Схемы импульсных блоков питания на полевом транзисторе: Импульсный блок питания 250 Ватт

Содержание

Импульсный лабораторный блок питания на TL494


Импульсный блок питания или линейный. История вопроса

Наверно ни для кого не секрет, что большинство специалистов, радиолюбителей и просто технически грамотных покупателей источников питания с опаской относятся к импульсным блокам питания, отдавая предпочтение линейным.

Причина проста и понятна. Репутация импульсных блоков питания серьезно подорвана еще в 80-х годах, во времена массовых отказов отечественных цветных телевизоров, низкокачественной импортной видеотехники, оснащенных первыми импульсными блоками питания.

Что мы имеем на сегодняшний день? Практически во всех современных телевизорах, видеоаппаратуре, бытовой технике, компьютерах используются импульсные блоки питания. Все меньше и меньше сфер применения линейных (аналоговых, параметрических) источников. Линейный источник электропитания сегодня в бытовой аппаратуре практически не найдёшь. А стереотип остался. И это не консерватизм, несмотря на бурный прогресс электроники, преодоление стереотипов происходит очень медленно.

Давайте попробуем объективно посмотреть на сегодняшнее положение и попробуем изменить мнение специалистов. Рассмотрим «стереотипные» и присущие импульсным блокам питания недостатки: сложность, ненадёжность, помехи.

Импульсный блок питания. Стереотип «сложность»

Да, импульсные блоки питания сложные, точнее сказать сложнее аналоговых, но намного проще компьютера или телевизора. Вам не нужно разбираться в их схемотехнике, так же как и в схемотехнике цветного телевизора. Оставьте это профессионалам. Для профессионалов там нет ничего сложного.

Импульсный блок питания. Стереотип «ненадёжность»

Элементная база импульсного блока питания не стоит на месте. Современная комплектация, применяемая в импульсных блоках питания, позволяет сегодня с уверенностью сказать: ненадёжность – это миф. В основном надежность импульсного блока питания, как и любого другого оборудования, зависит от качества применяемой элементной базы.

Чем дороже импульсный блок питания, тем дороже элементная база в нем. Высокая интеграция позволяет реализовать большое количество встроенных защит, которые порой недоступны в линейных источниках.

Импульсный блок питания. Стереотип «помехи»

В схемотехнике импульсных блоков питания заложено формирование мощных импульсов и затухающих колебаний в обмотках трансформатора. Эти коммутационные процессы предопределяют широкий спектр паразитного излучения. Поэтому корпус и соединительные провода источника могут стать антенной для излучения радиопомех. Но если конструкция импульсного блока питания тщательно проработана, о помехах можно забыть. Кроме этого, благодаря современным технологиям импульсные блоки питания позволяют существенно сгладить пульсации сетевого напряжения.

Высокое напряжение и не только

А какие достоинства импульсного блока питания?

Импульсный блок питания. Высокий КПД

Высокий КПД (до 98%) импульсного блока питания связан с особенностью схемотехники. Основные потери в аналоговом источнике это сетевой трансформатор и аналоговый стабилизатор (регулятор). В импульсном блоке питания нет ни того ни другого. Вместо сетевого трансформатора используется высокочастотный, а вместо стабилизатора — ключевой элемент. Поскольку основную часть времени ключевые элементы либо включены, либо выключены, потери энергии в импульсном блоке питания минимальны. КПД аналогового источника может быть порядка 50 %, то есть половина его энергии (и ваших денег) уходит на нагрев окружающего воздуха, проще говоря, улетают на ветер.

Импульсный блок питания. Небольшой вес

Импульсный блок питания имеет меньший вес за счет того, что с повышением частоты можно использовать трансформаторы меньших размеров при той же передаваемой мощности. Масса импульсного блока питания в разы меньше аналогового.

Импульсный блок питания. Меньшая стоимость

Спрос рождает предложение. Благодаря массовому выпуску унифицированной элементной базы и разработке ключевых транзисторов высокой мощности сегодня мы имеем низкие цены силовой базы импульсных блоков питания. Чем больше выходная мощность, тем дешевле стоит источник по сравнению со стоимостью аналогичного линейного источника. Кроме того, главные компоненты аналогового источника (медь, железо трансформатора, радиаторы из алюминия) постоянно дорожают.

Импульсный блок питания. Надёжность

Вы не ослышались, надежность. На сегодняшний момент импульсные блоки питания надёжнее линейных за счет наличия в современных блоках питаниях встроенных цепей защиты от различных непредвиденных ситуаций, например, от короткого замыкания, перегрузки, скачков напряжения, переполюсовки выходных цепей.

Высокий КПД обуславливает меньшие теплопотери, что в свою очередь обуславливает меньший перегрев элементной базы импульсного блока питания, что так же является показателем надёжности.

Импульсный блок питания. Требования к сетевому напряжению

Что творится в отечественных электросетях, вы наверно знаете не понаслышке. 220 Вольт в розетке скорее редкость, чем норма. А импульсные блоки питания допускают широчайший диапазон питающего напряжения, недостижимого для линейного. Типовой нижний порог сетевого напряжения для импульсного блока питания — 90…110 В, любой аналоговый источник при таком напряжении в лучшем случае «сорвется в пульсации» или просто отключится.

Итак, импульсный или линейный? Выбор в любом случае за вами, мы лишь хотели помочь вам объективно взглянуть на импульсные блоки питания и сделать правильный выбор. Только не забывайте, что качественный источник – это источник сделанный профессионально, на базе качественных комплектующих. А качество это всегда цена.

Бесплатный сыр только в мышеловке. Впрочем последняя фраза в равной мере относится к любому источнику, и к импульсному и к аналоговому.

Принципиальная схема ЛБП 0-30В

Более подробно про номиналы радиоэлементов к данной схеме смотрите на форуме.

Рисунок печатной платы БП

Технические характеристики блока питания

  • Входное напряжение: ……………. переменное 25 В
  • Входной ток: ……………. 3 A (Макс.)
  • Выходное напряжение: …………. 0 до 30 В регулируемое
  • Выходной ток: …………. 2 мА — 3 A регулируемый
  • Пульсации выходного напряжения: …. не более 0.01 %

Начнем с сетевого трансформатора со вторичной обмоткой мощностью 24 В/3 A, который подключен через входные контакты 1 и 2. Переменное напряжение вторичной обмотки трансформаторов выпрямляется мостом, образованным четырьмя диодами D1-D4. Напряжение постоянного тока, на выходе моста сглаживается фильтром из конденсатор C1 и резистора R1.

Далее схема работает следующим образом: диод D8 — стабилитрон 5,6 В, здесь работает с нулевым током. Напряжение на выходе U1 постепенно увеличивается до его включения. Когда это происходит, схема стабилизируется и опорное напряжение (5,6 В) проходит через резистор R5. Ток, который течет через инвертирующий вход ОУ является незначительным, поэтому один и тот же ток проходит через R5 и R6, и, как два резисторы имеют то же самое значение напряжения между двумя из них в серии будет ровно в два раза больше напряжения по каждой из них. Таким образом, напряжение на выходе ОУ (выв. 6 U1) 11,2 В, в два раза больше опорного напряжения стабилитрона. ОУ U2 имеет постоянный коэффициент усиления примерно 3 по формуле A=(R11+R12)/R11, и поднимает контрольное напряжение 11.2 В до 33 В. Переменник RV1 и резистор R10 используются для регулировки выходного напряжения таким образом, что оно может быть снижено до 0 вольт.

Другой важной особенностью схемы является возможность задать максимальный выходной ток, который можно преобразовать от источника постоянного напряжения на постоянном токе. Чтобы сделать это возможным схема отслеживает падение напряжения на резисторе R25, который соединен последовательно с нагрузкой.

Ответственным за эту функцию есть элемент U3. Инвертирующий вход U3 получает стабильное напряжение.

Конденсатор C4 увеличивают устойчивость схемы. Транзистор Q3 используется для обеспечения визуальной индикации ограничителя тока.

Теперь давайте рассмотрим основы построения электронной схемы на печатной плате. Она изготавливается из тонкого изоляционного материала, покрытого тонким слоем проводящей меди таким образом, чтобы сформировать необходимые проводники между различными компонентами схемы. Использование правильно спроектированной печатной платы — это очень важно, так как это ускоряет монтаж и значительно снижает вероятность допущения ошибок. Для защиты от окисления медь желательно лудить и покрыть специальным лаком.

В этом приборе лучше использовать цифровой измеритель, в целях повышения чувствительности и точности контроля напряжения выхода, так как стрелочные индикаторы не могут чётко зафиксировать небольшое (на десятки милливольт) изменение напряжения.

Регулируемый блок питания. Часть 2. Разработка печатной платы.

Здравствуйте уважаемые читатели сайта . В первой части статьи мы вместе разобрались с работой блока питания, а также определились, какие нужны детали для его изготовления. В этой части разработаем и нарисуем печатную плату на бумаге.

Печатку будем делать дедовским способом. По-современному я попробовал и мне не понравилось. Уж больно много надо дополнительных приспособлений и навыков, плюс, изучение программы, в которой рисуется печатная плата, специальная бумага, на которую надо наносить рисунок специальным образом и тонером, а затем все это гладить утюгом, и только потом вытравливать.

А если промахнулся с тонером, бумагой, или не догладил, то приходится дорисовывать дорожки фломастером вручную. Одним словом геморрой и трата времени. Но это мое личное мнение. Во всяком случае Вам надо попробовать и понять дедовский метод, так как все с него начинали. А как поймете сам процесс, тогда вперед на освоение современных технологий.

Берем обычный тетрадный лист в клеточку, и в верхней части рисуем схему. Если схема большая, то можно этого не делать, главное, чтобы она была перед глазами.

Все электрические и принципиальные схемы рисуются и читаются слева направо, поэтому рисовать дорожки и компоновать детали на плате будем также слева направо.

Теперь запоминайте

: обратная сторона бумаги является стороной платы, на которой будут установлены радиодетали. А сторона бумаги, на которой рисуются дорожки – это будет сторона печатной платы со стороны дорожек.

Поехали. Выбираем середину листа бумаги. Берем конденсатор С1

и ножками слегка вдавливаем в лист, чтобы от них остались следы на бумаге. Карандашом рисуем габарит конденсатора и его условное обозначение, а ручкой отмечаем выводы.

Еще момент. Если у Вас конденсатор горизонтального исполнения, или слишком большой, то его нет смысла крепить на плате, так как она будет слишком большой. Достаточно сделать два отверстия под выводы, и уже при монтаже, проводами соединим конденсатор с платой.

Здесь же рядом с конденсатором, располагаем диодный мост, состоящий из диодов VD1


VD4
. Выложите на бумагу все четыре диода и определитесь, как и где они будут находиться на плате. Мне показалось, что удобным будет разместить их под конденсатором.

Берем два диода и загибаем их выводы, как показано на средней части рисунка. Можно диодами надавливать на бумагу, как это делали конденсатором, а можно просто положить диоды рядом друг с другом и выводы отметить ручкой, при этом оставляйте расстояние между корпусами диодов. Достаточно будет 1мм.

