1 — на Рис.2.
Работает защита следующим образом. Если сопротивление резистора равно нулю (т. е. исток соединен с затвором), а нагрузка потребляет ток около 0,25А, то падение напряжения на полевом транзисторе не превышает 1,5V, и практически на нагрузке будет все выпрямленное напряжение. При появлении же в цепи нагрузки КЗ ток через выпрямитель резко возрастает и при отсутствии транзистора может достичь нескольких ампер. Транзистор ограничивает ток короткого замыкания на уровне 0,45…0,5А независимо от падения напряжения на нем. В этом случае выходное напряжение станет равным нулю, а все напряжение упадет на полевом транзисторе. Таким образом, в случае КЗ мощность, потребляемая от источника питания, увеличится в данном примере не более чем вдвое, что в большинстве случаев вполне допустимо и не отразится на «здоровье» деталей блока питания.
  
Рис. 2

Уменьшить ток короткого замыкания можно увеличением сопротивления резистора R1.
Нужно выбирать такой резистор, чтобы ток короткого замыкания был примерно вдвое больше максимального тока нагрузки.
   Подобный способ защиты особенно удобен для блоков питания со сглаживающим RC-фильтром — тогда полевой транзистор включают вместо резистора фильтра (пример показан на рис. 3).
   Поскольку во время КЗ на полевом транзисторе падает почти все выпрямленное напряжение, его можно использовать для световой или звуковой сигнализации. Вот, к примеру, схема включения световой сигнализации — рис.7. Когда с нагрузкой все в порядке, горит светодиод HL2 зеленого цвета. При этом падения напряжения на транзисторе недостаточно для зажигания светодиода HL1. Но стоит появиться КЗ в нагрузке, как светодиод HL2 гаснет, но зато вспыхивает HL1 красного свечения.
  
Рис. 3

Резистор R2 выбирают в зависимости от нужного ограничения тока КЗ по высказанным выше рекомендациям.
   Схема подключения звукового сигнализатора приведена на рис. 4. Его можно подключать либо между стоком и истоком транзистора, либо между стоком и затвором, как светодиод HL1.
   При появлении на сигнализаторе достаточного напряжения вступает в действие генератор ЗЧ, выполненный на однопереходном транзисторе VT2, и в головном телефоне BF1 раздается звук.
   Однопереходный транзистор может быть КТ117А — КТ117Г, телефон — низкоомный (можно заменить динамической головкой небольшой мощности).

  
Рис. 4

Для слаботочных нагрузок в блок питания можно ввести ограничитель тока КЗ на полевом транзисторе КП302В. При выборе транзистора для других блоков следует учитывать его допустимую мощность и напряжение сток — исток.
   Конечно, подобную автоматику можно ввести и в стабилизированный блок питания, не имеющий защиты от КЗ в нагрузке.

Источник: журнал «Радио» №7, 1989 г., стр.78
——————————————————————————————-

(PDF) Схемы защиты от короткого замыкания для силовых транзисторов из карбида кремния

SADIK et al.: СХЕМЫ ЗАЩИТЫ ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ СИЛОВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ ИЗ КАРБИДА КРЕМНИЯ 2003

[14] Z. Wang et al., «Короткое замыкание в зависимости от температуры» возможности силовых МОП-транзисторов из карбида кремния

(SiC)», IEEE Trans. Power Electron., т. 2, с. 31,

нет. 2, стр. 1555–1566, февраль 2016 г.

[15] Д. Отман, М. Беркани, С. Лефевр, А. Ибрагим, З. Хатир и

А.Bouzourene, «Сравнительное исследование производительности и надежности

устройств SiC MOSFET и JFET — Возможности для применения в аэронавтике», Microelectron. Надежн., вып. 52, вып. 9–10, стр. 1859–1864, сентябрь

2012.

[16] X. Huang, G. Wang, Y. Li, AQ Huang и J. Baliga, «Короткое замыкание

с возможностью 1200 V SiC MOSFET и JFET для защиты от сбоев», в

Proc. 28-го года. Приложение IEEE Силовой электрон. конф. Экспо. (АТЭС), март.

2013, с.197–200.

[17] Г. Толстой, Д. Пефтицис, Дж. Рабковски и Х. П. Ни, «Производительность

испытаний 4,1 × 4,1 мм2SiC LCVJFET для повышающего преобразователя постоянного тока

приложения», Матер. науч. Форум, тт. 679–680, стр. 722–725, март 2011 г.

[18] М. Буаррудж-Беркани, С. Лефевр, Д. Отман, С. Сабрин, З. Хатир,

и Т. Салах, «Отказ режимы и надежность транзисторов SiC JFET

при операциях ограничения тока», в Proc. 14 евро. конф. Мощность

Электрон.заявл. (EPE’11), август 2011 г., стр. 1–10.

[19] N. Boughrara, S. Moumen, S. Lefebvre, Z. Khatir, P. Friedrichs, J.-

C. Faugieres, «Надежность SiC JFET в режимах короткого замыкания», IEEE

Письмо об электронных устройствах, том. 30, нет. 1, стр. 51–53, январь 2009 г.

[20] К. Яно, Ю. Танака, Т. Яцуо, А. Такацука и К. Араи, «Короткое замыкание

возможности SiC со скрытым затвором транзисторы со статической индукцией: основной механизм

и влияние ширины канала на характеристики короткого замыкания», IEEE

Trans.Электронные устройства, том. 57, нет. 4, pp. 1440–1450, Apr. 2010.

[21] Ю. Гао, А. Хуанг, А. Агарвал и К. Чжан, «Теоретический и экспериментальный анализ безопасной операционной зоны (СОА) 1200-вольтового 4h-SiC BJT»,

IEEE Trans. Электронные устройства, том. 55, нет. 8, стр. 1887–1893, август 2008 г.

[22] М. Домей и др., «2,2 кВ SiC BJT с низким VCESAT, быстрым переключением и способностью к короткому замыканию», Mater. науч. Форум, тт. 645–648,

стр. 1033–1036, апр.2010.

[23] Дж. Лутц и Р. Бабурске, «Некоторые аспекты надежности устройств SiC power

», Microelectron. Надежн., вып. 54, нет. 1, стр. 49–56, январь 2014 г.

[24] С. ДасГупта, Р. Каплар, М. Маринелла, М. Смит и С. Атчитти,

«Анализ и прогноз стабильности в коммерческих целях, 1200 V, 33 A, 4H-

SiC MOSFET», в Proc. Международный IEEE. Надежный физ. Симп. (ИРПС’12), апр.

2012, стр. 3D.3.1–3D.3.5.

[25] С. Танимото и Х. Охаши, «Проблемы надежности SiC силовых МОП-транзисторов

при работе с высокой температурой перехода», Phys.Статус Solidi,

vol. 206, нет. 10, стр. 2417–2430, май 2009 г.

[26] Т. Нгуен, А. Ахмед, Т. Тран и Дж. Парк, «Проблемы надежности оксида затвора

SiC MOSFET в условиях короткого замыкания», IEEE Транс. Мощность

Электрон., вып. 30, нет. 5, стр. 2445–2455, май 2015 г.

[27] А. Кастеллацци, А. Файяз, Л. Ян, М. Риччио и А. Ирас, «Надежность силовых полевых МОП-транзисторов на основе карбида кремния при коротком замыкании

: экспериментальные анализ», в Proc.

IEEE 26-я международнаяСимп. Силовой полупроводник. ИС устройств (ISPSD’14), июнь

2014 г. , стр. 71–74.

[28] Л. Ю, Г. Данн, К. Маточа, К. Чунг, Дж. Суле и К. Шенг,

«Проблемы надежности SiC MOSFET: технология для высокотемпературных

сред», IEEE транс. Устройство Матер. Надежн., вып. 10, нет. 4,

, стр. 418–426, декабрь 2010 г.

. Анализ условий короткого замыкания силовых карбидокремниевых транзисторов

и предложения по защите», в Proc.16 евро. конф. Мощность

Электрон. заявл. (EPE), август 2014 г., стр. 1–10.

[30] Z. Wang, X. Shi, Y. Xue, L. Tolbert, F. Wang и B. Blalock, «Проектирование и оценка эффективности

схем защиты от перегрузки по току для карбида кремния

(SiC ) силовые МОП-транзисторы», IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 61, нет. 10,

, стр. 5570–5581, октябрь 2014 г.

[31] Ф. Дюбуа, Д. Рисалетто, Д. Бергонье, Х. Морель, К. Буттай и Р. обычно на SiC JFET», в Proc.14 евро. конф.

Силовой электрон. заявл. (EPE), август 2011 г., стр. 1–10.

[32] Д. Пефтицис, Дж. Рабковски и Х.-П. Ни, «Драйвер затвора с автономным питанием для

нормально включенных SiC JFET: особенности проектирования и системные ограничения»,

IEEE Trans. Power Electron., т. 2, с. 29, нет. 10, стр. 5129–5135, октябрь 2014 г.

[33] Р. Лай, Ф. Ван, Р. Бургос, Д. Бороевич, Д. Чжан и П. Нин, «Прострелная защита A

схема для преобразователей, построенных с SiC JFET»,

IEEE Trans.Ind Appl., vol. 46, нет. 6, стр. 2495–2500, ноябрь/декабрь. 2010.

[34] Р. Чокхавала, Дж. Кэтт и Л. Кирали, «Обсуждение поведения короткозамкнутых

IGBT-цепей и схем защиты от неисправностей», IEEE Trans. Ind. Appl.,

vol. 31, нет. 4, стр. 256–263, март / апрель. 1995.

[35] С. Раунд, М. Хельдвейн, Дж. Колар, И. Хофсайер и П. Фридрихс, «Драйвер SiC

JFET для трехфазного ШИМ-преобразователя мощностью 5 кВт, 150 кГц», в проц.

40-я годовщина IEEE IAS. Встреча Конф., октябрь 2005 г., том. 1, стр. 410–416.

[36] Д. Пефтицис, Р. Бабурске, Ю. Рабковски, Ю. Лутц, Г. Толстой и

Х.-П. Ни, «Проблемы, связанные с параллельным соединением SiC JFET»,

IEEE Trans. Power Electron., т. 2, с. 28, нет. 3, стр. 1449–1463, март 2013 г.

[37] Дж. Рабковски, Г. Толстой, Д. Пефтитсис и Х. Ни, «Базовый привод с низкими потерями и высокой производительностью

для SiC BJT. », IEEE Trans. Power Electron.,

vol. 27, нет. 5, стр. 2633–2643, май 2012 г.

[38] С. Очи и Н. Зоммер, «Управление и защита новейших высоковольтных

и мощных МОП-транзисторов и IGBT», в Proc. IEEE Ind. Appl. соц. Анну.

Встреча, октябрь 1992 г., стр. 1196–1203.

[39] В. Джон, Б.-С. Suh и T. Lipo, «Быстрая защита от короткого замыкания

IGBT», IEEE Trans. Ind Appl., vol. 35, нет. 2, стр. 477–486, март / апрель.

1999.

[40] M. Nguyen, R. Cassel, J. Delamare, and G. Pappas, «Gate drive for

high speed high power IGBTs», in Proc.Конф. IEEE. Рек. Импульсная мощность

Plasma Sci. , июнь 2001 г., стр. 288–291.

[41] Р. Сингх и А. Р. Хефнер, «Надежность устройств SiC MOS», Solid-State

Electron., vol. 48, вып. 10–11, стр. 1717–1720, октябрь 2004 г.

[42] Р. Сингх, «Ограничения надежности и производительности в силовых устройствах SiC»,

Microelectron. Надежн., вып. 46, вып. 5–6, стр. 713–730, май 2006 г.

[43] C. Chen, D. Labrousse, S. Lefebvre, M. Petit, C. Buttay, and H. Morel,

«Исследование коротких надежность схемы SiC MOSFET, анализ режимов отказа и сравнение с BJT», Microelectron.Надежн., вып. 55,

нр. 9–10, стр. 1708–1713, август 2015 г.

[44] Руководство пользователя Taurus Medici, версия F-2011.09, Synopsis Inc., Mountain

View, CA, USA, 2011.

[45] M. Беркани, С. Лефевр и З. Хатир, «Корреляция тока насыщения и сопротивления в открытом состоянии во время повторяющихся условий короткого замыкания

на транзисторах SiC JFET», IEEE Trans. Power Electron., т. 2, с. 28, нет. 2,

, стр. 621–624, февраль 2013 г.