Расстояние между выводами под резисторы, диоды и постоянные конденсаторы делайте на 1мм шире, чем есть на самом деле. Пусть будет шире, чем уже.

Между парой точек рисуем обозначение диода, как на правой части рисунка.

Теперь в кучу «собираем» диодный мост

и
конденсатор
. Верхние два диода соединяем
анодами
, а нижние два диода
катодами
— это будет выходная часть моста (рис
№1
). Далее,
катод
первого диода соединяем с
анодом
четвертого диода, а
катод
второго диода соединяем с
анодом
третьего — это будет входная часть моста (рис
№2
).

Отмечаем два отверстия для подачи переменного напряжения и обязательно указываем, что это будет «вход

» (рис
№3
). Ну и определяемся с плюсовым выводом конденсатора
C1
. Выводы диодного моста «плюс» и «минус» соединяем с аналогичными выводами конденсатора (рис
№4
).

Следующим по схеме идут резистор R1

и диод
VD5
. Кладем их на лист бумаги (рис
№1
), размечаем, как они будут располагаться на плате, отмечаем выводы и рисуем условные обозначения резистора и диода, как показано на рисунке
№2
. Внутри резистора указываем его номинал. В нашем случае это
10кОм
.

Теперь согласно схеме эти элементы соединяем между собой дорожками. На рисунке №3

эти дорожки указаны стрелками.

У нас получается, что по схеме «минус» от конденсатора С1

приходит на верхний вывод резистора
R1
, значит, соответствующий вывод конденсатора соединяем дорожкой с соответствующим выводом резистора.

Нижний вывод резистора R1

и катод диода
VD5
соединены между собой, значит, соединяем эти выводы дорожкой (средняя стрелка). Ну и анод диода
VD5
соединяем с плюсом диодного моста. Надеюсь, принцип понятен? Идем дальше.

Следующими в схеме идут транзистор VT1

, стабилитрон
VD6
и резистор
R2
. Кладем новые и предыдущие детали (резистор R1 и диод VD5) на бумагу, располагаем их, размечаем положение, и отмечаем отверстия под выводы. У резистора указываем номинал
360 Ом
, а у транзистора отмечаем выводы
базы
,
коллектора
и
эмиттера
.

Теперь эти элементы соединяем согласно схеме. Базу транзистора соединяем с резистором R1

и катодом диода
VD5
(рис
№1
). Анод стабилитрона
VD6
соединяем с нижним выводом резистора
R2
(рис
№2
), и с коллектором транзистора
VT1
(рис
№3
). Верхний по схеме вывод резистора
R2
соединяем с верхним выводом резистора
R1
или минусовой шиной (рис
№3
).

Следующим идет переменный резистор R3

. Его на плате крепить не будем, а сделаем только три отверстия под выводы. Резистор, как и конденсатор, соединять с платой будем проводами.

Кладем на бумагу стабилитрон VD6

и рядом с ним отмечаем три отверстия (рис
№1
). Анод и катод стабилитрона соединяем с верхним и нижним выводами переменного резистора (рис
№2
). И здесь же, катод стабилитрона
VD6
соединяем с анодом диода
VD5
и общей плюсовой шиной (рис
№2
).

Следующими по схеме идут управляющий транзистор VT2

и его нагрузочный резистор
R4
. Кладем их на бумагу, размечаем и отмечаем (рис
№1
и
№2
). Средний вывод переменного резистора
R3
соединяем с базой транзистора
VT2
. Верхний вывод резистора
R4
соединяем с эмиттером транзистора
VT2
, а нижний вывод резистора
R4
– с нижним выводом переменного резистора
R3
и плюсовой шиной.

Теперь размечаем отверстия для мощного транзистора VT3

. Он так же, как и резистор
R3
, не будет располагаться на плате, а соединяться с ней проводами. Базу транзистора
VT3
соединяем с эмиттером транзистора
VT2
. Коллектор
VT3
соединяем с коллектором
VT2
, верхним выводом резистора
R2
и общей минусовой шиной (рис
№3
).

Нам осталось определиться с расположением нагрузочного резистора R5

и до конца соединить оставшиеся детали. Верхний вывод резистора
R5
соединяется с эмиттером транзистора
VT3
и эмиттером транзистора
VT1
, а нижний вывод резистора
R5
соединяется с резистором
R4
и плюсовой шиной.

Не забываем отметить два отверстия под выходные гнезда ХТ1

и
ХТ2
.

Ну вот, Вы разработали и нарисовали на бумаге (пока еще) свою первую печатную плату. Но это только начало, так как ее еще надо довести до ума. А это: проверить на ошибки, просверлить отверстия под детали, нанести рисунок дорожек на медную поверхность, затем плата вытравливается в хлорном железе, после вытравливания наносится припой на дорожки, и только потом на плату припаиваются детали. Всем этим займемся в следующей части. Удачи!

Мощность и автономное время работы

Существуют различные по мощности типы устройств:

  1. Устройства большой мощности, более 5000 ВА. Такие мощности позволяют обеспечить безопасностью серверы и целую группу компьютеров;
  2. Элементы средней мощности, в пределах 1000 – 5000 ВА. Такого рода аппараты применимы для малых серверов и локальных сетей;
  3. Аппаратура малой мощности, менее 1000 ВА. Применяются в основном для домашнего использования.

Рекомендуется для более корректной работы ИБП, выбирать его мощность на 25-35% больше подключаемого к нему устройства. В случае модернизации своего компьютера, этот запас позволит не переплачивать за новый, более мощный ИБП. Мощность указывается на задней стенке блока питания.

Довольно частой причиной повреждения «бесперебойников» являются различные насекомые, которые любят находиться в теплых местах. В помещениях, где сконцентрировано большое количество компьютерных машин, должна проводиться регулярная дезинсекция.

Существуют различные диапазоны длительности работы источников БП. Они колеблются (2 – 15 минут):

  1. Для домашнего «бесперебойника» наилучшим будет источник, длительность работы которого около 10 минут;
  2. Для корпоративной работы выбираются ИБП по длительности в зависимости от объемов и мощностей используемых машин.

Множество электрических приборов способны выдержать перепады напряжения, длительностью порядка 100 мс. Многие ИБП переключаются за 6-11 мс. Чем меньше время переключения, тем лучше.

Следует не забывать при выборе бесперебойного источника о защите периферийных устройств (принтера, сканера и т.п.).

Одним из таких специализированных генераторов является микросхема IR2153, из себя представляет высоковольтный полумостовой драйвер — одна из самых любимых моих микросхем. Микросхема отлично работает с полевыми транзисторами, даже с довольно тяжелыми затворами, она имеет встроенный драйвер для управления силовых ключей, следовательно городить дополнительный драйвер, как в случае TL494 не нужно.

В качестве силовых ключей я взял любимые IRF840, можно и 740, они даже мощнее, но от меня требовалось получить мощность в районе 500 ватт, для запитки усилителя ланзар, а с указанными ключами это вполне возможно.

Мощность схемы, как сказал выше — 500 ватт (реальная мощность 470 ватт, расчетная, чуть больше 600 ватт). особенность этой схемы — наличие защиты, которая срабатывает очень точно. Защита настраивается переменным резистором — на любой угодный ток срабатывания. Для наиболее точной настройки этот резистор нужно взять многооборотный, номинал резистора не критичен, может отклонятся в ту или иную сторону на 1-1.5кОм.

Светодиодный индикатор срабатывает только тогда, когда блок ушел в защиту. В режиме защиты блок может находится бесконечно долго

Второе достоинство — система плавного пуска и задержки. При включении схемы в сеть 220 Вольт через резистор 2W 22R заряжается основной электролит и за доли секунды ( с незначительной задержкой) открывается составной транзистор KSP13 и замыкается электромагнитное реле. Реле с напряжением катушки 12 Вольт , с током желательно 10 и более Ампер (лично я взял на 20 Ампер). В моем случае, рабочая частота генератора в районе 47-48кГц, трансформатор рассчитан по программе.

Для двухполярного 60 Вольт на выходе, первичная обмотка (сетевая) намотана двумя жилами провода 0,7 мм (каждая) и состоит из 36 витков, намотку делал в два слоя.

Вторичка имеет 2 независимые обмотки, каждая из них имеет отвод от середины. Каждая обмотка состоит из 2х18 витков, намотана 4-я жилами провода 0,7мм, тоже самое и со второй вторичкой В качестве выпрямителя применены диодные сборки Шоттки с общим катодом, ток каждого диода не менее 10 Ампер при обратном напряжении не менее 100 Вольт, лучше взять на 200.

В конце все силовые части (диоды, полевики) укрепляются к общему теплоотводу, не забываем их изолировать слюдяными прокладками и шайбами

Основной диодный мост по входу брать с обратным напряжением 600-1000 Вольт, с допустимым током не менее 4-х Ампер, а лучше взять с запасом, скажем на 6 Ампер. Аналогичные мосты можно найти в комповых блоках питания.

Основной электролит на 400 Вольт, с емкостью 220-330мкФ Ну на этом думаю все понятно, схему уже несколько раз повторил — работает отменно.

Скачать архив можно тут

Обсудить на Форуме

Стабилизаторы напряжения на полевых транзисторах: схема включения и регулировки

Для корректной функциональности многих электротехнических устройств необходимо поддержание определенных рабочих параметров сети питания. Выход напряжения за границы нормированного диапазона сопровождается ухудшением КПД. Импульсные помехи провоцируют сбои. Исправить ситуацию поможет стабилизатор тока на полевом транзисторе схема которого представлена в этой публикации.

Мощный блок питания на полевом транзисторе

Принцип стабилизации тока

Целевое назначение специальной схемы – регулирование источника питания в автоматическом режиме для поддержания стабильных параметров цепей нагрузки. Основной компонент – достаточно мощный полупроводниковый прибор, ограничитель силы тока на выходе блока питания.

Требования к управляющему элементу

Критерии выбора можно сформулировать, если известны параметры силы тока (ампер). Однако даже без конкретного технического задания несложно перечислить базовые требования:

  • ток в контрольной цепи поддерживается с определенной точностью;
  • следует компенсировать перепады потребляемой мощности;
  • корректирующие изменения должны выполняться достаточно быстро;
  • для автоматической настройки оптимального режима и улучшения защиты от помех нужна организация обратной связи.

Суть стабилизации

Для уточнения функциональности управляющего элемента необходимо отметить особенности типичной нагрузки. Интенсивность излучения светодиода, например, существенно зависит от температуры в процессе эксплуатации. Соответствующим образом изменяется мощность потребления. При увеличении тока уменьшается напряжение.

Важно! Если установить обратную связь (отрицательную), отмеченное изменение будет регулировать рабочий режим управляющего устройства. В частности, при увеличении напряжения между затвором и стоком полевого транзистора ток через исток уменьшается. Тем самым без иных дополнительных действий обеспечивается стабилизация выходных параметров источника.

Выбор схемы включения

На практике применяют разные инженерные решения. В частности, для подключения светодиодных светильников производители предлагают импульсные источники питания. Эти устройства выполняют свои функции с помощью частотного преобразования и модуляции сигнала. Для управления ключом устанавливают микросхемы. Для дозированного накопления энергии используют дроссель.

Импульсный стабилизатор тока

Для упрощения в данной статье рассмотрена линейная стабилизация. Устройства, созданные по этой схеме, не создают сильные электромагнитные помехи. В этом – главное отличие от импульсных аналогов.

Работа стабилизаторов тока

Минимальное количество функциональных элементов в схемах этой категории подразумевает разумную стоимость. При выборе такого варианта нетрудно изучить рабочие режимы, особенности настройки.

Особенности полевых структур

В радиотехнических приборах этого типа p-n переходы расположены особым образом. Для регулировки прохождения тока через центральный канал изменяются напряжение и соответствующее электромагнитное поле. Разницу потенциалов создают на стоке и затворе.

Принцип действия полевого и биполярного транзисторов

На рисунке показаны принципиальные отличия, по сравнению с биполярным транзистором. При использовании полевой структуры управляющий ток отсутствует, а входное сопротивление становится значительно больше. При такой схеме прибор потребляет минимум энергии, но не способен обеспечить усиление сигнала. Впрочем, для решения обозначенной задачи (стабилизации) увеличивать напряжение не нужно.

Принцип управления переходом

В области между зонами р типа формируется канал. Для прохождения тока создается разница потенциалов «сток-исток». Управляют переходом изменением напряжения «затвор-исток» – Uзи.

Устройство и работа полевого транзистора

Для изучения функциональности полевого транзистора можно рассмотреть две схемы подключения. В первом варианте соединяют исток и затвор проводником, выравнивая соответствующий потенциал: Uзи= 0. Повышением напряжения Uси (сток-исток) обеспечивают прохождение тока в рабочей зоне.

Напряжение равно нулю

В показанном на рисунке состоянии прибор функционирует как типичный проводник. Специфическое название на графике «Омическая область» определяет зону пропорционального увеличения силы тока по мере увеличения разницы потенциалов. При переходе в режим насыщения количества свободных зарядов недостаточно для поддержания отмеченного изменения.

Уменьшение потенциала на затворе

На этом рисунке канал прохождения зарядов сужают дополнительным источником питания, который уменьшает Uзи<0. На определенном уровне (напряжение отсечки) ток не проходит.

Устройство полевого транзистора

На рисунке показаны зоны p и n типа. Регулировкой напряжения Uси изменяют сопротивления канала (силу тока). Как показано выше, при необходимости можно закрыть эту цепь.

Полевые транзисторы в стабилизаторах тока

В идеальном примере источник питания обеспечивает стабильность тока, если электрическое сопротивление цепи нагрузки меняется от нуля (КЗ) до бесконечности. Однако в действительности рабочие параметры проводимости (напряжения) ограничены определенным диапазоном. Схема на полевом транзисторе с последовательным подключением к зарядному устройству, солнечной батарее или другому «реальному» источнику обеспечит поддержание тока в линии на заданном уровне.

Пример стабилизатора на полевом транзисторе

При создании радиотехнических устройств с применением ламп типовой анодный блок питания не обеспечивает необходимую стабильность выходных параметров. Добавление резистора в цепь увеличивает потери, не позволяет точно корректировать изменение мощности в нагрузке.

Электрическая схема простого стабилизатора

Своими руками несложно собрать этот стабилизатор тока на полевом транзисторе. С его помощью обеспечивается точность заданных параметров в диапазоне не более 6% от номинала.

Видео

cxema.org — Три хороших блока питания на 5 вольт

5 вольт – одно из самых широко используемых напряжений. От этого напряжения питается большинство программируемых и непрограммируемых микроконтроллеров, всевозможных индикаторов и тестеров. Кроме того 5 вольт используется для зарядки всевозможных гаджетов: телефонов, планшетов, плееров и так далее. Я уверен, что каждый радиолюбитель может придумать множество применений этому напряжению. И в связи с этим я подготовил для вас три хороших на мой взгляд варианта блоков питания со стабилизированным выходным напряжением 5 вольт.

Первый вариант – самый простой.

Этот вариант отличается минимальным количеством используемых деталей, крайней простотой сборки и невероятной ‘живучестью’ – блок почти нереально убить. Итак перейдем к схеме.

Эта схема срисована с недорогой зарядки телефона, обладает стабилизацией выходного напряжения и способна выдавать ток до 0.5 А. На самом деле блок может выдавать и больше, но при повышении тока на выходе начинает срабатывать защита от перегрузки и выходное напряжение начинает уменьшаться. Защита от перегрузок и КЗ реализована на резисторе 10 ом в цепи эмиттера силового транзистора и маломощном транзисторе s9014. При повышении тока через первичную обмотку трансформатора на эмиттерном резисторе создается падение напряжения, достаточное для открытия s9014, который в свою очередь притягивает базу силового транзистора к минусу, тем самым закрывая его и уменьшая длительность импульсов через первичную обмотку. При изменении номинала данного резистора можно увеличить или уменьшить ток срабатывания защиты. Сильно увеличивать не стоит, так как это повлечет за собой повышение нагрева силового транзистора и увеличит вероятность выхода последнего из строя.

Стабилизация выполнена на распространенном оптроне pc817 и на стабилитроне 3.9 В (при изменении номинала которого можно менять выходное напряжение). При превышении выходного напряжения, светодиод оптрона начинает светиться ярче, вызывая повышение тока через транзистор оптрона на базу s9014 и, как следствие, закрытие силового ключа. При уменьшении выходного напряжения, наоборот, транзистор оптрона начнет закрываться и s9014 не будет обрывать импульсы на базе силового ключа, тем самым увеличивая их длительность и, соответственно, увеличение выходного напряжения.

Особое внимание стоит уделить намотке трансформатора. Это зачастую является фактором, отталкивающим новичков от импульсных блоков питания. Итак, поскольку блок однотактный, нам потребуется трансформатор с немагнитным зазором между половинками сердечника. Зазор нужен для быстрого размагничивания сердечника и для предотвращения вхождения феррита в насыщение. Расчет трансформатора в идеале надо проводить в специальных программах, но для тех, кому этого делать не хочется, скажу, что в таких маломощных блоках питания первичная обмотка состоит из 190-220 витков провода 0.08-0.1мм. Грубо говоря, чем больше сердечник, тем меньше витков. Поверх первички в том же направлении мотается базовая обмотка. Она состоит из 7 – 15 витков того же провода. И в конце уже более толстым проводом мотается вторичка. Число витков 5-7. Крайне важно мотать все обмотки в одном направлении и помнить, где начало и конец. На схеме и на плате (которую можете скачать тут ) точками указаны начала обмоток.

По схеме тут больше добавить нечего, она довольно простая и не требует особых навыков для сборки. Все компоненты можно изменять в пределах 25%, блок прекрасно будет работать. Силовой транзистор можно ставить любой обратной проводимости, соответствующей мощности и с расчетным напряжением коллектора не менее 400 вольт. Базовый транзистор – любой маломощный NPN с такой же цоколёвкой, как и s9014.

Данный блок мощно применять там, где не нужен высокий ток, а нужна компактность, например для питания Arduino или для зарядки устройств с аккумуляторами небольшой ёмкости. Из плюсов данного бп можно отметить компактность, наличие защиты и стабилизации и, конечно, простоту сборки. Из минусов, пожалуй, только малая выходная мощность, которую кстати можно поднять, увеличивая ёмкость входного фильтрующего конденсатора.

Блок кстати выглядит так:

Второй вариант – более мощный.

Этот вариант очень похож на предыдущий, но мощнее. Блок имеет доработанную обратную связь и, следовательно, лучшую стабилизацию. Давайте взглянем на схему.

Схема представляет собой блок дежурного питания компьютерного бп. В отличие от предыдущей схемы в этой более мощный силовой транзистор, большая ёмкость входного фильтрующего конденсатора и, самое главное, трансформатор с большей габаритной мощностью. Всё это как раз и влияет на выходную мощность. Ещё в данной схеме, в отличие от первой, сделана нормальная стабилизация на TL431 – источнике опорного напряжения.

Принцип работы тут такой же, как и у предыдущего варианта. Через резистор 560 кОм на базу силового ключа подается начальное напряжение смещения, он приоткрывается и через первичную обмотку начинает течь ток. Нарастание тока в первичке вызывает нарастание тока во всех остальных обмотках, значит ток, возникающий в базовой обмотке, будет ещё сильнее открывать транзистор, и этот процесс продолжиться до тех пор, пока транзистор полностью не откроется. Когда он откроется, ток через первичку перестанет изменяться, а значит на вторичке перестанет течь и транзистор закроется и цикл будет повторяться.

Про работу защиты по току и стабилизации я подробно рассказал выше и не вижу смысла повторяться, так как тут всё работает точно так же.

Поскольку этот блок питания сделан на основе дежурки компьютерного блока, трансформатор я использовал готовый и не перематывал. Трансформатор EEL-19B. Расчетная габаритная мощность 15 – 20 Вт.

Как и в предыдущей схеме номиналы компонентов можно отклонять в пределах 25%, так как в разных компьютерных бп эта схема прекрасно работает с разными компонентами. Этот экземпляр, благодаря выходному току в 2 А можно использовать как зарядку для телефонов и планшетов или для прочих потребителей, требующих большой ток. Из плюсов данной конструкции можно отметить простоту добычи радиодеталей, ведь наверняка у каждого есть нерабочий блок питания от старого компа или телевизора, а там элементарной базы хватит на 3 – 4 таких бп. Так же плюсом можно считать немалый выходной ток и неплохую стабилизацию. Из минусов справедливо можно отметить размер платы (она довольно высокая из-за трансформатора) и возможность свиста при холостом ходу. Свист может появиться из-за неисправности какого-либо элемента, либо просто из-за слишком низкой частоты преобразования на холостом ходу. Под нагрузкой частота увеличивается.

Блок выглядит вот так:

Третий вариант – самый мощный.

Этот вариант для тех, кому нужна огромная мощность и прекрасная стабилизация. Если вам не жалко пожертвовать компактностью, этот блок специально для вас. Итак, смотрим схему.

В отличие от предыдущих двух вариантов, в этом применяется специализированный ШИМ – контроллер UC3843, который, в отличие от транзисторов, как ни как умеет менять ширину импульсов и специально сделан для применения в однотактных блоках питания. Также у UCшки частота не меняется в зависимости от нагрузки и её можно четко рассчитать в специализированных калькуляторах.