[46] М.Bouarroudj-Berkani, D. Othman, S. Lefebvre, S. Moumen, Z. Khatir,

и T. Ben Sallah, «Старение транзисторов SiC JFET в условиях ограничения повторяющихся токов», Microelectron. Надежн., вып. 50, вып. 9–11,

, стр. 1532–1537, сентябрь 2010 г.

[47] Р. Хеммер, «Интеллектуальные драйверы IGBT с исключительными функциями управления и защиты

», в Proc. 13 евро. конф. Силовой электрон. заявл.

(EPE’09), сентябрь 2009 г., стр. 1–4.

[48] Дж.Рабковски, Д. Пефтицис и Х.-П. Ни, «Параллельная работа дискретных

SiC BJT в повышающем преобразователе постоянного тока 6 кВт/250 кГц», IEEE Trans.

Power Electron, vol. 29, нет. 5, pp. 2482–2491, May 2014.

[49] J. Colmenares, D. Peftitsis, J. Rabkowski, D. Sadik, G. Tolstoy, and

H. Nee, «High-efficiency 312-kVA трехфазный инвертор с использованием параллельного соединения

карбидокремниевых силовых модулей MOSFET», IEEE Trans.

Ind. Appl., vol. 51, нет.6, стр. 4664–4676, ноябрь/декабрь. 2015.

[50] J. Rabkowski, D. Peftitsis, and H.-P. Ни, «Разработка шага к инвертору SiC JFET мощностью 40-

кВА с охлаждением естественной конвекцией и эффективностью

, превышающей 99,5%», IEEE Trans. Ind Appl., vol. 49, нет. 4, стр. 1589–1598,

июль/авг. 2013.

[51] Д.-П. Садик, Ж. Колменарес, Д. Пефтитсис, Ж.-К. Лим, Дж. Рабковски и

Х.-П. Ни, «Экспериментальные исследования распределения статического и переходного тока

параллельно включенных полевых МОП-транзисторов из карбида кремния», в Proc.15-е число

евро. конф. Силовой электрон. заявл. (EPE’13), сентябрь 2013 г., стр. 1–10.

[52] P. Nussbaumer, C. Santin, and T. Wolbank, «Анализ текущей реакции

на переключение инвертора для обнаружения изменений в высокочастотном поведении электрической машины», в Proc. 38-я годовщина. конф. IEEE Ind. Электрон. соц.

(IECON’12), октябрь 2012 г. , стр. 1678–1683.

[53] C. Zoeller, M. Vogelsberger, H. Wiedner, J. Riefel и T. Wolbank,

«Обнаружение изменений состояния изоляции машин переменного тока с инверторным питанием

на основе двух датчиков тока и непрямого фазового ступенчатого возбуждения. », в проц.

Междунар. Симп. Силовой электрон. Избрать. Приводы Автомат. Движение (SPEEDAM),

, июнь 2014 г., стр. 198–203.

Диана-Перле Садик (S’12) родилась в

Лозанна, Швейцария, в 1988 году. Она получила

степень магистра наук. степень в области электротехники

Швейцарского федерального технологического института

(EPFL), Лозанна, Швейцария, в 2012 году. С

2012 года она работает над докторской степенью.

степень по преобразованию электроэнергии в KTH

Королевский технологический институт, Стокгольм,

Швеция.

Область ее научных интересов включает преобразователи

с устройствами SiC, схемы защиты для устройств SiC

и анализ надежности SiC MOSFET.

Как и когда взрываются МОП-транзисторы

Высокие температуры и условия эксплуатации за пределами безопасной рабочей зоны могут повредить МОП-транзисторы, используемые в коммутационных схемах.

МОП-транзистор (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) является основным компонентом в схемах преобразования энергии и переключения для таких приложений, как приводы двигателей и импульсные источники питания (SMPS).МОП-транзисторы отличаются высоким входным сопротивлением затвора, а ток, протекающий через канал между истоком и стоком, регулируется напряжением затвора. Однако при неправильном обращении и защите высокое входное сопротивление и коэффициент усиления также могут привести к повреждению полевого МОП-транзистора, вызванному перенапряжением или слишком большим током.

Сначала несколько основных сведений о том, как избежать повреждения полевого МОП-транзистора. Очевидно, что значения V gs и V ds должны находиться в допустимых пределах. То же самое для тока I d . Существует также предел мощности, определяемый максимальной температурой перехода.Основные значения верхнего максимума этих параметров приведены на графике безопасной рабочей области (SOA) в техническом описании полевого МОП-транзистора. Но оказывается, могут применяться и другие температурные ограничения. График SOA, например, обычно предполагает температуру окружающей среды 25 ° C с определенной температурой перехода, обычно ниже 150 ° C. Но существует множество условий, которые могут вызвать высокие температурные градиенты, которые могут привести к расширению и растрескиванию МОП-транзистор умирает.

Новые поколения полевых МОП-транзисторов включают в себя такие функции, как низкий R DS(on) для минимизации потерь проводимости и повышения эффективности работы.Примеры включают NTMFS5C404NLT, NTMFS5C410NLT и NTMFS5C442NLT MOSFET от ON Semiconductor, которые имеют максимальные значения R DS(on) 0,74, 0,9 и 2,8 мОм соответственно. Они дополняются моделями NTMFS5C604NL, NTMFS5C612NL и NTMFS5C646NL с номинальным напряжением пробоя 60 В. Устройства на 40 и 60 В рассчитаны на работу при температурах перехода до 175 °C, что обеспечивает больший тепловой запас для конструкций.

Одним из факторов, который следует учитывать в этом отношении, является то, что тепловое сопротивление MOSFET является средним; это применимо, если вся матрица находится при одинаковой температуре.Но полевые МОП-транзисторы, предназначенные для импульсных источников питания, могут испытывать большие колебания температуры в разных областях своего кристалла. Оптимизированные для включения/выключения, они обычно плохо работают в своей линейной области.

Типичным видом отказа полевого МОП-транзистора является короткое замыкание между истоком и стоком. В этом случае только импеданс источника питания ограничивает пиковый ток. Обычным результатом прямого короткого замыкания является плавление кристалла и металла, что в конечном итоге приводит к размыканию цепи. Например, подходящее высокое напряжение, приложенное между затвором и истоком (V GS ), разрушит оксид затвора MOSFET.Ворота, рассчитанные на 12 В, скорее всего, не выдержат около 15 В; затворы с номинальным напряжением 20 В обычно выходят из строя при напряжении около 25 В.

В целом, превышение номинального напряжения MOSFET всего на несколько наносекунд может его разрушить. Производители устройств рекомендуют консервативно выбирать устройства MOSFET для ожидаемых уровней напряжения, а также предлагают подавлять любые скачки напряжения или звон.

Слишком маленький привод затвора
Устройства MOSFET спроектированы так, чтобы рассеивать минимальную мощность при включении.И МОП-транзистор должен быть сильно включен, чтобы свести к минимуму рассеивание во время проводимости, иначе он будет иметь высокое сопротивление во время проводимости и будет рассеивать значительную мощность в виде тепла.

Вообще говоря, МОП-транзистор, пропускающий большой ток, нагревается. Плохой отвод тепла может вывести MOSFET из строя из-за чрезмерной температуры. Одним из способов избежать слишком высокого тока является параллельное подключение нескольких полевых МОП-транзисторов, чтобы они разделяли ток нагрузки.

Графики зависимости мощности полевого МОП-транзистора от температуры обычно основаны на предположениях о теплоотводе и монтаже, как в случае с этим графиком для устройства ON Semiconductor CPh4348.

Многие P- и N-канальные МОП-транзисторы используются в топологиях, включающих H- или L-мостовую конфигурацию между шинами напряжения. Здесь, если управляющие сигналы на МОП-транзисторы перекрываются, транзисторы эффективно закорачивают питание. Это известно как сквозное состояние. Когда это происходит, любые развязывающие конденсаторы питания быстро разряжаются через оба полевых МОП-транзистора во время каждого переключения, вызывая короткие, но большие импульсы тока.

Чтобы избежать этого состояния, необходимо обеспечить мертвое время между переходами переключения, в течение которого ни один полевой МОП-транзистор не будет включен.

Типичный график зоны безопасной работы полевого МОП-транзистора для полевого МОП-транзистора CPh4348 от ON Semiconductor. График SOA обычно предполагает температуру окружающей среды 25°C и температуру перехода ниже 150°C.

Перегрузки по току даже в течение короткого времени могут привести к прогрессирующему повреждению MOSFET, часто с незначительным повышением температуры перед выходом из строя. МОП-транзисторы часто имеют высокий номинальный пиковый ток, но они обычно предполагают, что пиковые токи длятся всего 300 мкс или около того. Особенно важно переоценить МОП-транзисторы по пиковому току, когда они переключают индуктивные нагрузки.

При переключении индуктивных нагрузок должен быть путь для обратной ЭДС для свободного хода, когда МОП-транзистор отключается. Свободный ход — это внезапный всплеск напряжения, наблюдаемый на индуктивной нагрузке, когда ее напряжение питания внезапно прерывается. МОП-транзисторы с режимом расширения содержат диод, обеспечивающий эту защиту.

Резонансные контуры

с высокой добротностью могут накапливать значительную энергию в своей индуктивности и емкости. При определенных условиях эта высокая энергия заставляет ток свободно течь через внутренние диоды корпуса МОП-транзистора, когда один МОП-транзистор выключается, а другой включается.(Внутренний диод корпуса формируется в p-n переходе корпус-сток, соединенном между стоком и истоком. В N-канальных устройствах анод корпусного диода соединяется со стоком. В P-канальных полевых МОП-транзисторах полярность обратная.) возникают из-за медленного выключения (или обратного восстановления) внутреннего диода корпуса, когда противоположный полевой МОП-транзистор пытается включиться.

Корпусные диоды MOSFET

обычно имеют длительное время обратного восстановления по сравнению с характеристиками самих MOSFET. Если внутренний диод одного полевого МОП-транзистора проводит ток, когда противоположное устройство включено, возникает короткое замыкание, напоминающее состояние сквозного замыкания. Для решения этой проблемы используются диод Шоттки и диод с быстрым восстановлением. Диод Шоттки подключается последовательно с истоком MOSFET и предотвращает прямое смещение диода MOSFET в корпусе MOSFET свободным током. Быстродействующий диод (быстрое восстановление) подключается параллельно паре MOSFET/Шоттки. Это позволяет свободному току полностью обходить МОП-транзистор и Шоттки. Это гарантирует, что диод в корпусе MOSFET никогда не станет проводящим.

Продолжительность работы MOSFET во времени может сильно повлиять на тепловое сопротивление.Этот конкретный пример графика относится к MOSFET CPh4348 от ON Semiconductor.

Переходы
МОП-транзистор рассеивает мало энергии во время своих устойчивых включенных и выключенных состояний, но рассеивает значительную энергию во время переходных состояний. Таким образом, желательно переключаться как можно быстрее, чтобы свести к минимуму рассеиваемую мощность. Поскольку затвор MOSFET в основном является емкостным, для зарядки и разрядки затвора за несколько десятков наносекунд требуются значительные импульсы тока. Пиковые токи затвора могут достигать ампера.

Высокий импеданс входов MOSFET может привести к проблемам со стабильностью. При определенных условиях высоковольтные МОП-транзисторы могут колебаться на высоких частотах из-за паразитной индуктивности и емкости в окружающей цепи (частоты обычно находятся в диапазоне низких мегагерц). Производители устройств рекомендуют использовать схему управления затвором с низким импедансом, чтобы предотвратить попадание паразитных сигналов на затвор MOSFET.

Каталожные номера

ON Semiconductor
onsemi.ком

Электронный автоматический выключатель – обзор

4.9 Полупроводниковые выключатели

Основанная на фундаменте защиты система защиты должна иметь собственный автоматический выключатель [14–17]. Обычно эту функцию выполняет механический автоматический выключатель (MCB). Этот блок совмещен с блоком измерения и обработки в капсюльной и плавкой защитах.

PEE имеют две основные характеристики, из-за которых обычный автоматический выключатель не подходит для использования в системе защиты PEE. Во-первых, PEE работают быстро, а их неисправности распространяются за короткое время. Поэтому время работы МСВ 9–50 мс недостаточно для устранения неисправности ПЭЭ [63].