Итак принцип работы. Начальное питание поступает через резистор 300 кОм на 7 ножку микросхемы, она запускается и начинает генерировать импульсы, которые выходят с 6 ножки и идут на полевик. Частота этих самых импульсов зависит от элементов Rt и Ct. С указанными компонентами частота на выходе 78,876 кГц. Вот кстати устройство микросхемы:

На этой микросхеме очень удобно реализовывать защиту по току, у неё для этого есть специальный вывод – current sense. При напряжении больше 1 вольта на этой ножке сработает защита и контроллер снизит длительность импульсов. Стабилизация здесь сделана при помощи встроенного усилителя ошибки current sense comparator. Поскольку на 2 выводе у нас 0 вольт, усилитель error amp. Всегда выдает логическую единицу и она идёт на вход усилителя current sense comparator, формируя тем самым опорное напряжение 1 вольт на его инвертирующем входе. При превышении напряжения на выходе блока питания, фототранзистор оптрона открывается и шунтирует 1 вывод микросхемы на минус. При этом снижается напряжение на инвертирующем входе current sense comparator, а так как на его не инвертирующем в момент открытия транзистора нарастает напряжение, то в какой то момент оно превысит напряжение на инвертирующем входе (при КЗ случается то же самое) и current sense comparator выдаст логическую единицу, что в свою очередь приведет к уменьшению длительности импульсов и, в конечном итоге, к снижению напряжения на выходе блока питания. Стабилизация в данном блоке питания очень хорошая, чтоб вы понимали, насколько она хорошая, при подключении резистора 1 Ом на выход, напряжение падает всего на 0. 06 вольта, при этом на нём рассеивается 25 Вт тепла и он сгорает через пару секунд. Вообще этот блок может выдавать и 30 Вт и 35, так как в роле ключа здесь применён полевой транзистор. На схеме указан 4n60, но я поставил irf840, так как у меня их много. Микросхема может выдавать на управление полевиком ток до 1 А, что дает возможность без дополнительного драйвера управлять довольно мощными полевыми ключами.

Трансформатор для этого блока был взять от сгоревшей 100-ваттной энергосберегающей лампы. Первичка состоит из 120 витков проводом 0.3 мм, обмотка самозапитки – 20 витков тем же проводом и силовая выходная обмотка – 5 витков двумя проводами 1 мм. По выходу стоит полноценный фильтр помех, позволяющий применять этот бп там, где помехи никак не нужны.

Применять бп можно в очень мощных зарядниках для гаджетов. Он спокойно может заряжать 6 и даже 7 устройств одновременно, при этом обеспечивая стабильное 5 В на выходе.

Выглядит это всё примерно так:

А вот их относительные размеры:

Печатные платы 

Ну и на этом всё. Если остались какие-либо интересующие вас моменты, о которых я не сказал, задавайте их мне на почту Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.

Дмитрий4202

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ

   Решил собрать себе в гараж усилитель звуковой частоты, ватт на 60, чтоб читал музыку с флешки. Для этого приобрел китайский ФМ модулятор, а корпус у меня для данного девайса лежал уже давно. Когда собрал усилитель, возникла проблема — обычный сетевой трансформатор на такую мощность в корпус просто не влез. Было решено сделать импульсный блок питания. Пересмотрел кучу схем из интернета. Автогенераторные не подходили, так как дают сильные помехи. Переделка блоков питания от компьютера тоже не понравилась, очень не люблю когда на плате все паяно перепаяно. Тут проще сделать новое. И вот нашел эту интересную схемку импульсного блока питания. 

   Схема проще некуда — работает на частоте 100кгц и содержит минимум недорогих, распространённых деталей. Частота задается резистором, который висит на второй ноге микросхемы (в данном случае 10кОм). Микросхема IR2151-2153 — это драйвер управления затворами полевых транзисторов. Практика показала, что снабберы для подавления ВЧ грязи в данном блоке не обязательны. Даная схема ИБП может вытянуть до 500 ватт мощности. Здесь по описанию автора работают и самодельные трансформаторы. Эта простая проверенная схема прекрасно подойдет для питания усилителей, зарядки аккумуляторов, галогенных ламп на 12 вольт в точечных светильниках и многого другого. 

   Схема не требует никакого налаживания и начинает работать сразу. В своём варианте использовал трансформатор из неисправного блока питания копьютера и все детали кроме микросхемы, транзисторов и мощного резистора на 47 кОм взял оттуда же. На схеме на выпрямлении сетевого напряжения стоит диодный мост — тоже использовал диоды из блока АТХ (плата рассчитана под мост). Входные высоковольтные конденсаторы рассчитывают из соображения 1Мкф ёмкости на 1 Ватт мощности. В данном случае конденсаторы рассчитаны на мощность 220 Ватт. Можно для регулирования частоты последовательно с резистором на 10 кОм поставить переменный на 5кОм. Ведь при изменении частоты изменяется выходное напряжение. Еще хочу добавить, что диоды типа КД213 тут не работают — очень сильно греются, надо ставить что-то по быстрее. Вот фото моего варианта. Диодный мостик на выходе не ставил, так как он стоит отдельно вместе с конденсаторами фильтра в самом усилителе. Транзисторы применил IRF840, так как они больше всего подходят для этого блока питания.

   На фото он тянет 50-ти ваттную нагрузку, диод включил для снижения напряжения, так как на выходе 22 вольта. Печатную плату делал маркером, ушло на минут 10. Транзисторы крепятся на общем радиаторе через слюдяные прокладки. 

   В архиве дана печатная плата на схему. Еще добавлю, что по стоимости радиокомпонентов обошлось всё в три доллара. Автор статьи: Ксюня.

Originally posted 2019-01-27 07:25:54. Republished by Blog Post Promoter

Источник питания на полевых транзисторах типа IRF3205 — Меандр — занимательная электроника

Для питания различных транзисторных конструкций ре­шил собрать источник питания (далее — ИП) со стабилизато­ром на полевых транзисторах, так как они имеют малое па­дение напряжения при больших токах в нагрузке.

Собрал и проверил схему стабилизатора RK9UC [1], по­казанную на рис.1. Эта схема выбрана из-за того, что имеет узел ограничения тока в нагрузке (за это отвечают элементы R6 R7 и VT5, выделенные на рис.1 рамкой). Узел ограничения тока в нагрузку позволяет уменьшить послед­ствия аварийных ситуаций, поскольку надеяться только на один предохранитель не очень разумно. Правда, мне не понравилось место установки «датчика тока» R7 в схеме.

Рис. 1

Перед сборкой стабили­затора, показалось, что из-за него возможна про­садка выходного напря­жения. Так как из-за па­дения напряжения на «датчике тока» R7 «регу­лируемый стабилитрон» DA1 будет неправильно корректировать выходное напряжение.

При испытании ИП, уже при токе нагрузки всего 4 А напряжение на нагрузке проседало с 14,56 до 13,72 В. При закорачивании «датчика тока» R7 «просадка» значительно уменьшалась.

Чтобы спасти изготовленный мною ИП от радикальных переделок, было принято решение, перенести элементы R6, R7 и VT5 в цепь положительного напряжения, и поставить их перед стабилизатором, между выходом выпрямителя и сто­ками полевых транзисторов, так как сделал RA3WDK [2].

Работа устройства

Схема доработанного ИП показана на рис.2. Он обеспе­чивает выходное напряжение в пределах 9… 17 В, при токе в нагрузку до 14 А, это значение тока ограничено мощнос­тью примененного трансформатора Тр1 типа ТС-180. Если применить трансформатор типа ТС-270, максимальный ток может быть 20 А. При этом придется добавить еще один тран­зистор типа IRF3205, включенный параллельно транзисторам VT3 и VT4.

Рис. 2

Для работы стабилизатора на полевых транзисторах VT3 и VT4 необходимо, чтобы напряжение на входе выпрямите­ля было на 2…3 В больше чем на выходе.

Но для нормальной работы полевых транзисторов VT3 и VT4 типа IRF3205 напряжение на их затворах должно быть на 5…7 В больше чем на истоках. Для этого нужно либо поднять выпрямленное напряжение на входе всего стабили­затора или использовать дополнительный удвоитель напря­жения на элементах СЗ VD5 VD6 С6 для питания цепи за­творов транзисторов VT3 и VT4.

При увеличении тока нагрузки свыше расчетного, паде­ние напряжения на резисторе R2 превысит значение 0,7 В. Это напряжение, через резистор R3 будет приложено к пе­реходу база-эмиттер транзистора VT1, открывая его. Ток через открытый переход коллектор-эмиттер транзистора VT1 и резисторы R4 и R5, создает падение напряжения на ре­зисторе R5. Это напряжение, приложенное к переходу ба­за-эмиттер транзистора VT2, открывает его. Открытый пе­реход коллектор-эмиттер транзистора VT1 шунтирует «ре­гулируемый стабилитрон» DA1, вследствие чего выходное напряжение уменьшается на столько, на сколько это необ­ходимо для ограничения тока в нагрузке, согласно задан­ной величине.

Резисторы R7 и R9 предназначены для равномерного распределения тока между полевыми транзисторами VT3 и VT4. Стабилитрон VD8 служить для защиты цепи стоков полевых транзисторов VT3 и VT4. Конденсатор С7 служит для повышения помехоустойчивости узла ограничения тока в нагрузке.

Конструкция и детали

Детали для помехоподавляющего фильтра С1, L1, С2 взя­ты от импортного компьютерного монитора. Силовой транс­форматор Тр1 типа ТС-180, у которого смотаны вторичные обмотки, а вместо них намотано по одной обмотке на каж­дой катушке с выходным напряжением 9 В, которые вклю­чены последовательно.

Диодный мост VD1 — VD4 — диоды с барьером Шоттки, например КД2999, КД2997. Подстроенный резистор R12, для установки выходного напряжения, проволочный, установлен­ный на передней панели. Резистор R2 состоит из двух, со­единенных параллельно, резисторов 0,1 Ом 5 Вт.

Емкость конденсаторов С4 и С5 выбирается из расчета 1000 мкФ на каждый 1 А требуемого максимального тока нагрузки.

Транзистор VT1 — маломощный p-n-p, например КТ361 с любым буквенным индексом. Транзистор VT2 – n-p-n, на­пример КТ815, КТ817 с любым буквенным индексом. Транзисторы VT3 и VT4 установлены на радиатор, площадью 200…250 см2. Стабилитрон VD8 — симметричный, на напря­жение 8… 12 В, например КС210А, КС213А,

Микроамперметр РА1 на 150 — 200 мкА от кассетных маг­нитофонов, например М68501, М476/1. Родная шкала снята, вместо нее установлена самодельная шкала, изготовленная с помощью программы FrontDesigner_3.0.

Настройка источника питания

Изменяя сопротивление резисторов R11 и R13, устанав­ливаем пределы регулировки выходного напряжения. При ука­занных сопротивлениях резисторов R11 — R13 выходное на­пряжение регулируется в пределах 9… 17 В.

Нагружаем ИП на эквивалент нагрузки, мощный резис­тор с сопротивлением 1… 1,5 Ом. Последовательно с экви­валентом подключаем образцовый амперметр. Подбором сопротивления резистора R1 калибруем амперметра РА1. Движком резистора R12 увеличиваем напряжение на выхо­де, тем самым увеличиваем ток в нагрузку сверх расчетно­го уровня. Смотрим, есть ли ограничение тока, работает ли стабилизация тока?

Результаты после переделки ИП:

  • Напряжение Uxx = 14,64 В;
  • При токе нагрузки 12 А напряжение на нагрузке 14,52 В.