Во-вторых, PEE имеют ограниченное номинальное напряжение и ток, а их теплоемкость низка из-за их поведения в твердом состоянии. Другое оборудование энергосистемы, такое как трансформаторы и линии электропередачи, может выдерживать до 100% перенапряжения и перегрузки по току от нескольких десятых секунд до минут [26], но PEE имеют ограниченные перегрузки по току и перенапряжению в области и во времени [63].Эти ограничения приводят к тому, что в энергосистемах вводятся ГКЛ [64]. Другой проблемой является отключение постоянного тока, поскольку автоматические выключатели имеют некоторые ограничения на отключение постоянного тока [63,65].

Лучшее решение — твердотельные переключатели [38]. Есть некоторые трудности в их изготовлении. К счастью, современная технология позволяет производить автоматические выключатели среднего напряжения из полупроводниковых выключателей с хорошими и надлежащими характеристиками [64,66,26].

Главной обсуждаемой частью предлагаемой блокировки является потеря мощности, стоимость и место для силового электронного автоматического выключателя (PECB).Но эта часть имеет некоторые дополнительные преимущества, такие как ограничение тока и возможность плавного пуска.

Предлагаемый PECB увеличивает общие потери мощности. Эти потери включают потери проводимости, потери охлаждения, потери управления потреблением [63,67]. Эти потери составляют около 1–2 % от общей мощности системы [68]. Эта потеря очень ценна в долгосрочной перспективе. Этот пункт является единственным недостатком PECB по сравнению с MCB [63]. К счастью, обнаруживаются новые инновации для более низких потерь и более быстрых переключений.

Поскольку в этом документе рассматриваются технические аспекты, разработчик системы защиты должен также учитывать экономические факторы при использовании этой детали.Например, трансформатор в распределительной сети имеет простую защиту с предохранителем, а трансформатор в системе передачи имеет сложную систему защиты с автоматическим выключателем. Использование PECB для PEC в системах преобразования энергии ветра (WECS) может быть экономичным из-за их высокой частоты отказов и высоких затрат на техническое обслуживание.

Производимая РЭБ с IGBT имеет размеры 58–23–28 см и вес 27 кг для 10 кВ и 8 МВт [69]. Этот ПЭВП сравним со средним ПАВ Schneider Electric на 2,4–17,5 кВ с объемом 228–37–94 см и массой 210 ​​кг [70].В этом сравнении учитываются CT и PT. В будущем PECB будет отдавать предпочтение MCB [67,63].

Стоимость PECB в 2,5 раза выше аналогичного MCB [66]. Обычно ПЭЭ устанавливаются в более низком напряжении и меньшей мощности номинального напряжения и мощности системы типа СТАТКОМ и ПЭК WECS. Таким образом, общая стоимость PECB кажется ниже. EPRI представляет собой анализ стоимости PECB в различных случаях [71,63].

Другим пунктом, основанным на статистике, является то, что 5–30% выключателей в 20% электрических сетей должны быть заменены в течение следующих 10 лет из-за увеличения уровня короткого замыкания в энергосистемах. Этот момент делает предлагаемый блок (с использованием PECB) более близким к экономическому обоснованию [63].

PECB является наиболее важной частью предлагаемого защитного блока. PECB имеет разные названия, такие как статический переключатель (SC), твердотельный выключатель (SSCB) и твердотельный выключатель (SSB). Некоторые основные схемы PECB показаны на рис. 7. Основные концепции PECB заключаются в том, что они не имеют нормально замкнутого (NC) контакта, имеют замыкающее падение напряжения и состоят из однонаправленных полупроводниковых переключателей [72].

Рис.7. Некоторая базовая схема для PECB.

Кроме того, быстрое срабатывание полупроводниковых выключателей обеспечивает хорошую координацию защиты для всех соответствующих защитных устройств.

%PDF-1.2 % 127 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 127 85 0000000016 00000 н 0000002051 00000 н 0000002462 00000 н 0000002752 00000 н 0000003218 00000 н 0000003241 00000 н 0000005533 00000 н 0000006625 00000 н 0000006896 00000 н 0000006919 00000 н 0000008976 00000 н 0000008999 00000 н 0000011045 00000 н 0000011068 00000 н 0000013098 00000 н 0000013121 00000 н 0000015177 00000 н 0000015200 00000 н 0000017249 00000 н 0000017272 00000 н 0000019315 00000 н 0000019338 00000 н 0000021480 00000 н 0000021522 00000 н 0000021543 00000 н 0000021839 00000 н 0000021862 00000 н 0000024389 00000 н 0000024412 00000 н 0000027530 00000 н 0000027553 00000 н 0000029667 00000 н 0000029690 00000 н 0000034645 00000 н 0000034668 00000 н 0000037495 00000 н 0000037518 00000 н 0000042934 00000 н 0000042957 00000 н 0000048906 00000 н 0000048929 00000 н 0000055778 00000 н 0000055801 00000 н 0000062740 00000 н 0000062763 00000 н 0000068694 00000 н 0000068717 00000 н 0000074374 00000 н 0000074397 00000 н 0000079414 00000 н 0000079437 00000 н 0000085012 00000 н 0000085035 00000 н 0000089323 00000 н 0000089346 00000 н 0000093488 00000 н 0000093511 00000 н 0000097738 00000 н 0000097761 00000 н 0000102375 00000 н 0000102398 00000 н 0000105972 00000 н 0000105995 00000 н 0000109924 00000 н 0000109947 00000 н 0000113895 00000 н 0000113918 00000 н 0000118461 00000 н 0000118484 00000 н 0000122698 00000 н 0000122721 00000 н 0000126299 00000 н 0000126322 00000 н 0000130395 00000 н 0000130418 00000 н 0000134476 00000 н 0000134499 00000 н 0000136069 00000 н 0000136092 00000 н 0000139610 00000 н 0000139633 00000 н 0000142278 00000 н 0000142299 00000 н 0000002130 00000 н 0000002440 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 128 0 объект > эндообъект 210 0 объект > поток Hc«f`b`c`gf`@

Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360

 

Полевой транзистор (FET) представляет собой активный полупроводниковый прибор с тремя выводами, в котором выходной ток контролируется электрическим полем, генерируемым входным напряжением. Полевые транзисторы также известны как униполярные транзисторы, потому что, в отличие от биполярных транзисторов, полевые транзисторы имеют только электроны или дырки, работающие в качестве носителей заряда. FET использует напряжение, подаваемое на его входную клемму (называемую затвором), для управления током, протекающим от истока к стоку, что делает полевой транзистор устройством, управляемым «напряжением».

 

Полевые транзисторы

широко используются в интегральных схемах (ИС) благодаря их компактным размерам и значительно более низкому энергопотреблению. Кроме того, полевые транзисторы также используются в приложениях переключения высокой мощности, в качестве резисторов с переменным напряжением (VVR) в операционных усилителях (Op-Amps), регуляторах тембра и т. д., для работы микшера на FM и ТВ приемниках и в логических схемах.

 

Психический обзор

Полевой транзистор имеет четыре клеммы с именами Исток, Сток, Затвор и Корпус.

  1. Источник : Источник — это терминал, через который основные носители заряда вводятся в полевой транзистор.
  2. Дренаж : Дренаж — это вывод, через который основные носители заряда выходят из полевого транзистора.
  3. Затвор : Вывод затвора образован диффузией полупроводника N-типа с полупроводником P-типа.Это создает сильно легированную область PN-перехода, которая контролирует поток носителя от истока к стоку.
  4. Корпус : это основа, на которой построен полевой транзистор. В дискретных приложениях он внутренне привязан к выводу источника, что позволяет полностью игнорировать его эффекты. Однако в интегральных схемах этот вывод обычно подключается к самому отрицательному источнику питания в схеме NMOS (самому положительному в схеме PMOS), потому что многие транзисторы будут его использовать. Тщательные соединения и конструкция имеют решающее значение для поддержания производительности полевого транзистора, когда задействовано соединение с корпусом.

Канал : Это область, в которой большинство несущих проходят от терминала источника к терминалу стока.

 

FET Классификация

 

Полевые транзисторы

подразделяются на полевые транзисторы с переходом (JFET) и полевые транзисторы с полевым транзистором металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

JFET (полевой транзистор)

 

Полевой транзистор Junction Field Effect (JFET) — это самый ранний тип FET.Ток течет по активному каналу между истоками к клеммам стока. Напряжение, подаваемое между затвором и истоком, управляет протеканием электрического тока между истоком и стоком JFET. При подаче обратного напряжения смещения на вывод затвора канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается. Вот почему JFET называют «нормально включенными» устройствами. Транзисторы JFET доступны как в N-канальном, так и в P-канальном исполнении.

 

N-канальный JFET

 

В N-канальном JFET канал легирован донорными примесями, что делает его полупроводником N-типа. Поэтому поток тока через канал отрицательный в виде электронов. Отсюда и название N-канальный JFET. Две подложки P-типа, легированные с противоположных сторон его средней части. Таким образом, два PN-перехода образованы этими сильно легированными областями P-типа и каналом N-типа между ними. Вывод затвора (G) соединен внутри с обеими клеммами P-типа, а выводы стока (D) и истока (S) подключены к любому концу канала N-типа.

 

Как это работает?

 

Когда на клемму затвора не подается напряжение, канал становится широко открытым путем для движения электронов.Поэтому максимальный ток течет от истока к стоковой клемме. Величина протекающего тока определяется разностью потенциалов между выводами истока и стока и внутренним сопротивлением канала.

Но происходит обратное, когда на клемму затвора подается отрицательное напряжение по отношению к клемме истока, что делает PN-переход смещенным в обратном направлении. В канале создается обедненная область, которая сужает канал, увеличивая сопротивление канала между истоком и стоком, и ток становится меньше.

 

P-канальный JFET

 

Аналогично, в P-канальном JFET канал легирован акцепторными примесями, что делает его полупроводником P-типа. Поэтому поток тока через канал положителен в форме Дыр. Отсюда и название P-channel JFET. Противоположная сторона канала сильно легирована подложками N-типа. Как и в N-канальном JFET, вывод затвора формируется путем соединения областей N-типа с обеих сторон. Зажимы истока и стока берутся с двух других сторон канала.

Принцип работы также аналогичен N-канальному JFET. Единственная разница в том, что вам нужно обеспечить положительный затвор для напряжения источника, чтобы отключить его. Однако N-канальный JFET имеет большую проводимость тока из-за более низкого сопротивления канала, чем их эквивалентные P-канальные типы, поскольку электроны имеют более высокую подвижность через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный полевой транзистор более эффективным, чем его P-канальные аналоги.

 

Характеристики

 

Здесь JFET смещается через источник постоянного тока, который будет управлять VGS JFET. Мы можем контролировать приложенное напряжение на клеммах стока и истока, изменяя VGS. Оттуда мы можем построить кривую ВАХ JFET.

Выходные характеристики JFET построены между током стока (ID) и напряжением сток-исток (VDS) при постоянном напряжении затвор-исток (VGS), как показано на следующем рисунке.

  • Область отсечки — это область, где JFET выключен, что означает отсутствие тока стока, ID течет от стока к истоку.
  • Омическая область — В этой области JFET начинает оказывать некоторое сопротивление току стока ID, который начинает течь от стока к истоку. Ток, протекающий через JFET, линейно пропорционален приложенному напряжению.
  • Область насыщения — Когда напряжение сток-исток достигает значения, при котором ток, протекающий через устройство, постоянен с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, говорят, что устройство находится в состоянии насыщения. область, край.
  • Область пробоя — Когда напряжение сток-исток VDS превышает максимальное пороговое значение, это вызывает пробой области обеднения, JFET теряет способность сопротивляться току, а ток стока неограниченно увеличивается.

MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)

Металл-оксид-полупроводниковые полевые транзисторы, также известные как МОП-транзисторы, имеют большее значение и являются наиболее полезным типом среди всех транзисторов.МОП-транзистор имеет четыре вывода: сток, исток, затвор и корпус или подложка. MOSFET также является транзистором, управляемым напряжением, но основное различие между JFET и MOSFET заключается в том, что он имеет электрод затвора из оксида металла, который электрически изолирован от основного токоведущего канала между стоком и истоком очень тонким слоем. изоляционного материала, обычно двуокиси кремния, широко известного как стекло.