Изготовленный ИП мною часто используется для пита­ния аккумуляторного шуруповерта, у которого вышла из строя аккумуляторная батарея.

Литература;

  1. Стабилизатор RK9UC //http://vprl.ru/staty/nachinayushi/tl/bp13v22a.gif.
  2. Блок питания «POWER ICE ЗОА v.3» // http://ra3wdk.qrz.ru/tech.htm.

Автор: Василий Мельничук, г. Черновцы

Что такое схемотехника блоков питания для светодиодных лент и прочего

Что такое схемотехника блоков питания для светодиодных лент и прочего

Схемотехника — научно-техническое направление, занимающееся проектированием, созданием и отладкой (синтезом и анализом) электронных схем и устройств различного назначения.

Светодиоды заменяют таким типы источников света, такие как люминесцентные лампы и лампы накаливания. Практически в каждом доме уже есть светодиодные лампы, они потребляют гораздо меньше двух своих предшественников (до 10 раз меньше чем лампы накаливания и от 2 до 5 раз меньше, чем КЛЛ или энергосберегающие люминесцентные лампы). В ситуациях, когда необходим длинный источник света, или нужно организовать подсветку сложной формы в ход идёт светодиодная лента.

Led лента идеальна для целого ряда ситуаций, главное её преимущество перед отдельными светодиодами и светодиодными матрицами являются источники питания. Их легче найти в продаже почти в любом магазине электротоваров, в отличие от драйверов для мощных светодиодов, к тому же подбор блока питания осуществляется только по потребляемой мощности, т.к. подавляющее большинство светодиодных лент имеют напряжение питания в 12 Вольт.

В то время как для мощных светодиодов и модулей при выборе источника питания нужно искать именно источник тока с требуемой мощностью и номинальным током, т. е. учитывать 2 параметра, что усложняет подбор.

В этой статье рассмотрены типовые схемы блоков питания и их узлы, а также советы по их ремонту для начинающих радиолюбителей и электриков.

Типы и требования к источникам питания для светодиодных лент и 12 В led ламп

Основное требование к источнику питания как для светодиодов, так и для светодиодных лент – качественная стабилизация напряжения/тока, вне зависимости от скачков сетевого напряжения, а также низкие выходные пульсации.

По типу исполнения блоки питания для LED продукции различают:

  • Герметичные. Они сложнее в ремонте, корпус не всегда поддаётся аккуратной разборке, а внутри и вовсе может быть залит герметиком или компаундом.
  • Негерметичные, для применения в помещении. Лучше поддаются ремонту, т.к. плата изымается после откручивания нескольких винтов.

По типу охлаждения:

  • Пассивное воздушное. Блок питания охлаждается за счёт естественной конвекции воздуха через перфорацию его корпуса. Недостаток – невозможность достигнуть высоких мощностей сохранив массогабаритные показатели;
  • Активное воздушное. Блок питания охлаждается с помощью кулера (небольшого вентилятора, как устанавливают на системных блоках ПК). Такой тип охлаждения позволяет достичь большей мощности при аналогичных размерах с пассивным блоком питания.

Схемы блоков питания для светодиодных лент

Стоит понимать, что нет в электронике такого понятия как «блок питания для светодиодной ленты», в принципе к любому устройству подойдёт любой блок питания с подходящим напряжением и током большим чем потребляемый прибором. Это значит, что информация описанная ниже применима к практически любым блокам питания.

Однако в обиходе проще говорить о блоке питания по его предназначению для конкретного устройства.

Общая структура импульсного блока питания

Для питания светодиодных лент и другой техники последние десятилетия применяются импульсные блоки питания (ИБП). Они отличаются от трансформаторных тем, что работают не на частоте питающего напряжения (50 Гц), а на высоких частотах (десятки и сотни килогерц).

Поэтому для его работы нужен генератор высокой частоты, в дешевых и рассчитанных на малые токи (единицы ампер) блоках питания часто встречается автогенераторная схема, она применяется в:

  • электронных трансформаторах;
  • электронных балластах для люминесцентных ламп;
  • зарядных устройствах для мобильного телефона;
  • дешевых ИБП для светодиодных лент (10-20 вт) и других устройствах.

Схему подобного блока питания можно увидеть на рисунке (для увеличения нажмите на картинку):

Его структура следующая:

1. Голубым цветом выделен диодный мост, стоящий на входе блока питания он выпрямляет входное переменное напряжение, для питания следующих узлов постоянным напряжением величиной 220*1.41=310 В. В случае поломки – проверьте наличие и величину напряжения ДО моста и ПОСЛЕ него, если оно отсутствует – потребуется замена диодов или моста, если он собран в отельном корпусе.

На схеме не указан, но по линии 220 В может присутствовать предохранитель или низкоомный резистор, прежде чем приступать к ремонту проверьте его целостность.

2. Коричневым обведен фильтр пульсаций, его главным элементом является C4 – электролитический конденсатор. Его ёмкость зависит от того, насколько сэкономил производитель, обычно до 220 мкФ на 400 Вольт. L1 – фильтр пульсаций и электромагнитных помех, которые возникают при работе импульсного блока питания. В большинстве дешевых блоков питания он отсутствует.

Частая проблема фильтра – высыхание, взрыв или вздутие электролитического конденсатора, приводит к некачественной работе всего импульсного блока питания в целом или его полной неработоспособности. Заменить его можно таким же и большей ёмкости, но подходящим по размеру.

3. Зеленым цветом выделена силовая часть VT1 силовой транзистор, в данном случае полевой, но может быть и биполярный. T1 – импульсный трансформатор с тремя обмотками: первичной, вторичной и базовой.

Третья обмотка необходима для генерации высокочастотных колебаний – если интересен принцип работы автогенераторного блока питания лучше прочитать книги Моина, Зиновьева и другие учебники по источникам питания импульсного типа.

Импульсные трансформаторы гораздо меньше по габаритам, чем сетевые, опять же из-за работы на высоких частотах и выполнены не из железа, а из феррита. Чаще всего выходит из строя силовой ключ.

Прозвоните транзистор мультиметром в режиме проверки диодов, и вы сразу обнаружите его пробой или обрыв. Остальные элементы – это обвязка этого узла, по отдельности редко выходит из строя, в основном вслед за силовым транзистором. Однако всегда стоит убедиться в соответствии номинальным значениям резисторов и конденсаторов.

Диоды в обвязке трансформатора VD7 и VD5 выполняют роль снаббера защищая цепи от всплесков противо-ЭДС, в моменты переключения транзистора. Являются тоже довольно нагруженным и ответственным узлом.

4. Красным цветом выделена цепочка обратной связи по напряжению на базе регулируемого стабилитрона TL431 и их аналогов (любые буквы в обозначении с цифрами «431»). 

 В состав ОС включена оптопара U1, с её помощью в силовую часть автогенератора поступает сигнал с выхода и поддерживается стабильное выходное напряжение. В выходной части может отсутствовать напряжение из-за обрыва диода VD8, часто это сборка Шоттки, подлежит замене. Также часто вызывает проблемы вздутый электролитический конденсатор C10.

Как вы видите всё работает с гораздо меньшим количеством элементов, надёжность соответствующая…

Более дорогие и блоки питания

Схемы, которые вы увидите ниже часто встречаются в блоках питания для светодиодных лент, DVD-проигрывателей, магнитол и других маломощных устройств (десятки Ватт).

Прежде чем перейти к рассмотрению популярных схем, ознакомьтесь со структурой импульсного блока питания с ШИМ-контроллером.

Верхняя часть схемы отвечает за фильтрацию, выпрямление и сглаживание пульсаций сетевого напряжения 220, по сути аналогична как в предыдущем типе, так и в последующих.

Самое интересное – это блок ШИМ, сердце любого достойного блока питания. ШИМ-контроллер – это устройство управляющие коэффициентом заполнения импульсов выходного сигнала на основании уставки, определенной пользователем или обратной связи по току или напряжению. ШИМ может управлять как мощностью нагрузки с помощью полевого (биполярного, IGBT) ключа, так и полупроводниковым управляемым ключом в составе преобразователя с трансформатором или дросселем.

Изменяя ширину импульсов при заданной частоте – вы изменяете и действующее значение напряжение, сохраняя при этом амплитудное, вы можете проинтегрировать его с помощью C- и LC-цепей для устранения пульсаций. Такой метод называется Широтно-Импульсное Моделирование, то есть моделирование сигнала за счёт ширины импульсов (скважности/коэффициента заполнения) при постоянной их частоте.

На английском языке это звучит, как PWM-controller, или Pulse-Width Modulation controller.

На рисунке изображен биполярный ШИМ. Прямоугольные сигналы – это сигналы управления на транзисторах с контроллера, пунктиром изображена форма напряжения в нагрузке этих ключей – действующее напряжение.

Более качественные блоки питания малой средней мощности часто построены на интегральных ШИМ-котроллерах со встроенным силовым ключом. Преимущества перед автогенераторной схемой:

  • Рабочая частота преобразователя не зависит ни от нагрузки, ни от напряжения питания;
  • Более качественная стабилизация выходных параметров;
  • Возможность более простой и надежной настройки рабочей частоты на этапе проектирования и модернизации блока.

Ниже будут расположены несколько типовых схем блоков питания (для увеличения нажмите на картинку):

Здесь RM6203 – и контроллер и ключ в одном корпусе.

В этой схеме используется внешний MOSFET ключ.

То же самое, но на другой микросхеме.

Обратная связь осуществляется с помощью резистора, иногда оптопары подключенной к входу с названием Sense (датчик) или Feedback (обратная связь). Ремонт таких блоков питания в общем аналогичен. Если все элементы исправны, и напряжение питания поступает на микросхему (ножка Vdd или Vcc), значит дело скорее всего в ней, более точно можно определить с помощью осциллографа просмотрев сигналы на выходе (ножка drain, gate).

Практически всегда заменить такой контроллер можно любым аналогом с подобной структурой, для этого нужно сверить datasheet на тот, что установлен на плате и тот, что у вас в наличии и впаять, соблюдая распиновку, как это изображено на следующих фотографиях.

Или вот схематически изображена замена подобных микросхем.

Мощные и дорогие блоки питания

Блоки питания для светодиодных лент, а также некоторые блоки питания для ноутбуков выполняются на ШИМ-контроллере UC3842.

Схема более сложная и надежная. Основным силовым компонентом является транзистор Q2 и трансформатор. При ремонте нужно проверить фильтрующие электролитические конденсаторы, силовой ключ, диоды Шоттки в выходных цепях и выходные LC-фильтры, напряжения питания микросхемы, в остальном методы диагностики аналогичны.

Однако более подробная и точная диагностика возможна лишь с использованием осциллографа, в противном случае – проверьте короткие замыкания платы, пайку элементов и обрывы дороже. Может помочь замена подозрительных узлов на заведомо рабочие.

Более совершенные модели источников питания для светодиодных лент выполнены на практически легендарной микросхеме TL494 (любые буквы с цифрами «494») или её аналоге KA7500. Кстати на этих же контроллерах построено большинство компьютерных блоков питания AT и ATX. 

Вот типовая схема блока питания на этом ШИМ-контроллере (нажмите на схему):

Такие блоки питания отличаются высокой надёжностью и стабильностью работы.

Краткий алгоритм проверки:

1. Запитываем микросхему согласно распиновки от внешнего источника питания 12-15 вольт (12 ножка – плюс, а на 7 ножку – минус).

2. На 14 ножки должно появиться напряжение 5 Вольт, которое будет оставаться стабильным при изменении питания, если оно «плавает» — микросхему под замену.

3. На 5 выводе должно быть пилообразное напряжение «увидеть» его можно только с помощью осциллографа. Если его нет или форма искажена – проверяем соответствие номинальным значениям времязадающей RC-цепи, которая подключена к 5 и 6 выводам, если нет – на схеме это R39 и C35, их под замену, если после этого ничего не изменилось – микросхема вышла из строя.

4. На выходах 8 и 11 должны быть прямоугольные импульсы, но их может не быть из-за конкретной схемы реализации обратной связи (выводы 1-2 и 15-16). Если выключить и подключить 220 В, на какое-то время они там появятся и блок снова уйдёт в защиту – это признак исправной микросхемы.

5. Проверить ШИМ можно закоротив 4 и 7 ножку, ширина импульсов увеличится, а закоротив 4 на 14 ножки – импульсы исчезнут. Если у вас получились другие результаты – проблема в МС.

Это наиболее краткая проверка данного ШИМ-контроллера, о ремонте блоков питания на их основе есть целая книга «Импульсные блоки питания для IBM PC».

Хоть и посвящена она компьютерным блоками питания, но там много полезной информации для любого радиолюбителя.

Вывод

Схемотехника блоков питания для светодиодных лент аналогична любым блокам питания с подобными характеристиками, довольно хорошо поддаётся ремонту, модернизации и перестройки на необходимые напряжения, разумеется, в разумных пределах. 

Ранее ЭлектроВести писали, что депутаты «Слуги народа» зарегистрировали в Верховной Раде законопроект №2352 «Про батареи и аккумуляторы» для создания системы их утилизации.

По материалам: electrik.info.

Все своими руками Электронный предохранитель на полевом транзисторе

Опубликовал admin | Дата 11 сентября, 2019

Защита блока питания от КЗ на его выходе

В статье рассмотрен один из возможных вариантов схемы электронного предохранителя защищающего от последствий, как сам блок питания, так и схему от его питающуюся. В качестве коммутирующего транзистора использован полевой транзистор с Р каналом. Схема устройства показана на рисунке 1.



Работа схемы

При подаче напряжения на вход схемы начинает заряжаться конденсатор С1, это конденсатор запуска. Основной ток заряда протекает по цепи: +Uin -> R1 -> C1 -> переход база-эмиттер транзистора оптрона -> переход база-эмиттер транзистора VT2 -> общий провод. Ток заряда С1 является открывающим для обоих этих транзисторов. Как только откроется транзистор VT2, то на затвор коммутирующего транзистора VT1 через ограничивающий резистор R5 сразу будет подано открывающее отрицательное напряжение с общего провода. Транзистор VT1 откроется и на выходе схемы появится напряжение. Резистор R4 необходим для разряда емкости перехода затвор-исток MOSFET транзистора VT1. Появление напряжения на выходе схемы повлечет за собой возникновение тока по цепи: анод индикаторного светодиода HL1 -> переход сток-исток транзистора VT3, включенного в схему в качестве стабилизатора тока -> анод светодиода оптрона (вывод 1) -> катод светодиода (вывод 2) -> коллектор транзистора оптрона (вывод 3) -> эмиттер транзистора оптрона (вывод 6) -> переход база-эмиттер транзистора VT2 -> общий провод. Появление этого тока вызовет свечение светодиода оптрона и как следствие открытие его (оптрона) транзистора. Теперь этим током, после прекращения тока заряда конденсатора С1, будет удерживаться в открытом состоянии транзистор VT2. В таком состоянии схема может находиться сколько угодно долго. При появлении короткого замыкания на выходе схемы напряжение на ее выходе будет стремиться к нулю. Начнет уменьшаться ток, протекающий через оптрон. В какой-то момент интенсивности свечения светодиода оптрона будет недостаточно для поддержания в открытом состоянии транзистора оптрона, и он закроется. Вслед за ним закроются и транзисторы VT2 и VT1. Погаснет индицирующий светодиод HL1. Нагрузка будет отсечена от напряжения питания. И в этом состоянии схема может находиться сколь угодно долго. Для запуска схемы в рабочее состояние в нее введена кнопка SB1. При ее кратковременном нажатии схема вновь вернется в рабочий режим.

Если схема будет использоваться с фиксированным напряжением, то транзистор VT3 можно заменить резистором, с номиналом, обеспечивающим ток через светодиод оптрона в районе 10 мА. На такой ток надо рассчитывать и при подборке транзистора VT3. Минимальное напряжение работы схемы зависит от напряжения отсечки применяемого коммутирующего полевого транзистора. При напряжении большем двадцати вольт параллельно резистору R4 следует поставить стабилитрон на двенадцать вольт, анодом к затвору. Максимальное напряжение работы схемы также зависит от допустимых напряжений сток-исток транзисторов VT1 и VT3 и напряжения коллектор-эмиттер транзистора VT2. Данная схема испытывалась с транзистором IRF4905 при напряжении на входе 14 вольт. Она имеет большое быстродействие и в основном время отключения зависит от времени отключения оптрона. У оптрона 4N35 типовое время выключения, судя по документации, составляет 5,7 микросекунды. Смотрим ниже.


Скачать статью

Скачать “Электронный-предохранитель-на-полевом-транзисторе” Электронный-предохранитель-на-полевом-транзисторе.rar – Загружено 1 раз – 58 КБ

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Просмотров:845


Junction Field-Effect Transistor (JFET) как переключатель | Переходные полевые транзисторы

Как и его биполярный собрат, полевой транзистор может использоваться в качестве переключателя включения / выключения, управляющего подачей электроэнергии на нагрузку. Давайте начнем наше исследование JFET как переключателя с нашей знакомой схемы переключатель / лампа:

Помня, что управляемый ток в полевом транзисторе JFET течет между истоком и стоком, мы заменяем соединения истока и стока полевого транзистора на два конца переключателя в приведенной выше схеме:

Если вы еще не заметили, соединения истока и стока на полевом транзисторе JFET выглядят одинаково на условном обозначении.В отличие от транзистора с биполярным переходом, где эмиттер четко отделен от коллектора острием стрелки, линии истока и стока полевого транзистора проходят перпендикулярно полосе, представляющей канал полупроводника. Это не случайно, так как линии истока и стока полевого транзистора на практике часто взаимозаменяемы! Другими словами, полевые транзисторы JFET обычно способны обрабатывать ток канала в любом направлении, от истока к стоку или от стока к истоку.

JFET как открытый переключатель

Теперь все, что нам нужно в схеме, — это способ контролировать проводимость полевого транзистора.Если между затвором и истоком приложено нулевое напряжение, канал полевого транзистора будет «открыт», пропуская полный ток к лампе. Чтобы выключить лампу, нам нужно будет подключить другой источник постоянного напряжения между затвором и истоком полевого транзистора, например:

JFET как закрытый переключатель

Замыкание этого переключателя приведет к «защемлению» канала полевого транзистора, что приведет к его отключению и выключению лампы:

Обратите внимание, что через ворота не проходит ток.Как PN-переход с обратным смещением, он прочно препятствует прохождению через него тока. Как устройство, управляемое напряжением, JFET требует незначительного входного тока. Это преимущество JFET перед биполярным транзистором: управляющий сигнал практически не требует мощности.

Повторное открытие управляющего переключателя должно отключать обратное смещение постоянного напряжения от затвора, тем самым позволяя транзистору снова включиться. Во всяком случае, в идеале это работает так. На практике это может вообще не работать:

Почему это? Почему канал полевого транзистора не открывается снова и не пропускает ток лампы, как это было раньше, без напряжения между затвором и истоком? Ответ заключается в работе перехода затвор-исток с обратным смещением.Область истощения внутри этого перехода действует как изолирующий барьер, отделяющий затвор от источника. Таким образом, он обладает определенной емкостью , способной сохранять потенциал электрического заряда. После того, как этот переход был принудительно смещен в обратном направлении посредством приложения внешнего напряжения, он будет стремиться удерживать это напряжение обратного смещения в качестве накопленного заряда даже после того, как источник этого напряжения был отключен. Чтобы снова включить полевой транзистор, необходимо сбросить накопленный заряд между затвором и истоком через резистор:

Резистор кровотока

Значение этого резистора не имеет большого значения.Емкость перехода затвор-исток полевого транзистора очень мала, и поэтому даже довольно большой резистор утечки создает быструю постоянную времени RC, позволяя транзистору возобновлять проводимость с небольшой задержкой после размыкания переключателя.

Как и биполярный транзистор, не имеет значения, откуда и какое управляющее напряжение исходит. Мы могли бы использовать солнечную батарею, термопару или любое другое устройство, генерирующее напряжение, для подачи напряжения, контролирующего проводимость полевого транзистора. Все, что требуется от источника напряжения для работы переключателя JFET, — это достаточное напряжение , чтобы обеспечить отсечку канала JFET.Этот уровень обычно находится в области нескольких вольт постоянного тока и называется напряжением отсечки или отсечки . Точное напряжение отсечки для любого данного JFET зависит от его уникальной конструкции и не является универсальной величиной, например 0,7 В для напряжения перехода база-эмиттер кремниевого BJT.

ОБЗОР:

  • Полевые транзисторы управляют током между соединениями истока и стока с помощью напряжения, приложенного между затвором и истоком. В полевом транзисторе (JFET) с переходом и существует PN переход между затвором и истоком, который обычно имеет обратное смещение для управления током исток-сток.
  • JFET — это нормально включенные (нормально насыщенные) устройства. Приложение напряжения обратного смещения между затвором и истоком вызывает расширение обедненной области этого перехода, тем самым «защемляя» канал между истоком и стоком, по которому проходит управляемый ток.
  • Может потребоваться установить «отводящий» резистор между затвором и истоком, чтобы разрядить накопленный заряд, накопленный на естественной емкости перехода при снятии управляющего напряжения. В противном случае может остаться заряд, чтобы JFET оставался в режиме отсечки даже после отключения источника напряжения.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

FET в качестве коммутатора | Работа полевого или полевого транзистора в качестве переключателя

В этом руководстве мы узнаем о полевых транзисторах или полевых транзисторах, их работе, областях работы и увидим работу полевого транзистора в качестве переключателя. Мы увидим, как и JFET, и MOSFET могут использоваться в коммутационных приложениях.

Введение

Широкий спектр преимуществ, таких как высокий входной импеданс, простота изготовления, простые операции и т. Д.делает полевые транзисторы (FET) широко используемыми в различных приложениях, особенно в системах интегральных схем.