 

Трек состоит из двух высоколегированных зон N-типа, диффундирующих в слаболегированную подложку P-типа. Эти две области N-типа известны как сток и исток, а область P-типа называется подложкой. Изоляция управляющего затвора делает входное сопротивление полевого МОП-транзистора чрезвычайно высоким по шкале мегаомов (МОм), что делает его почти бесконечным. Таким образом, ток не может течь в затвор.

 

Как это работает?

 

Основной принцип работы полевого МОП-транзистора состоит в том, чтобы управлять напряжением и током между выводами истока и стока с помощью напряжения, подаваемого на вывод затвора.Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, расположенном между выводами истока и стока, может быть инвертирована из p-типа в n-тип путем приложения либо положительного, либо отрицательного напряжения затвора соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания для положительного напряжения на затворе, дырки, находящиеся под оксидным слоем, выталкиваются вниз вместе с подложкой. Обедненная область заселена связанными отрицательными зарядами, связанными с акцепторными атомами. При достижении электронов развивается канал.Положительное напряжение также притягивает в канал электроны из областей истока и стока n+. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение на затворе управляет электронами в канале. Вместо положительного напряжения, если мы подадим отрицательное напряжение, под слоем оксида образуется отверстие.

 

Типы МОП-транзисторов

 

Широко используются два МОП-транзистора:

 

1.Истощение MOSFET:

МОП-транзистор, работающий в режиме истощения, подобен открытому выключателю. В этом режиме напряжение от затвора к источнику (VGS) применяется для выключения устройства. Когда напряжение на затворе отрицательное, в канале накапливаются положительные заряды. Это вызывает обедненную область в канале и препятствует протеканию тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование области обеднения, это называется полевым МОП-транзистором обеднения.

2.Улучшенный МОП-транзистор:

Полевой МОП-транзистор в расширенном режиме похож на замыкающий переключатель. В этом режиме для включения устройства подается напряжение затвор-исток (VGS). Когда на клемму затвора полевого МОП-транзистора подается отрицательное напряжение, дырки, несущие положительный заряд, накапливаются возле оксидного слоя, образуя канал от истока к клемме стока. По мере того, как напряжение становится более отрицательным, ширина канала увеличивается, а протекание тока усиливается; поэтому он называется Enhancement MOSFET.

 

Кроме того, типы истощения и улучшения подразделяются на типы N-канала и P-канала .

 

1.N-канальный МОП-транзистор :

N-канальный МОП-транзистор имеет канал N-типа между клеммами истока и стока. Здесь клеммы истока и затвора сильно легированы полупроводником N-типа, а подложка легирована полупроводником P-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком возникает из-за электронов.И текущий поток управляется напряжением затвора.

2-канальный МОП-транзистор:

Аналогично, P-канальный МОП-транзистор имеет канал P-типа между выводами истока и стока. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником P-типа, а подложка легирована полупроводником N-типа. Следовательно, ток течет между истоком и стоком из-за отверстий. И текущий поток управляется напряжением затвора.

Характеристики

 

В общем, работа МОП-транзистора происходит в основном в трех областях, а именно:

  1. Зона отсечки:
    В области отсечки МОП-транзистор остается выключенным, так как в этой области ток отсутствует.Здесь полевой МОП-транзистор ведет себя как открытый переключатель и поэтому используется, когда требуется, чтобы они функционировали как электронные переключатели.
  2. Омическая область:
    В омической или линейной области ток сток-исток увеличивается с увеличением напряжения между стоком и истоком. Когда МОП-транзисторы работают в этой области, их можно использовать в качестве усилителей.
  3. Область насыщения:
    В этой области значение тока сток-исток остается постоянным без учета повышения напряжения между стоком и истоком.Это происходит только один раз, когда напряжение между стоком и выводом истока увеличивается больше, чем напряжение отсечки. В этом случае устройство будет работать как замкнутый переключатель. Поэтому эта рабочая область используется всякий раз, когда полевые МОП-транзисторы требуются для выполнения операций переключения.

Применение

МОП-транзистор в качестве переключателя

МОП-транзисторы

используются во многих различных приложениях. Они широко известны своими переключающими характеристиками. Как мы видели ранее, полевой МОП-транзистор с N-канальным режимом расширения имеет очень высокое входное сопротивление и работает при положительном входном напряжении.Это позволяет нам переключать нагрузки с высоким током или высоким напряжением, используя сигнал относительно низкого логического уровня. В следующем примере мы будем использовать N-канальный полевой МОП-транзистор в расширенном режиме для включения и выключения простой лампы.

Как видите, в этой схеме мы хотим переключить 12-вольтовую лампу с помощью логического сигнала 5 В. Мы подключили положительную клемму лампы к источнику питания 12 В, а другой конец к клемме стока полевого МОП-транзистора. Клемма источника подключена к GND. Сопротивление затвор-исток (RGS) используется для предотвращения любого внешнего шума на клемме затвора.

При отсутствии напряжения лампа остается выключенной. Если мы приложим положительное входное напряжение (VGS) к клемме затвора MOSFET, лампа включится и останется включенной, пока мы не удалим входной сигнал или не подадим отрицательное входное напряжение. Затем лампа выключится.

 

Усилитель МОП-транзистора

 

Режим расширения MOSFET или eMOSFET требует минимального напряжения затвор-исток, называемого пороговым напряжением (VTH), которое должно быть приложено к затвору, чтобы он начал протекать ток от стока к истоку (VDS). По мере увеличения прямого смещения затвора ток сток-исток (IDS) также будет увеличиваться, что делает полевой МОП-транзистор идеальным для использования в схемах усилителей на МОП-транзисторах.

В этой простой конфигурации усилителя на полевых МОП-транзисторах с общим истоком в расширенном режиме используется один источник питания на выводе стока для создания требуемого напряжения затвора (VG) с использованием резистивного делителя на резисторах R1 и R2. Сеть резисторов создает необходимую цепь смещения для работы в области насыщения. Также нам потребуются резисторы стока и истока и емкости связи.Значения R1 и R2 обычно большие, чтобы увеличить входное сопротивление усилителя и уменьшить омические потери мощности. Конденсаторы связи C1 и C2 изолируют смещающее постоянное напряжение от усиливаемого переменного сигнала. На изображении выше на затвор полевого МОП-транзистора подается слабый сигнал переменного тока (VGS), что приводит к колебаниям тока стока, синхронным с поданным на вход переменным током.

 

Драйвер электродвигателя Н-моста

 

Н-мост — это схема, обычно используемая для управления скоростью и направлением коллекторного двигателя постоянного тока.Как мы видели ранее, используя МОП-транзистор, мы можем легко контролировать скорость двигателя. Но это работает только в одном направлении. Чтобы сделать его двунаправленным, нам нужно 4 полевых МОП-транзистора, подключенных таким образом, чтобы он мог одновременно переключать как высокую, так и низкую сторону.

При активации одной пары (диагонально противоположных) МОП-транзисторов двигатель видит, что ток течет в одном направлении, а когда активируется другая пара, ток через двигатель меняет направление. Запуск нижнего и верхнего МОП-транзисторов (но никогда одновременно) прерывает протекание тока и останавливает двигатель.

Затворы MOSFET N-канального транзистора обычно имеют низкий уровень с помощью подтягивающего резистора, а затворы MOSFET-транзистора P-канала имеют высокий уровень. Это приводит к тому, что МОП-транзисторы с каналом P и каналом N отключаются; следовательно, ток не может течь. Когда на затворы полевого МОП-транзистора подается сигнал ШИМ, полевые МОП-транзисторы с N- и P-каналами попеременно включаются и выключаются, контролируя мощность.

 

_____

 

Технология полевых транзисторов может использоваться в различных областях электроники, где биполярные транзисторы не подходят.Полевой транзистор имеет очень высокий входной импеданс и является устройством, управляемым напряжением; они, возможно, являются наиболее широко используемым активным устройством. Поскольку они используются в КМОП и других технологиях интегральных схем, где энергопотребление является решающим фактором, полевые МОП-транзисторы обеспечивают работу с очень низким энергопотреблением. МОП-транзистор также можно использовать в качестве переключателя для управления большими нагрузками, такими как лампы или мощные двигатели. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора. Соответственно, MOSFET включается или выключается, таким образом поддерживая яркость лампы или скорость двигателя.

 

Вы уже изучили электронные возможности Fusion 360? Fusion 360 предлагает доступ к комплексным инструментам проектирования электроники и печатных плат на одной платформе разработки продуктов в облаке. Попробуйте сами сегодня.

 

 

Структура и принцип работы полевых транзисторов

Полевой транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, который использует эффект электрического поля входной цепи управления для управления током выходной цепи и назван в его честь.Поскольку проведение электричества зависит только от основного носителя в полупроводнике, его также называют униполярным транзистором. FET на английском языке — полевой транзистор, сокращенно FET. Существует два основных типа: полевой транзистор с переходом (JFET) и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

Каталог

I Структура и принцип работы

Транзисторы полевые транзисторы делятся на две категории: трансляционные транзисторы транзисторов (JFET) и металл оксид полупроводника МОП-транзистор) .

В зависимости от типа материала канала и типа изолированного затвора существуют N-канальные и P-канальные транзисторы;

В зависимости от режима проводимости различают тип истощения и тип усиления. JFET имеют все типы истощения, а MOSFET имеют как типы истощения, так и типы улучшения.

1. Полевой транзистор с переходом

(1) Структура

Структура полевого транзистора с N-канальным переходом показана на следующем рисунке.Это структура, в которой PN-переход изготовлен на каждой стороне полупроводниковой кремниевой пластины N-типа, образуя структуру, в которой два PN-перехода образуют сэндвич-канал N-типа. Две области P являются затворами, один конец кремния N-типа является стоком, а другой конец является истоком.

Рисунок 1. Структура переходного полевого транзистора

(2) Принцип работы

Возьмем N-канал в качестве примера, чтобы проиллюстрировать принцип его работы.

Когда VGS=0, когда между стоком и истоком подается определенное напряжение, основная несущая будет дрейфовать между стоком и истоком, создавая ток стока. Когда VGS<0, PN-переход смещен в обратном направлении, образуя обедненный слой. Канал между стоком и истоком сузится, а ID уменьшится. Если VGS продолжает уменьшаться, канал будет продолжать сужаться, а ID будет продолжать уменьшаться, пока не достигнет 0. Когда ID равен 0, соответствующее VGS называется напряжением отсечки VGS (выкл.).

(3) Характеристическая кривая переходных полевых транзисторов

Имеются две характеристические кривые переходного полевого транзистора,

Одна — выходная характеристика (ID=f(VDS) | VGS=константа) , вторая — кривая передаточной характеристики (ID=f(VGS)|VDS=constant).

Характеристика полевого транзистора с N-канальным переходом показана на рисунке ниже.

(A) Кривая выходной характеристики сливаХарактеристическая кривая N-канального полевого транзистора

Канал N, канал P

Тип расширения → N-канальный, P-канальный

(1) Структура N-канального полевого транзистора с истощением

Структура и символ N-канального режима истощения показаны на следующем рисунке (a). Изолирующий слой SiO2 под затвором легирован большим количеством положительных ионов металла. Поэтому, когда VGS=0, эти положительные ионы индуцировали инверсионный слой, образуя канал. Следовательно, пока есть напряжение сток-исток, есть и ток стока.

Когда VGS>0, идентификатор увеличивается. Когда VGS <0, ток стока постепенно уменьшается по мере уменьшения VGS до ID=0. VGS при ID=0 называется напряжением отсечки и иногда обозначается символом VGS (выкл.) или VP.

Кривая передаточной характеристики режима истощения N-каналов показана на рисунке (b) ниже.

(a) Структурная диаграмма (b) Передаточная характеристика

FET

N-канальный полевой транзистор с улучшенным типом имеет структуру, аналогичную структуре режима обеднения.Но когда VGS = 0 В, добавление напряжения между стоком и истоком не приведет к образованию тока. При подаче напряжения на затвор, если VGS>VGS(th), формируется канал, соединяющий сток и исток. Если в это время приложено напряжение сток-исток, может быть сформирован ID.

При VGS=0V, ID=0 и ток стока типа усиления появится только после VGS>VGS (th).

ВГС(й)-напряжение открытия или напряжение клапана;

Рисунок 4.N-канальный полевой транзистор с улучшенным типом

(3) P-канальный режим расширения и режим истощения MOSFET

Принцип работы P-канального MOSFET точно такой же, как у N-канального MOSFET, за исключением того, что токопроводящие носители и полярность питающего напряжения разные. Это похоже на биполярные транзисторы типов NPN и PNP.

3. Вольт-амперная характеристика полевого транзистора

Существует много типов характеристических кривых полевых транзисторов.Существуют четыре кривые передаточной характеристики и кривые выходной характеристики в соответствии с различными проводящими каналами и независимо от того, усилены они или истощены, а также различаются их направления напряжения и тока. Если положительное направление задано единообразно, характеристические кривые будут построены в разных квадрантах. Для облегчения рисования положительное направление транзистора P-канала изменено на противоположное. Соответствующие кривые показаны на рисунке ниже.

Рисунок 5.Вольт-амперная характеристика полевых транзисторов

II Параметры полевых транзисторов

Существует много параметров полевых транзисторов, включая параметры постоянного тока, параметры переменного тока и предельные параметры, но в целом нам нужно обратить внимание только на следующие параметры.

(1) Напряжение отсечки (UP)

Относится к напряжению UGS, приложенному к затвору, когда ток стока /D (т. е. ток канала) равен нулю или меньше небольшого значения тока (например, 1 мкА 10 мкА) при указанном напряжении стока UDS. Это важный параметр полевых МОП-транзисторов с переходом или обеднением.

(2) Напряжение включения (UT)

Это напряжение затвора UGS, когда проводящий канал (между стоком и истоком) только что включен, когда напряжение стока UDS имеет определенное значение . Это важный параметр улучшающего полевого транзистора. При напряжении затвора UGS меньше абсолютного значения напряжения включения полевой транзистор не может быть включен.

(3) Ток утечки при насыщении (DSS)

Относится к току утечки при насыщении тока стока D, вызванному определенным напряжением стока UDS (больше напряжения отсечки), когда затвор и исток закорочены (UGS=0). Он отражает проводимость исходного канала при нулевом напряжении на затворе, что является важным параметром полевых транзисторов с истощением.

(4) Низкочастотная крутизна (gm)

Когда напряжение стока UDS имеет заданное значение, отношение изменения тока стока к изменению напряжения затвора △UGS, которое вызывает это изменение, называется крутизной , то есть:

Общепринятой единицей измерения г является мС (миллисименс). gm — параметр, измеряющий силу напряжения затвора полевого транзистора на управление током стока, а также эффект усиления. Он аналогичен коэффициенту усиления переменного тока транзистора β и связан с рабочей площадью транзистора. Чем больше ток стока /D, тем больше gm.

(5) Напряжение пробоя истока стока (BUDS)

Относится к максимальному напряжению стока, которое может выдержать полевой транзистор при постоянном напряжении затвора UGS. Оно эквивалентно напряжению пробоя коллектор-эмиттер V(BR)ceo (т.е. BUceo) транзистора с обычным кристаллом.Это предельный параметр, и рабочее напряжение, подаваемое на полевой транзистор, должно быть меньше БУДС.

(6) Максимальный ток сток-исток (DSM)

Относится к максимально допустимому току между стоком и истоком при нормальной работе полевого транзистора. Он эквивалентен рабочему току транзистора с общим кристаллом. Этот предельный параметр не должен быть превышен.

(7) Максимальная рассеиваемая мощность (PDSM)

Относится к максимально допустимой рассеиваемой мощности стока, когда рабочие характеристики полевого транзистора не ухудшаются, что эквивалентно Pcm обычного транзистора. При эксплуатации фактическая потребляемая мощность полевого транзистора (PD=UDS×/D) должна быть меньше этого предельного параметра и оставлять определенный запас.

III Полевой транзистор Метод испытания

эмиттер и коллектор транзистора соответственно.Установите мультиметр на «R × 1k» и используйте два щупа для измерения прямого и обратного сопротивления между каждыми двумя контактами. Когда положительное и обратное сопротивления двух выводов оба составляют несколько тысяч Ом, то эти два вывода являются стоком и истоком (взаимозаменяемыми), а оставшийся вывод — затвором. Для переходных полевых транзисторов с 4 выводами другой полюс является полюсом экрана (заземление при использовании).

2. Оценка затвора

Подсоедините черный щуп мультиметра к одному электроду транзистора, а красный щуп к двум другим электродам соответственно.Если значения сопротивления, измеренные дважды, очень велики, это означает, что это обратные сопротивления. Итак, это N-канальный полевой транзистор, а черный вывод подключен к затвору.

цепи, поэтому нет необходимости их различать.Сопротивление между истоком и стоком составляет несколько тысяч Ом.

Обратите внимание, что этот метод нельзя использовать для определения затвора MOSFET. Поскольку входное сопротивление MOSFET чрезвычайно велико, а межэлектродная емкость между затвором и истоком очень мала, пока во время измерения имеется небольшое количество зарядов, на межэлектродной емкости может формироваться высокое напряжение. легко повредить транзистор.

3. Оценка усиления

Установите мультиметр на «R×100» и подключите красный щуп к истоку, а черный щуп к стоку, что эквивалентно добавлению 1.Напряжение питания 5В на полевой транзистор. В это время стрелка указывает значение сопротивления между стоком и истоком.

Затем зажмите затвор пальцем, чтобы подать индуцированное телом человека напряжение в качестве входного сигнала на затвор. Из-за эффекта усиления транзистора изменятся и UDS, и ID, а значит, сопротивление между стоком и истоком также изменится, и щуп сильно раскачивается. Если качание небольшое, когда вы зажимаете затвор, это означает, что способность транзистора к увеличению слабая; если вывод не двигается, это означает, что транзистор поврежден.

Поскольку переменное напряжение 50 Гц, индуцированное человеческим телом, довольно велико, а разные полевые транзисторы могут иметь разные рабочие точки при измерении с помощью резистивной шестерни, руки могут качаться вправо или влево при защемлении затвора рука. Когда RDS транзисторов уменьшается, щуп отклоняется вправо, а влево, если RDS увеличивается.

Независимо от направления качания рук, пока есть четкий мах, это означает, что транзистор может усиливать.

Этот метод также подходит для измерения МОП-транзисторов. Чтобы защитить полевой МОП-транзистор, необходимо держать изолирующую ручку и соединить затвор с металлическим стержнем, чтобы предотвратить непосредственное добавление заряда, вызванного человеческим телом, к затвору и повреждение транзистора.

После каждого измерения МОП-транзистора на конденсаторе перехода G-S будет происходить небольшое количество зарядов, и установится напряжение UGS. Затем, если вы продолжите тест, тестовый провод может не двигаться, и короткое замыкание цепи между полюсом G-S решит проблему.

IV Меры предосторожности

1. Для безопасного использования полевого транзистора в схемотехнике ограничьте параметры , такие как рассеиваемая мощность, максимальное напряжение сток-исток, максимальное напряжение затвор-исток. напряжение, а максимальный ток не должен превышаться.

2. При использовании различных типов полевых транзисторов их необходимо вводить в схему строго в соответствии с требуемым смещением , и соблюдать полярность смещения полевого транзистора.Например, между истоком и стоком переходного полевого затвора имеется PN-переход, поэтому затвор N-канала не может быть смещен положительно, а затвор P-канала не может быть смещен отрицательно.

3. Из-за чрезвычайно высокого входного сопротивления полевого МОП-транзистора выводные контакты должны быть закорочены  при транспортировке и хранении. Кроме того, следует использовать металлический экранирующий пакет, чтобы предотвратить повреждение затвора внешним наведенным потенциалом.

В частности, полевой МОП-транзистор лучше хранить в металлическом ящике , а не в пластиковом. Также следует отметить влагостойкость транзистора.

4. Во избежание индуктивного пробоя затвора полевого транзистора все контрольно-измерительные приборы, верстаки, электроутюги и сама схема должны быть хорошо заземлены, что означает:

(1) При пайке контакты, сначала припаяйте электрод источника.

(2) Перед подключением к цепи все концы выводов транзистора остаются закороченными друг на друга, а после сварки закорачивающий материал удаляется.

(3) Когда вы извлекаете транзистор из стойки для компонентов, тело человека должно быть заземлено  соответствующим образом, как при использовании заземляющего кольца.

(4) Если использовать усовершенствованный газонагревательный электропаяльник, то удобнее приваривать полевой транзистор, но следует соблюдать безопасность.

Рисунок 8. Газонагревательная пайка

(5) Категорически запрещается вставлять или вытягивать транзистор в схему без отключения питания.

5. При установке полевого транзистора положение установки должно быть как можно дальше от нагревательного элемента . А для предотвращения вибрации транзистора необходимо закрепить корпус транзистора. Кроме того, когда мы изгибаем вывод штифта, его следует проводить на 5 мм выше основания, чтобы предотвратить повреждение штифта и утечку воздуха.

6. При использовании VMOS-транзистора необходимо добавить соответствующий радиатор. Взяв в качестве примера VNF306, максимальная мощность может достигать 30 Вт только после того, как транзистор оснащен радиатором размером 140×140×4 (мм).

7. После параллельного соединения нескольких транзисторов высокочастотные характеристики усилителя ухудшаются из-за увеличения межэлектродной емкости и распределенной емкости , и легко вызвать высокочастотные паразитные колебания через обратную связь. По этой причине, как правило, имеется не более четырех параллельных составных транзисторов, и антипаразитное сопротивление колебаний должно быть подключено последовательно к базе или затвору каждого транзистора.

8. Напряжение затвор-исток переходного полевого транзистора не может быть реверсировано и может сохраняться в открытом состоянии. Когда полевой МОП-транзистор не используется, поскольку его входное сопротивление очень велико, каждый электрод должен быть закорочен, чтобы предотвратить повреждение транзистора внешним электрическим полем.

9. Во время сварки внешний корпус электропаяльника должен быть снабжен внешним заземляющим проводом  , чтобы предотвратить повреждение транзистора из-за заряженного электропаяльника.Для небольшого количества пайки вы также можете отключить паяльник после его нагрева или отключить питание и припаять. Особенно при сварке полевых МОП-транзисторов исток-сток-затвор должен быть приварен по порядку, а цепь разорвана.

10. При сварке электрическим паяльником 25 Вт операция должна быть быстрой. Если вы используете электрический паяльник мощностью от 45 до 75 Вт, используйте пинцет, чтобы зажать основание булавки, чтобы улучшить рассеивание тепла. Используйте мультиметр для проверки качества перехода полевого транзистора (например, сопротивления между прямым и обратным сопротивлением каждого PN-перехода и сток-исток).Однако полевой МОП-транзистор нельзя проверить мультиметром, вместо этого необходимо использовать тестер. А линию короткого замыкания каждого электрода можно снять только после подключения тестера. При удалении мы должны сначала удалить короткое замыкание, а затем удалить его, чтобы избежать плавающих ворот.

Рис. 9. Тестер MOSFET

При наличии высокого входного импеданса необходимо принять меры по защите от влаги, чтобы предотвратить снижение входного сопротивления полевого транзистора из-за температуры.Если используется четырехвыводной полевой транзистор, вывод подложки должен быть заземлен. Транзистор с керамическим корпусом, поэтому его надо беречь от света.

Для силовых полевых транзисторов должны быть условия хорошего рассеяния тепла. Поскольку силовой полевой транзистор используется в условиях высокой нагрузки, необходимо спроектировать достаточное количество радиаторов, чтобы температура корпуса не превышала номинального значения, чтобы устройство могло стабильно работать длительное время.

Короче говоря, для обеспечения безопасного использования полевого транзистора необходимо учитывать множество факторов, а также различные меры безопасности. Огромному количеству профессионального и технического персонала, особенно энтузиастов электроники, следует принять практические меры для безопасного и эффективного использования полевых транзисторов в соответствии с их реальной ситуацией.

V Field Effect Transisto r VS. Транзистор

1. Исток S, затвор G и сток D полевого транзистора соответствуют эмиттеру E, базе B и коллектору C транзистора соответственно, и их функции аналогичны.

2. FET представляет собой устройство с управлением по напряжению по току для управления ID с помощью VGS, и его коэффициент усиления gm обычно мал, поэтому мощность усиления FET невелика. Транзистор представляет собой устройство с управлением током  токового тока для управления IC с помощью iB (или iE).

3. Затвор полевого транзистора почти не потребляет ток, а база транзистора при работе потребляет определенный ток. Следовательно, входное сопротивление полевого транзистора выше, чем у транзистора.