полевых транзисторов — это 2 транзистора поколения -го поколения после BJT. Их можно использовать в качестве усилителей в осциллографах, испытательных и измерительных приборах, электронных вольтметрах и т. Д., А также при коммутации.

Давайте посмотрим подробно на работу полевого транзистора как переключателя. Но перед этим мы должны сначала взглянуть на основы полевого транзистора и его работы.

НАЗАД В начало

FET и его рабочие зоны

Полевой транзистор — это униполярное устройство, в котором ток переносится только основными носителями (либо мотыгами, либо электронами). FET — это устройство, управляемое напряжением, что означает, что, управляя напряжением между затвором и истоком, выходной ток изменяется.

Давайте рассмотрим N-канальный JFET для понимания рабочих регионов. Работа или характеристики JFET разделены на три различных области, а именно омическую область, область насыщения и область отсечки.Напряжение, приложенное к стоку, обозначается как V DS (иногда также обозначается как V DD ), а напряжение на затворе обозначается как V GS или V GG .

N-канальный JFET

Режимы работы полевого транзистора

Омическая область (V DS > 0 и V DS P )

В этой области слой истощения канала очень мал, а полевой транзистор действует как переменный резистор.

В этом случае значение V DS больше нуля и меньше, чем V P , поэтому нет отслаивания канала и ток I D увеличивается. Когда мы увеличиваем напряжение затвора истока V GS , проводимость канала падает, а сопротивление увеличивается. Следовательно, области истощения будут расширяться, что образует узкий канал. Сопротивление канала обычно изменяется от 100 Ом до 10 кОм и, очевидно, регулирует напряжение. Следовательно, в этой области транзистор действует как резистор, управляемый напряжением.

Область насыщенности (V DS > V GS — V P )

Эта область начинается с точки, где V DS больше, чем V GS минус V P , здесь V P — напряжение отсечки. В этой области ток стока I D полностью зависит от V GS , а не от V DS . Полевой транзистор работает в этой области для усиления сигналов, а также для операций переключения. Из рисунка видно, что когда V GS равен нулю, протекает максимальный ток I D . Когда мы меняем V GS на более отрицательное, то ток стока падает. При определенном значении V GS ток стока постоянно течет через устройство. Следовательно, эту область также называют областью постоянного тока.

Область отсечки (V GS P )

Это область, в которой ток стока I D равен нулю и устройство выключено.В этом случае напряжение затвора истока V GS меньше напряжения отсечки V P . Это означает, что значение V GS более отрицательное, чем значение V P . Таким образом, канал закрывается и не пропускает ток через устройство.

НАЗАД В начало

Полевой транзистор как переключатель (JFET)

Из приведенного выше обсуждения становится ясно, что полевой транзистор можно использовать в качестве переключателя, управляя им в двух областях, это область отсечки и область насыщения. Когда V GS равен нулю, полевой транзистор работает в области насыщения, и через него проходит максимальный ток. Следовательно, это похоже на полностью включенное состояние. Точно так же, когда приложенный VGS является более отрицательным, чем напряжение отсечки, полевой транзистор работает в области отсечки и не допускает протекания тока через устройство. Следовательно, полевой транзистор находится в полностью выключенном состоянии. Полевой транзистор можно использовать в качестве переключателя в различных конфигурациях, некоторые из них приведены ниже.

НАЗАД В начало

FET Используется как шунтирующий переключатель

Давайте посмотрим на рисунок ниже, на котором полевой транзистор подключен параллельно нагрузке и действует как аналоговый переключатель.

  • Когда применяемый VGS равен нулю, полевой транзистор включается, работая в области насыщения, и его сопротивление очень мало, почти 100 Ом. Выходное напряжение на полевом транзисторе составляет В OUT = В в * {R DS / (R D + R DS (ON) )}. Поскольку сопротивление R D очень велико, выходное напряжение приблизительно считается нулевым.
  • Когда мы прикладываем отрицательное напряжение, которое равно напряжению отсечки на затворе, полевой транзистор работает в области отсечки и действует как устройство с высоким сопротивлением, а выходное напряжение равно входному напряжению.

Полевой транзистор как схема параллельного переключения

НАЗАД В начало

FET, используемый в качестве последовательного переключателя

На рисунке ниже показана другая конфигурация схемы переключателя на полевых транзисторах. В этой схеме полевой транзистор действует как последовательный переключатель. Он действует как замкнутый переключатель, если управляющее напряжение равно нулю, и разомкнутый переключатель, если управляющее напряжение отрицательное. Когда полевой транзистор включен, входной сигнал появляется на выходе, а когда он выключен, выход равен нулю.

FET как последовательная схема переключения

НАЗАД В начало

Пример N-канального JFET в качестве коммутатора

На рисунке ниже показано, как N-канальный JFET-транзистор используется для переключения светодиода.Светодиод подключается между клеммой питания и истока через резистор. Здесь резистор используется для ограничения тока через светодиод. Клемма затвора транзистора подключена к отрицательному питанию.

  • Из приведенного выше обсуждения, нулевое напряжение на выводе затвора заставляет ток течь через светодиод, потому что полевой транзистор находится в режиме насыщения. Таким образом, светодиод загорается.
  • При достаточном отрицательном напряжении на выводе затвора (около 3-4 вольт) JFET переходит в режим отсечки, поэтому светодиод гаснет.

N-канальный JFET для переключения цепи светодиода

НАЗАД В начало

P-канальный JFET-транзистор в качестве переключателя

До сих пор мы обсуждали N-канальный JFET в качестве переключателя. Другой тип JFET — это P-канальный JFET, и работа этого FET также аналогична N-типу, но разница только в положительном напряжении на выводе затвора.

  • Когда напряжение затвора-истока равно нулю, полевой транзистор работает в области насыщения, поэтому полевой транзистор включается, что, в свою очередь, заставляет ток течь от стока к истоку.
  • А положительное напряжение между затвором и истоком приводит к отключению тока через полевой транзистор. Итак, полевой транзистор находится в состоянии разомкнутой цепи.

P-канальный JFET-транзистор как схема переключения

НАЗАД В начало

Пример P-канального JFET в качестве переключателя

Подобно светодиоду с N-канальным JFET, схема коммутируемого светодиода с P-каналом JFET приведена ниже. Разница между двумя схемами заключается в источнике питания на выводе затвора.

  • Состояние включения остается одинаковым для обеих цепей, при нулевом напряжении на выводе затвора светодиод светится, когда полевой транзистор активен.
  • Для переключения полевого транзистора в режим отсечки достаточное положительное напряжение (в данном случае от 3 до 4 вольт) останавливает ток через цепь. Поэтому светодиод выключен. Мы также можем использовать полевые транзисторы для включения схем реле, драйверов двигателей и других электронных схем управления.

P-Channel JFET для переключения светодиода

НАЗАД В начало

MOSFET в качестве переключателя

Другой тип полевого транзистора — это полевой МОП-транзистор, который также является устройством, управляемым напряжением.Уровень V GS , при котором ток стока увеличивается или начинает течь, называется пороговым напряжением V T . Следовательно, если увеличить V GS , ток стока тоже возрастет. И если мы увеличим V GS , оставив постоянным V DS , то ток стока достигнет уровня насыщения, как в случае JFET.

MOSFET работает в режиме отсечки, когда V GS ниже порогового уровня. Следовательно, в этом режиме ток стока не течет.Следовательно, действует как переключатель ОТКРЫТЬ

Для лучшего понимания рассмотрим рисунок ниже, на котором N-канальный полевой МОП-транзистор улучшенного типа переключается на разные напряжения на выводе затвора.

  • На рисунке ниже вывод затвора полевого МОП-транзистора подключен к V DD , так что напряжение, приложенное к выводу затвора, является максимальным. Это приводит к тому, что сопротивление канала становится таким маленьким и позволяет протекать максимальному току стока. Это называется режимом насыщения, и в этом режиме полевой МОП-транзистор полностью включен как замкнутый переключатель.Для MOSFET с улучшенным каналом P для включения потенциал затвора должен быть более отрицательным по отношению к источнику.
  • В области отсечки приложенное V GS меньше порогового уровня напряжения, поэтому ток стока равен нулю. Следовательно, полевой МОП-транзистор находится в режиме ВЫКЛ, как и открытый переключатель, как показано на рисунке.

MOSFET как схема переключения

НАЗАД В начало

Пример MOSFET в качестве переключателя

Давайте рассмотрим схему MOSFET, которая управляет светодиодом, как показано на рисунке.Здесь N-канальный расширенный MOSFET используется для переключения светодиода с помощью простого переключателя.

  • Когда переключатель в разомкнутом состоянии вызывает нулевое напряжение на затворе по отношению к земле или источнику. Таким образом, полевой МОП-транзистор остается выключенным, и светодиод не светится.
  • Когда переключатель нажимается, чтобы закрыть его, соответствующее положительное напряжение (в данном случае 5 В) подается на клемму затвора. Итак, полевой МОП-транзистор включен, и светодиод начнет светиться.
  • Здесь это простая резистивная нагрузка, но в случае любых индуктивных нагрузок, таких как двигатели, реле, мы должны использовать свободно вращающиеся диоды через нагрузку для защиты полевого МОП-транзистора от индуцированных напряжений.

MOSFET для переключения светодиода

В большинстве схем MOSFET используется в качестве переключателя по сравнению с JFET из-за его преимуществ. Мы также можем использовать схему переключения (для работы нагрузки с определенной частотой переключения) для полевых транзисторов JFET и полевых МОП-транзисторов для получения сигналов ШИМ в зависимости от требований к нагрузке.

Мы надеемся, что эта общая информация могла бы помочь вам понять, как мы можем переключать нагрузки с помощью полевых транзисторов с условиями переключения и необходимыми цифрами.Вы также можете написать нам о любых сомнениях или технической помощи по этой концепции в разделе комментариев ниже.

НАЗАД В начало

ПРЕДЫДУЩИЙ — ТРАНЗИСТОР КАК ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

СЛЕДУЮЩИЙ — ТРАНЗИСТОР Дарлингтона

Цепь

FET-OR и цепь питания с использованием того же

1. Область изобретения

Настоящее изобретение относится к схеме ИЛИ, которая вырабатывает выходное напряжение как объединенное по ИЛИ напряжение множества входных напряжений.

2. Описание предшествующего уровня техники

Схема диодного ИЛИ широко применяется не только в цифровых схемах, но и в других электрических схемах. Например, в схеме резервного источника питания, использующей схему диодного ИЛИ, катоды двух диодов соединены совместно с выходным зажимом, и напряжение основного и резервного питания подается на соответствующие аноды диодов. Если по какой-либо причине напряжение основного источника питания понижается, питание подается от резервного источника питания, в результате чего на стороне общего катода появляется стабильное выходное напряжение.

Когда схема диодного ИЛИ используется для подключения нагрузки к основному и резервному источникам питания, падение напряжения неизбежно происходит из-за падения напряжения на прямом переходе Vf (примерно 0,4–0,8 В) в зависимости от типа диода. Такое падение напряжения нельзя игнорировать в случае низковольтного источника питания, имеющего напряжение питания 2,5 В или 3,3 В. Кроме того, поскольку падение напряжения на прямом переходе Vf изменяется в зависимости от тока, протекающего через диод, диод-OR Схема также имеет недостаток в том, что выходное напряжение меняется в зависимости от колебаний ее нагрузки.