4. Полевой транзистор является проводящим с основными носителями . Транзистор может проводить электричество с основными и неосновными носителями. Поскольку на концентрацию неосновных носителей сильно влияют температура, радиация и другие факторы, полевой транзистор имеет лучшую температурную стабильность и радиационную стойкость, чем транзистор.

Рисунок 10. Поток основной и неосновной несущей PNP-транзистора

Полевой транзистор следует использовать, когда условия окружающей среды (температура и т. ) сильно различаются.

5. Когда металл истока соединен с подложкой, электрод истока и электрод стока могут использоваться взаимозаменяемо , и их характеристики не сильно меняются. Однако если коллектор и эмиттер транзистора используются взаимозаменяемо, его характеристики будут сильно различаться, а значение β сильно уменьшится.

6. Коэффициент шума полевого транзистора очень мал, поэтому полевой транзистор следует выбирать в схеме малошумящего усилителя, где входной каскад требует высокого SNR (отношение сигнал/шум).

7. Полевые транзисторы и транзисторы могут образовывать различные и коммутационные схемы, но полевые транзисторы более широко используются в крупногабаритных и сверхкрупногабаритных интегральных схемах благодаря простоте процесса изготовления, низкому энергопотреблению, хорошей термостойкости , широкий диапазон рабочего напряжения питания и другие преимущества.

8. Сопротивление во включенном состоянии транзистора велико, а полевого транзистора маленькое, всего несколько сотен мОм. В современных электрических устройствах полевые транзисторы обычно используются в качестве переключателей из-за их высокого КПД.

 

Рекомендуемый Артикул:

Знакомство с TFT-дисплеями

Обзор биполярных транзисторов

5 Что такое метод тестирования?

Эксплуатация Термочувствительный органический переключатель Полевые транзисторы

АСУ Омега. 2019 24 декабря; 4(26): 22082–22088.

, ⊥, ⊥, , , , , * , * § и * §

Yang-Hsun Cheng

Факультет химического машиностроения и Институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

Ай-Нхан Ау-Дуонг

Факультет химического машиностроения и Институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

Tsung-Yen Chiang

Факультет химического машиностроения и Высший институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

Zi-Yuan Wei

Факультет химического машиностроения и Институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

Кай-Лин Чен

Факультет химического машиностроения и Институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

Juin-Yih Lai

Факультет химического машиностроения и Институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

Chien-Chieh Hu

Факультет химического машиностроения и Институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

Chu-Chen Chueh

§ Центр перспективных исследований зеленого Материаловедение и технология и Департамент Химическая инженерия, Тайваньский национальный университет, Тайбэй 10617, Тайвань

Ю-Чэн Чиу

Факультет химического машиностроения и Высший институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

§ Центр перспективных исследований зеленого Материаловедение и технология и Департамент Химическая инженерия, Тайваньский национальный университет, Тайбэй 10617, Тайвань

Факультет химического машиностроения и Высший институт прикладных наук и технологии, Тайваньский национальный университет наук и технологий, Тайбэй 10607, Тайвань

§ Центр перспективных исследований зеленого Материаловедение и технология и Департамент Химическая инженерия, Тайваньский национальный университет, Тайбэй 10617, Тайвань

Автор, ответственный за переписку.

Поступила в редакцию 28 сентября 2019 г.; Принято 27 ноября 2019 г.

Это статья с открытым доступом, опубликованная в соответствии с лицензией ACS AuthorChoice License, которая разрешает копирование и распространение статьи или любых ее адаптаций в некоммерческих целях. Эта статья цитировалась в других статьях в PMC.

Abstract

В этой работе новый термочувствительный переключающий транзистор является разработана за счет рационального дизайна активных материалов на основе типичная конфигурация устройства полевого транзистора (FET), где активный материал состоит из смеси теплового расширения полимер и полимерный полупроводник.Здесь полиэтилен (PE) представляет собой используется в качестве терморасширяющегося полимера из-за его большого объема коэффициент расширения вблизи точки плавления (90–130 °C), что также соответствует точке перегрева, которая могла бы вызвать привести к повреждению или возгоранию устройств. Выявлено, что благодаря термисторное свойство PE, характеристики FET производного устройство будет в значительной степени снижаться при высоких температурах (100–120 °С). Это связано с тем, что высокое объемное расширение полиэтилена при таких высоких температура (около ее T m ) эффективно увеличивает расстояние кристаллических доменов поли(3-гексилтиофен-2,5-диил) привести к сильному торможению тока.Кроме того, производительность этого устройства вернется к своему первоначальному значению после охлаждения от 120 до 30 °С за счет уменьшения объема ПЭ. То обратимые характеристики полевого транзистора с температурой проявляют хорошие термочувствительность устройства на основе ПЭ. Наши результаты демонстрируют простой и многообещающий подход к разработке следующего поколения выключатели защиты от перегрева электрических цепей.

1. Введение

За последнее десятилетие электронные устройства стали важными элементарные блоки для разработки разнообразной потребительской электроники в нашей общество.При работе электронных устройств потери тепла будут неизбежно произойдет, и тепло будет основным побочным продуктом. В некоторых случаях, электрические устройства в цепях, особенно для интегрированных электроника, такая как сотовые телефоны, транспортные средства и т. д., может перегреваться. из-за отработанного тепла, генерируемого в результате короткого замыкания, искрового промежутка, или плохой отвод тепла. 1 Такие перегретые устройства вызвали серьезную озабоченность, поскольку они могут ассоциироваться с серьезными повреждениями, такими как пожар, взрыв и травмы.По этой причине, коммерческие устройства обычно оснащены двумя элементами, сочетающими функции датчика температуры и автоматического выключателя; Однако, это может вызвать препятствия в работе или усложнить устройство дизайн. Таким образом, в последнее время внимание исследователей возросло к поиску более простые и эффективные методы ограничения этого дефицита. 1

Исходя из этого требования, мы особенно заинтересован в развитии транзисторный переключатель, самый основной элемент электронной схемы что может обеспечить быстрое отключение при аномальной температуре.Среди разработанные транзисторы, органические полевые транзисторы (OFET) имеют вызвал значительный исследовательский интерес из-за преимуществ низкая стоимость, малый вес, низкое энергопотребление, простая интеграция возможности и простой дизайн конструкции. Таким образом, OFET были использованы для распространенных применений, например, для коммутации и усиления сигналов в современных электронных устройствах. 2−9 Совсем недавно многочисленные усилия были даже направлены на разработку стимул-чувствительных OFET, которые реагируют на физические, 10−12 химические, 13,14 или биологические раздражители. 15 Как правило, стратегия реализации зондирования Функции OFET зависят от рациональной конструкции активного канала. материалы, электроды и диэлектрические слои затвора. Например, изготовлен высокоэффективный датчик давления с высокой чувствительностью и время отклика за счет непосредственного включения микроструктурированной плазмы десорбционных масс-спектрометрических пленок в диэлектрический слой устройство ОФЭТ. 11 Другое исследование фототранзисторов состоящий из смеси поли(3-гексилтиофен-2,5-диила) (P3HT) и наночастиц TiO 2 в качестве активного слоя. для демонстрации стабильных электрических характеристик и быстрой реакции на световое освещение. 12 Однако, насколько нам известно, термочувствительные OFET для применения в защите цепи от перегрева были редко исследуется.

В этом исследовании мы описываем новый подход реализовать термореактивный переключение OFET за счет рациональной конструкции активного материала, для активный канал которого состоит из смеси теплового расширения полимер и полимерный полупроводник. Здесь полиэтилен (PE) представляет собой выбран в качестве терморасширяющегося полимера из-за его значительного свойство объемного расширения вблизи точки плавления (90–130 ° C), что также соответствует точке перегрева, которая могла бы вызвать повреждение устройств или может привести к возгоранию в результате воздействия встроенных электронных компонентов к высокотемпературному внутреннему жидкости (такие как масло и охлаждающая жидкость).Между тем, P3HT выбран в качестве Модель полупроводникового материала. Мы интересно обнаруживаем, что смешанный полиэтилен может эффективно увеличить расстояние упаковочного мотива между проводящими доменами при повышении температуры, тем самым ограничивая выходной ток при относительно высокой температуре. 16,17 Таким образом, прямая зависимость производительности от температуры нашего изготовленных устройств OFET исследуют при нагреве и охлаждении наружная температура (в пределах от 30 до 120 °С). У нас также есть исследовал морфологию активных слоев при изменении температуры вариация с использованием атомно-силовой микроскопии (АСМ) и скользящего падения широкоугольное рассеяние рентгеновских лучей для корреляции структуры и характеристик отношение.Результаты, выявленные в этой работе, представляют собой доказательство концепции устройство, которое может быть легко интегрировано в электронные схемы служить регулятором перегрева.

2. Результаты и обсуждение

2.1. Проект устройства цепи безопасности с использованием теплового Компенсационный полимер

Идеальный термочувствительный переключающий транзистор устройство должно быть основано на типичном транзисторном устройстве, потому что оно способен легко интегрироваться в схему как импульсный блок питания. При большом количестве тепла (>100 °C) накопленный в подключенных цепях выходной ток термореактивного транзистор будет в значительной степени уменьшен, чтобы служить в качестве регулятора перегрева. В принципе, текущий поток в устройство OFET можно модулировать с помощью полупроводниковый/диэлектрический интерфейс, тем самым контролируя ВКЛ/ВЫКЛ состояния устройства. Основываясь на этом принципе, мы разрабатываем термочувствительный транзисторный прибор за счет рациональной конструкции Материалы активного канала.Типичный P3HT используется здесь как модельный полупроводниковый материал и дополнительно смешивается с полиэтиленом, который обладает высоким коэффициентом теплового расширения, как показано на рис.

Конфигурация устройства исследуемого термореактивного переключения OFET и структуры исследуемых полимеров для активного канала.

Как показано в Таблице 1, PE обладает уникальной способностью реагировать к температуре изменение, которое подходит для реализации термореактивной функции. PE имеет большой коэффициент теплового расширения, равный 3.от 8 до 8,6 × 10 –4 м/(м·K), что примерно в 10 раз больше чем значение P3HT и полистирола (PS). Это заставляет PE обладать значительное объемное расширение вблизи точки плавления (∼90 °С). Кривые дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) для чистые P3HT, PE и смеси P3HT/PE представлены на рисунке S1. Как видно, смеси P3HT/PE показывают T m при ~90 °C и T c при ~77 °C, что аналогично чистому PE, что указывает на то, что фазовый переход смесей P3HT/PE происходит в основном зависит от теплового расширения полиэтилена.Такое большое расширение объема при повышении температуры, таким образом, может препятствовать протеканию тока между электроды истока и стока из-за изолирующей природы ЧП. Кроме того, поскольку объемное расширение или сокращение PE сильно зависит от температуры, рабочее состояние производного Таким образом, OFET на основе сопряженных смесей полимер/полиэтилен можно переключать или регулируется внешней температурой.

Таблица 1

Тепловые свойства P3HT, PE и PS

изменение объема на кубический метр на 100°С (%)
характеристики P3HT PS PE арт. температура, T м (°C) 238 212 90–130 (16, 25)
тепловая коэффициент расширения (м/(м·K)) 7.6 × 10 –5 6–8 × 10 –5 3,8–8,6 × 10 –4 проценты (16, 25) 2,28 1,8–2,4 11,4–25,8 (16, 26)

2.

2. Изготовление и характеристика исследуемого Устройства OFET

Сначала мы изготавливаем устройства OFET на основе смеси P3HT/PE с различными соотношениями смешивания 2:1; 1:1 и 1:2 (определяется весовым процентом между P3HT и PE; т.д., 67%:33%, 50%:50% и 33%:67% соответственно) и исследовать их характеристики полевого транзистора. представляет их передачу характеристики и квадратный корень из тока стока, измеренного при комнатной температура, а соответствующие параметры устройства приведены в таблице 2. Все устройства показывают типичное поведение p-типа; однако подвижность насыщенных дырок (μ) устройства уменьшается по мере содержания PE в активном канале увеличивается. μ нетронутого устройства P3HT составляет 7,69 × 10 –2 см 2 В –1 с –1 и постепенно уменьшается до 0.35 × 10 –2 см 2 В –1 с –1 при увеличении массовой доли ПЭ в смеси до 70%. Такое снижение в подвижности, по-видимому, связано с изолирующей природой аморфных PE, препятствующий переносу заряда матрицы P3HT до определенного степень.

(a) Передаточные характеристики и (b) квадратный корень из тока стока исследуемых ОПТ на основе смесей П3ГТ/ПЭ с разным смешиванием соотношения при комнатной температуре.

Таблица 2

Подробные характеристики OFET Исследуемые устройства, измеренные при комнатной температуре (30 °C)

образцы среднее значение μ (см 2 /(В с)) среднее отношение тока ON/OFF среднее значение ON ток при В г  = -60 В (А) средний порог напряжение В й (В)
P3HT (7.69 ± 0.70) × 10 -2 2. 10 × 10 5 2,41 × 10 -5 -1.17 ± 2.78
P3HT / PE (2: 1) (6,84 ± 0.66) × 10 -3 7,80 × 10 3 2.08 × 10 -6 -2.11 ± 2.12
P3HT / PE (1: 1) (3,81 ± 0,67) × 10 –3 1,10 × 10 3 3,86 × 10 –6 1.21 ± 1.49
P3HT / PE (1: 2) (3. 50 ± 0,38) × 10 -3 6.10 × 10 2 1.46 × 10 -6 16.74 ± 3.33

Чтобы лучше понять влияние добавления полиэтилена, поверхность Морфология исследуемых смесей после отжига при 120 °С характеризуется АСМ. Как показано на , морфология исходной пленки P3HT состоит из фибриллоподобных структур. После добавления 30 мас. % ПЭ фибриллоподобный структуры P3HT могли еще сохраняться, о чем свидетельствует однородность распределение самоорганизующихся наноагрегатов.Примечательно, что немного отличается к нетронутой пленке P3HT добавление 30 мас. % ПЭ кажется даже лучше. вызывают образование нановолокон меньшего диаметра 10–20 нм, тогда как при добавлении количества ПЭ более 50 %, начинается крупномасштабное фазовое расслоение между P3HT и PE, что может быть связано с их различной поверхностной энергией. P3HT с относительно более низкая поверхностная энергия (19,8 мДж·м –2 ) 18 предпочитает существовать вблизи границы раздела n -октадецилтриметоксисилан (OTS) из-за его аналогичная поверхностная энергия, в то время как ПЭ с более высокой поверхностной энергией (30–31 мДж·м –2 ) 19 стремится скапливаться у поверхности пленки. 20,21 Спектры поглощения в УФ-видимой области смесей П3ГТ/ПЭ (после отжиг при 120 °C, рис. S2) были измерено, чтобы проверить это наблюдаемое поведение. Исследуемые смеси проявляют похожие полосы поглощения из-за сильного межцепочечного π–π укладка P3HT. 22 Обратите внимание, что λ max (518, 544 и 593 нм) исходной пленки P3HT немного смещается в красную сторону до 524, 550 и 600 нм, поскольку содержание ПЭ непрерывно увеличивается до 70 мас.%. Вероятно, это связано с индуцированным фазовым расслоением. и промотированные агрегаты полимерных цепей в пленочном состоянии, которые согласуется с результатами АСМ. Кроме того, низкая сумма загрузки полупроводникового P3HT также уменьшит общий перенос заряда имущество. Эти причины ясно проясняют во многом снижение подвижности устройств OFET на основе смеси P3HT/PE пленки с соотношением 1:1 и 1:2. Чтобы признать требование достаточная мобильность для практических приложений, устройство OFET на основе на смесевой пленке P3HT/PE в соотношении 2:1 (обозначается как P3HT/PE устройства), обеспечивающее подвижность 0,68 × 10 –2 см 2 В –1 с –1 с пороговое напряжение ( В th ) равное −2.11 V и отношение токов ВКЛ/ВЫКЛ ( I ON / I OFF ) 7,80 × 10 3 , таким образом, предпочтительно. отобраны для дальнейшего изучения.

АСМ фазовые изображения отожженных пленок на основе на смеси P3HT/PE: (a) P3HT, (b) P3HT/PE (2:1), (c) P3HT/PE (1:1) и (d) P3HT/PE (1:2).

2.3. Переключение поведения устройств OFET в Реакция на изменение температуры

2.
3.1. Производительность исследуемых OFET-устройств при изменении температуры

Для проверки термореактивной функции устройства P3HT/PE (2:1), измеряются его характеристики FET при разных температурах.Потому что нестабильная и ненадежная работа устройства P3HT/PE могут быть получены при измерении при температуре выше точки плавления ( T m ) ПЭ (~130 °С, табл. 1), устройство настроено для испытаний в диапазоне от 30 до 120 °C (), и подробные характеристики OFET устройств P3HT и P3HT/PE (2:1) при изменении температуры приведены в таблицах S1 и S2 соответственно. Для устройства P3HT вся передача кривая смещается в положительную сторону по мере того, как измеренная температура увеличивается, что приводит к более высокому току стока (состояние ON) и усилению подвижность по мере увеличения измеренной температуры (как показано на рисунках а, б).Этот феномен может быть связано с термически активируемым переносом заряда, т. общий эффект в типичных OFET. Кроме того, разное поведение наблюдаемый здесь аналогичен случаю, описанному в литературе. 23,24

Трансфер характеристики исследуемых OFET на основе (a,b) a исходная пленка P3HT и (c, d) смешанная пленка P3HT/PE (2:1), измеренная при различных температурах от 30 до 120 °C, при этом температура постепенно (а, в) повышают от 30 до 120 °С или (б, г) охлаждают от 120 до 30°С.Вся передаточная кривая устройства P3HT смещается в положительную сторону по мере того, как измеренная температура увеличивается (см. красную стрелку на (а)). Однако (e,f) извлеченный кривая передачи устройства P3HT/PE четко показала особую поведение, что его кривая переноса первоначально сместилась в положительную сторону направлении при измеренной температуре ниже 100 °C и впоследствии перемещается в отрицательном направлении по мере увеличения измеряемой температуры от 100 до 120 ° C (красная стрелка в (e)). Оба устройства могут вернуться вернуться в исходное положение (синяя стрелка на (b,f)), когда измеренная температура охлаждается до комнатной температуры (30 °C).

(a) ток включения и (b) подвижность обоих устройств P3HT и P3HT/PE устройства в зависимости от измеряемой температуры с постепенным повышением от 30 до 120 °С (в процессе нагрева). (c) Ток включения и (d) мобильность как устройства P3HT, так и устройства P3HT/PE как функция измеряемой температуры с постепенным снижением от 120 до 30 °C (в процессе охлаждения).

Интересно, что устройство P3HT/PE (2:1) показывает разные поведение по сравнению с устройством P3HT.Как показано на c, передаточная кривая Устройство P3HT/PE изначально смещено в положительном направлении при измеренной температуре ниже 90 °C. Так как измеренная температура увеличивается от 90 до 120 °С (близко к Т м ПЭ), сдвиг результирующей кривой переноса меняется на противоположный в отрицательном направлении, что приводит к значительному уменьшению тока кривой передачи. Ясно, что это подавляет электрические свойства смесительного устройства является результатом фазового перехода P3HT/PE смеси (при ~90 °C), как показано на рисунке S1.Соответственно, при измеренной температуре 120 °С Устройство P3HT/PE обеспечивает значительно сниженную мобильность 0,48 × 10 –2 см 2 В –1 с –1 с уменьшенным током включения 1,81 × 10 –6 А. Такое значительное снижение производительности P3HT/PE устройство при 120 °C сильно отличается от случая устройства P3HT. при 120 °С. Кроме того, это представляет собой снижение тока включения на 13%. и снижение мобильности на 30% по сравнению с измеренной производительностью при 30 °C, демонстрируя способность «ингибировать ток». в условиях перегрева (здесь 120 °C).Кроме того, ПС, обладающий аналогичным коэффициентом теплового расширения с P3HT также использовался в качестве эталонного диэлектрика для сравнения тока ингибирующая способность полимера PE (как видно из рисунка S3). Устройство P3HT/PS показывает аналогичный тенденция к устройству P3HT/PE при нагреве (30–120 °C), для которого подвижность начинает уменьшаться при ∼ 80 °C. Однако для устройства P3HT/PS эффект термического торможения мобильность относительно меньше, чем у устройства P3HT/PE из-за разных коэффициентов теплового расширения между PS и ЧП.

Более того, работоспособность обоих устройств могла восстановиться вернуться к их соответствующие исходные состояния (почти одинаковые значения подвижности) когда измеренная температура охлаждается до комнатной температуры (c, d). Распознавать их восстановительная способность, серия циклов нагрева-охлаждения (пять циклов) проводили на устройствах P3HT и P3HT/PE для оценки восстановления. представление (). Оба они показали сопоставимую производительность (сосредоточившись на значениях подвижности) в тесте на езду на велосипеде, что еще больше раскрывает возможность в многоразовости устройства P3HT/PE после ингибирования при высоких внешних температура.Такое обратимое поведение наблюдается в результирующей производительности демонстрирует хорошую термочувствительность устройства P3HT/PE. Помимо, он подтверждает концепцию использования терморасширяющегося полимера для обогащения термочувствительность устройства OFET, поскольку объемное расширение или сокращение PE может эффективно модулировать перенос заряда матрицы P3HT при изменении температуры.

Средняя подвижность (а) Устройство P3HT и (b) P3HT/PE после серийного циклов нагрева-охлаждения с начальным увеличением от 30 до 120 °C (в процессе нагрева), а затем уменьшить от 120 до 30 °C (в процессе охлаждения).

2.3.2. Предлагаемый механизм для термочувствительных Поведение

Учет влияния расширения тома или сокращение PE по отношению к результирующей морфологии полученный активный канал, далее мы исследуем вариацию морфологии исследованных пленок при температуре на синхротроне широкоугольное рассеяние рентгеновских лучей со скользящим падением (GIWAXS, рис. S4). Постоянные кристаллической решетки а информация об ориентации по рассеяниям ( h 00) и (0 k 0) каждой пленки собирается после того, как она достигает желаемая температура.Как видно, паттерны GIWAXS обеих пленок представляют аналогичный пик (100) из-за ламеллярной структуры P3HT и аналогичный (010) пик рассеяния из-за π–π межцепочечной укладки P3HT, что подтверждает межмолекулярную самосборку из-за π–π-взаимодействий. Однако в P3HT/PE смешанной пленки дифракционный пик P3HT ослаблен (рисунок S4c), что указывает на то, что аморфный PE окружает ламеллярную структуру P3HT.

В табл. 3 приведены значения интервалов d исследованных пленок, определяемые соотношением d = 2π/ q *. Для нетронутых Пленка P3HT, значение интервала d показывает небольшое уменьшение ∼0,01 нм в пике суммирования π–π и отсутствие видимого изменения расстояния между пластинами после нагревания до 120 °C, тогда как смешанная пленка P3HT/PE демонстрирует противоположную тенденцию, для которой отсутствие изменения пика суммирования π–π и увеличение ∼0,6 нм в межламеллярном расстоянии наблюдаются после нагревания до 120 °С. Совершенно разные температурно-зависимые вариации наноструктур пленок P3HT и P3HT/PE объясняет их различие зависимость производительности от температуры, как наблюдается.Высокое тепловое расширение ПЭ явно наделяет производную смесь определенной термочувствительностью потому что он расширяется при повышении температуры, что еще больше разделит кристаллические домены P3HT. Без использования таких аморфных и терморасширяющийся полимер, нет никаких изменений среди кристаллических области P3HT. Вместо этого полимерные цепи сблизятся по мере повышается температура, что обеспечивает более эффективную передачу заряда между цепи, как замечено.

Таблица 3

Кристаллографические параметры Чистая пленка P3HT и смешанная пленка P3HT/PE, измеренные при различных Температура

образец температура (°C) π–π пакетирование (нм –1 ) пластинчатый расстояние (нм –1 )
P3HT 30 0.389 1,716
120 0,379 1,715
P3HT / ПЭ (2: 1) 30 0,393 1,656
120 0,393 1. 747

3. Выводы

Подводя итог, мы сообщаем простой метод разработки термочувствительных коммутация OFET с использованием активного материала, состоящего из полупроводникового полимер P3HT и терморасширяющийся полимер PE.Мы проявляем это, благодаря термисторной матрице PE характеристики полевого транзистора P3HT в значительной степени изменяются при высоких температурах (100–120 °С). Высокое объемное расширение полиэтилена при такой высокой температуре (около его T m ) эффективно увеличивает расстояние кристаллические домены P3HT, что приводит к сильному ингибированию тока. По сравнению с характеристиками, измеренными при комнатной температуре (∼30 °C), наше оптимизированное устройство P3HT/PE (с весовым соотношением 2:1). демонстрирует снижение тока включения на 13% и снижение подвижности на 30% при высокая температура 120 ° C, в отличие от нетронутого P3HT устройство.Более того, работоспособность этого устройства могла восстановиться обратно до исходного значения после охлаждения от 120 до 30 °С за счет объемное сокращение ПЭ. Это обратимое поведение производительности с температурой проявляет хорошую термочувствительность P3HT/PE устройство. Таким образом, мы успешно демонстрируем экспериментальное устройство. которые могут облегчить будущую разработку термочувствительных OFET для защиты от перегрева.

4. Экспериментальная часть

4.1. Приобретены материалы

P3HT ( M w 54 000–75 000 г/моль), PE ( M w 35 000 г/моль) и OTS. от Сигма-Олдрич.Безводный толуол (99,8%) был получен от Acros. Органика. Остальные реагенты имели квалификацию «х.ч.» и использовались без дальнейшего использования. очищение.

4.2. Изготовление и определение характеристик устройств OFET

Транзисторный переключатель был изготовлен на подложке из высоколегированного Пластина кремния n-типа с толщиной SiO 300 нм 2. Позднее поверхность субстрата был функционализирован самособирающимся монослоем OTS. Перед нанесением покрытия центрифугированием на активные слои подложку, обработанную OTS, промывают толуолом, ацетоном и изопропиловым спиртом, а затем сушат феном газообразным азотом перед использованием. Исследуемый П3ГТ и смесь П3ГТ/ПЭ (70%:30%, 50%:50% и 30%:70%) с концентрацией 8 мг/мл в толуоле. нанесение центрифугированием на подложки, обработанные OTS, для получения тонкой пленки с толщина ∼40 нм в бардачке. Термический отжиг процесс вели непрерывно при 120°С в течение 1 ч внутри перчаточный ящик. Наконец, верхний контактный золотой электрод (70 нм) был термически напылением через обычную теневую маску с длина канала ( L ) и ширина ( W ) 50 и 1000 мкм соответственно.Вся производительность устройства изготовленных транзисторов были помещены в перчаточный ящик с помощью анализатора параметров полупроводников Keithley 4200-SCS (Keithley Instruments Inc., Кливленд, Огайо, США), которая оборудовала нагревательную плиту для контроль желаемой температуры.

4.3. Характеристика

Морфология поверхности полимерных пленок были охарактеризованы с помощью контроллера Nanoscope 3D атомно-силовой микроскоп (АСМ, Digital Instruments), работавший в режим постукивания. Кроме того, изменение наноструктуры полимерная пленка с температурой измерялась на нагревательном столике in situ на линии луча BL13A1 с длиной волны 0.827 Å (15 кэВ) при угол падения 0,15° в NSRRC.

Благодарности

Авторы благодарят за финансовую поддержку Программа Featured Area Research Center в рамках Проект развития высшего образования Министерства образования (108L9006) и Министерство науки и технологий Тайваня (MOST 108-3017-F-002-002). C.-C.C и Y.-C.C. также признательны за финансовую поддержку со стороны Министерство науки и технологий Тайваня (MOST 108-2221-E-002-026-MY3 и 108-2221-E-011-047).

Вспомогательная информация доступна

Вспомогательная информация доступна бесплатно по адресу https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.9b03195.

  • Подробные характеристики OFET исследуемых устройств измерено при различных температурах от 30 до 120 °C; Кривые ДСК исходных P3HT, PE и смесей P3HT/PE при нагревании скорость 10 °С/мин; УФ-видимые спектры поглощения исследуемых полимеры в пленочном состоянии; и GIWAXS изображения исследуемых пленок отожжены при разных температурах (PDF)

Вклад авторов

Y. -Х.К. и А.-Н.А.-Д. в равной степени способствовали к этой работе.

Примечания

Авторы заявляют об отсутствии конкурирующие финансовые интересы.

Ссылки

  • Национальная ассоциация противопожарной защиты. Руководство пользователя для Nfpa 921: Руководство для расследования пожаров и взрывов, 2-е изд.; Jones and Bartlett Publishers Inc., 2006. [Google Scholar]
  • Baeg K.-J.; Нох Ю.-Ю.; Сиррингхаус Х.; Ким Д.-Ю. Контролируемые смены в пороговом напряжении полимерных полевых транзисторов с верхним затвором для приложений в органической нано-памяти с плавающими затворами.Доп. Функц. Матер. 2010, 20, 224–230. 10.1002/adfm.200

    7. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ян Ю.; Оуян Дж.; Ма Л.; Ценг Р. Дж.-Х.; Чу К.-В. Электрический Переключение и бистабильность в органических/полимерных тонких пленках и памяти Устройства. Доп. Функц. Матер. 2006, 16, 1001–1014. 10.1002/адфм.200500429. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Чжоу Ю.-Х.; Чанг Х.-К.; Лю К. -Л.; Чен В.-К. Полимерная шихта электреты хранения для энергонезависимого органического полевого транзистора запоминающие устройства. Полим.хим. 2015, 6, 341–352. 10.1039/c4py01213e. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Guo Y.; Ю Г.; Лю Ю. Функциональные органические полевые транзисторы. Доп. Матер. 2010, 22, 4427–4447. 10.1002/адма.201000740. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Хан С.-Т.; Чжоу Ю.; Рой В.А.Л. К разработка гибких Энергонезависимые воспоминания. Доп. Матер. 2013, 25, 5425–5449. 10.1002/адма.201301361. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Леонг В. Л.; Мэтьюз Н.; Тан Б.; Вайдьянатан С.; Дётц Ф.; Майсалкар С. К тонкой органической пленке, пригодной для печати устройства флэш-памяти на транзисторах. Дж. Матер. хим. 2011, 21, 5203–5214. 10.1039/c0jm03974h. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Li J.; Тан Х.-С.; Чен З.-К.; Го В.-П.; Вонг Х.-К.; Онг К.-Х.; Лю В.; Ли К.М.; Онг Б.С. Диалкилзамещенный Дитиенотиофеновые сополимеры как полимерные полупроводники для тонких пленок Транзисторы и солнечные элементы с объемным гетеропереходом. Макромолекулы 2011, 44, 690–693. 10.1021/ma102247x. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Дхар Б.М.; Озгюн Р.; Давидчик Т.; Андреу А.; Кац Х. Э. Порог сдвиг напряжения для памяти и настройки в печатных транзисторных схемах. Матер. науч. англ., р 2011, 72, 49–80. 10.1016/j.mser.2010.11.001. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Буало Н. Т.; Крэнстон Р.; Мирка Б.; Мелвилл О.А.; Лессард Б. Х. Металлический фталоцианин органические тонкопленочные транзисторы: изменения электрических характеристик и стабильность в ответ на температуру и окружающую среду. RSC Adv. 2019, 9, 21478–21485. 10.1039/c9ra03648b.[CrossRef] [Google Scholar]
  • Mannsfeld S. C. B.; Тройник Б.-К. К.; Столтенберг Р. М.; Чен С.В.Х.-Х.; Барман С.; Мьюир Б.В.О.; Соколов А. Н.; Риз С.; Бао З. Высокочувствительное гибкое давление датчики с микроструктурированной резиной диэлектрические слои. Нац. Матер. 2010, 9, 859–864. 10.1038/nmat2834. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Мок С. М.; Ян Ф.; Чан Х.Л.В. Органический фототранзистор на основе поли(3-гексилтиофена)/TiO2 композит из наночастиц. заявл. физ. лат. 2008, 93, 023310.10.1063/1.2957981. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Чанг Дж.; Пу Х.; Уэллс С.А.; Ши К.; Го Х.; Чжоу Г.; Суй Х.; Рен Р .; Мао С.; Чен Ю.; Hersam MC; Чен Дж. Полуколичественный расчет черного фосфорного полевого транзистора сенсоры для обнаружения ионов тяжелых металлов в водных средах. Мол. Сист. Дес. англ. 2019, 4, 491–502. 10.1039/c8me00056e. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Кнопфмахер О.; Гамак М. Л.; Эпплтон А.Л.; Шварц Г.; Мэй Дж.; Лей Т .; Пей Дж.; Бао З. Полевой эффект высокостабильного органического полимера транзисторный датчик для селективного обнаружения в морской среде.Нац. коммун. 2014, 5, 2954–2963. 10.1038/ncomms3954. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Roberts M. E.; Маннсфельд SCB; Керальто Н.; Риз С.; Локлин Дж.; Нолл В.; Бао З. Водостойкие органические транзисторы и их применение в химических и биологических сенсорах. проц. Натл. акад. науч. США. 2008, 105, 12134–12139. 10.1073/пнас.0802105105. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Wei C. ; Шривастава Д.; Чо К. Коэффициенты теплового расширения и диффузии углеродных нанотрубок-полимерных композитов.Нано лат. 2002, 2, 647–650. 10.1021/nl025554+. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Чен З.; Пфаттнер Р.; Бао З. Характеристика и понимание термочувствительных полимерных композитов на основе шиповидных наноструктурированных Наполнители. Доп. Электрон. Матер. 2017, 3, 1600397.10.1002/элм.201600397. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Яновак Л.; Дерновиц А.; Мерай Л.; Деак Б.; Себок Д.; Чапо Э.; Варга А.; Декани И.; Янакий С. Микроструктурирование поли(3-гексилтиофена) приводит к бифункциональным супергидрофобным и фотореактивным поверхностям.хим. коммун. 2018, 54, 650–653. 10.1039/c7cc07671a. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Bishop CAProcess Diagnostics и характеристики покрытия. В вакуумном осаждении на паутине, пленке и фольге, 3-е изд.; Епископ CA, изд.; Уильям Издательство Эндрю: Бостон, 2015 г .; Глава 5, стр. 85–128. [Google Scholar]
  • Лу Г.; Блейксли Дж. ; Химмельбергер С.; Пингел П.; Фриш Дж.; Либервирт И.; Зальцманн И.; Охзельт М.; Ди Пьетро Р.; Саллео А.; Кох Н.; Неер Д. Умеренные допинги приводят к высоким характеристикам транзисторов из смеси полимеров полупроводник/изолятор.Нац. коммун. 2013, 4, 1588–1595. 10.1038/ncomms2587. [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван С.; Фабиано С.; Химмельбергер С.; Пузинас С.; Криспин X .; Саллео А.; Берггрен М. Экспериментальный доказательства того, что ближний межмолекулярной агрегации достаточно для эффективного переноса заряда в сопряженных полимерах. проц. Натл. акад. науч. США. 2015, 112, 10599–10604. 10.1073/пнас.1501381112. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [CrossRef] [Google Scholar]
  • Brown P. J.; Томас Д.С.; Кёлер А.; Уилсон Дж. С.; Ким Ж.-С.; Рамсдейл К.М.; Сиррингхаус Х.; Друг Р. Х. Эффект интерчейна взаимодействия на поглощение и испускание поли(3-гексилтиофена). физ. Преп. B: Конденсирует. Материя Матер. физ. 2003, 67, 064203.10.1103/физревб.67.064203. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ван В. ; Тан В.; Чжао Дж.; Бао Б.; Син Х .; Го Х.; Ван С.; Лю Ю. Исследование транспорта собственного заряда в тонких пленках индаценодитиофен-со-бензотиадиазола. АИП Пров. 2017, 7, 125314.10.1063/1.5001986. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Мозер А.Дж.; Сарифцифци Н.С.; Пиврикас А.; Остербака Р.; Юшка Г.; Брассат Л.; Бесслер Х. Носитель заряда подвижность региорегулярного поли(3-гексилтиофена), определяемая переходным методы проводимости: сравнительное исследование. физ. Преп. B: Конденсирует. Материя Матер. физ. 2005, 71, 035214.10.1103/физревб.71.035214. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Ma W.; Ян С .; Хигер А.Дж. Пространственный анализ преобразования Фурье морфологии объемных гетеропереходных материалов, используемых в «пластике» Солнечные батареи. Доп. Матер. 2007, 19, 1387–1390.10.1002/адма.200601933. [CrossRef] [Google Scholar]
  • Thao T. T.; Трунг Т. К.; Чыонг В.-В.; Дин Н. Н. Повышение мощности эффективность и стабильность органических солнечных элементов на основе P3HT при повышенных рабочих температур за счет использования нанокомпозитного фотоактивного слоя.

Author:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.