Для преодоления описанных выше недостатков в патенте США No. № 4788450. В этом переключателе резервного питания используются два полевых транзистора (далее сокращенно полевые транзисторы), каждый из которых имеет собственный диод в качестве так называемого паразитного диода. В переключателе резервного питания основной источник питания и резервный источник питания (обычно батарея) подключены к нагрузке через соответствующие из двух полевых транзисторов, которые в дальнейшем называются полевыми транзисторами на основной стороне и полевыми транзисторами на резервной стороне соответственно.Соответствующие полевые транзисторы соединены таким образом, что анод каждого собственного диода расположен на соответствующей стороне источника питания, а его катод — на стороне нагрузки. Переключатель управления управляет состоянием включения / выключения этих полевых транзисторов в зависимости от напряжения основного источника питания. Как хорошо известно, полевой транзистор имеет небольшое сопротивление проводимости. Следовательно, когда полевой транзистор приводится в состояние проводимости, что приводит к короткому замыканию собственного диода и эквивалентному удалению из цепи, соответствующее напряжение источника питания может появиться на его выходном выводе без какого-либо существенного падения напряжения.

Более конкретно, переключатель управления контролирует напряжение основного источника питания и, когда напряжение основного источника питания попадает в заданный надлежащий диапазон, устанавливает полевой транзистор на основной стороне в состояние проводимости, а полевой транзистор на резервной стороне — в состояние непроводимости. состояние (т.е. собственное рабочее состояние диода). Когда напряжение основного источника питания становится ниже заданного диапазона, система управления переключает полевой транзистор на основной стороне на непроводящий, а на резервный полевой транзистор на проводящий. Соответственно, даже в случае сбоя основного питания мощность может непрерывно подаваться на нагрузку от резервного источника питания.

Однако при обнаружении падения напряжения основного источника питания описанный выше переключатель резервного питания переключает источник питания с основного на резервный источник питания. Это вызывает следующие недостатки.

1) Контрольный переключатель контролирует только напряжение основного источника питания и одновременно переключает соответствующие полевые транзисторы на основной и резервной стороне между состояниями проводимости и непроводимости в зависимости от того, происходит ли падение напряжения основного источника питания.Следовательно, бывают случаи, когда напряжение, приложенное к нагрузке, мгновенно падает по некоторым причинам, например, из-за задержки переключения. В случае логической схемы IC такое мгновенное падение напряжения вызовет ошибочную операцию. Кроме того, в случае встроенной в нее ИС сброса существует вероятность нежелательного перезапуска схемы.

2) Резервный полевой транзистор обычно находится в непроводящем состоянии, когда его собственный диод находится в состоянии обратного смещения или в несмещенном состоянии, и поэтому резервный источник питания работает без нагрузки без протекания тока. Когда напряжение основного источника питания падает, полевой транзистор на резервной стороне переводится в проводящее состояние, что резко увеличивает нагрузку. Чтобы решить эту проблему, в качестве резервного источника питания используется импульсный источник питания, имеющий цепь обратной связи для поддержания постоянного выходного напряжения. Однако в этом случае, поскольку цепь обратной связи импульсного источника питания не может отслеживать быстрые колебания нагрузки, напряжение резервного питания также резко падает, вызывая ошибочную операцию.

Целью настоящего изобретения является создание схемы ИЛИ по настоящему изобретению, позволяющей создавать одно стабильное выходное напряжение из множества входных напряжений.

Другой целью настоящего изобретения является создание надежной схемы источника питания, которая может обеспечивать нагрузку одним стабильным напряжением питания, создаваемым из множества напряжений питания.

В соответствии с настоящим изобретением предоставляется схема ИЛИ, имеющая множество входных клемм и одну выходную клемму, в которой множество входных напряжений прикладывается к соответствующим входным клеммам, а выходное напряжение появляется на одном выходе. Терминал. Схема ИЛИ включает в себя: множество полевых транзисторов, предусмотренных для соответствующих входных клемм, каждый из полевых транзисторов подключает соответствующий входной контакт к единственной выходной клемме, при этом один главный электрод полевого транзистора соответствует к аноду собственного диода полевого транзистора подключен к соответствующему входному выводу, а другой главный электрод полевого транзистора, соответствующий катоду собственного диода, подключен к единственному выходному выводу; и множество контроллеров, предусмотренных для соответствующих полевых транзисторов, при этом каждый из контроллеров переводит соответствующий полевой транзистор в выбранное одно из состояния проводимости или состояния непроводимости, в зависимости от того, какое из соответствующего входного напряжения и выходное напряжение выше, чем у других.

Предпочтительно, каждый из контроллеров приводит соответствующий полевой транзистор в состояние проводимости, когда выходное напряжение равно или ниже соответствующего входного напряжения, и переводит соответствующий полевой транзистор в состояние непроводимости, когда выходное напряжение выше. чем соответствующее входное напряжение.

Согласно варианту осуществления настоящего изобретения предоставляется схема источника питания, использующая множество источников питания для генерирования одного выходного напряжения, которое подается на нагрузку.Схема источника питания включает в себя: множество полевых транзисторов с р-каналом, предусмотренных для соответствующих источников питания, каждый из полевых транзисторов с р-каналом подключает соответствующий источник питания к нагрузке, при этом электрод стока Полевой транзистор с р-каналом, соответствующий аноду собственного диода полевого транзистора с р-каналом, подключен к соответствующему источнику питания, а электрод истока полевого транзистора с р-каналом, соответствующий катоду собственный диод подключен к нагрузке; и множество компараторов напряжения, предусмотренных для соответствующих источников питания, причем каждый из компараторов напряжения переводит соответствующий полевой транзистор с каналом p-типа в выбранное одно из состояния проводимости или состояния непроводимости, в зависимости от того, какой из соответствующих напряжение питания и одно выходное напряжение выше, чем другое.

Согласно другому варианту осуществления настоящего изобретения предоставляется схема источника питания, использующая множество источников питания для генерации единственного выходного напряжения, которое подается на нагрузку. Схема источника питания включает в себя: множество n-канальных полевых транзисторов, предусмотренных для соответствующих источников питания, каждый из n-канальных полевых транзисторов подключает соответствующий источник питания к нагрузке, при этом электрод истока n-канальный полевой транзистор, соответствующий аноду собственного диода n-канального полевого транзистора, подключен к соответствующему источнику питания, а электрод стока n-канального полевого транзистора, соответствующий катоду собственный диод подключен к нагрузке; и множество компараторов напряжения, предусмотренных для соответствующих источников питания, при этом каждый из компараторов напряжения переводит соответствующий n-канальный полевой транзистор в выбранное одно из состояния проводимости или состояния непроводимости, в зависимости от того, какой из соответствующих напряжение питания и одно выходное напряжение выше, чем другое.

Согласно другому аспекту настоящего изобретения предоставляется способ управления схемой ИЛИ, имеющей множество входных клемм и одну выходную клемму, в котором множество входных напряжений прикладывается к соответствующим входным клеммам и выходное напряжение появляется на единственной выходной клемме, при этом схема ИЛИ содержит множество полевых транзисторов, предусмотренных для соответствующих входных клемм, каждый из полевых транзисторов подключает соответствующий входной контакт к единственной выходной клемме, при этом одна основная Электрод полевого транзистора, соответствующий аноду собственного диода полевого транзистора, подключен к соответствующему входному выводу, а другой главный электрод полевого транзистора, соответствующий катоду собственного диода, подключен к один выходной терминал.Метод включает в себя следующие этапы: а) сравнение каждого входного напряжения с выходным напряжением; и b) настройку полевого транзистора, соответствующего входному напряжению, на выбранное из состояния проводимости и состояния непроводимости в зависимости от результата этапа сравнения (а).

Предпочтительно, этап (b) включает в себя этапы: установки соответствующего полевого транзистора в состояние проводимости, когда выходное напряжение равно или ниже соответствующего входного напряжения; и перевод соответствующего полевого транзистора в состояние непроводимости, когда выходное напряжение выше входного напряжения.

Как описано выше, согласно настоящему изобретению, в каждом из множества полевых транзисторов соответствующее входное напряжение сравнивается с выходным напряжением, и состояние проводимости / непроводимости соответствующего полевого транзистора определяется как контролируется в зависимости от соответствующего результата сравнения. Следовательно, состояния проводимости / непроводимости соответствующих полевых транзисторов управляются индивидуально, и все полевые транзисторы не управляются единообразно.Это может эффективно избежать резкого изменения выходного напряжения. В результате выходное напряжение может поддерживаться в исключительно стабильном состоянии.

РИС. 1 — схематическая блок-схема, показывающая схему ИЛИ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 2 — принципиальная схема, показывающая пример схемы резервного источника питания со схемой ИЛИ, использующей полевой транзистор с каналом p-типа (FET), согласно варианту осуществления настоящего изобретения; и

ФИГ.3 — принципиальная схема, показывающая другой пример схемы резервного источника питания со схемой ИЛИ, использующей n-канальный полевой транзистор согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

Ссылаясь на фиг. 1, схема ИЛИ согласно варианту осуществления настоящего изобретения имеет две входные клеммы 1, и 2 и одну выходную клемму 3 . Входные напряжения постоянного тока V 11 и V 12 прикладываются к соответствующим входным клеммам 1 и 2 , а выходное напряжение постоянного тока Vo появляется на выходной клемме 3 в виде ИЛИ входных напряжений V 11 и V 12 .

Входная клемма 1 подключена к выходной клемме 3 схемы ИЛИ через полевой транзистор M1, а для полевого транзистора M 1 предусмотрен компаратор напряжения 4 . Кроме того, входной контакт 2 подключен к выходному контакту 3 через полевой транзистор M 2 , и, кроме того, для полевого транзистора M 2 предусмотрен компаратор 5 напряжения.Как описано ранее, полевые транзисторы M 1 и M 2 включают диоды с собственным переходом D 1 и D 1 , соответственно.

Компаратор напряжения 4 сравнивает напряжение на главном электроде на стороне входа полевого транзистора M 1 (т.е. входное напряжение V 11 ) с напряжением на его основном электроде на стороне выхода ( т.е. выходное напряжение Vo). Компаратор напряжения 4 управляет напряжением затвора V G1 , приложенным к затвору полевого транзистора M 1 , таким образом, что полевой транзистор M 1 переходит в проводящее или непроводящее состояние. в зависимости от результата сравнения.Подробности будут описаны позже.

Аналогичным образом, компаратор напряжения 5 сравнивает напряжение на главном электроде на стороне входа полевого транзистора M 2 (т.е. входное напряжение V 12 ) с напряжением на основном электроде на стороне выхода. из них (т.е. выходное напряжение Vo). Компаратор напряжения 5 управляет напряжением затвора V G2 , приложенным к затвору полевого транзистора M 2 таким образом, что полевой транзистор M 2 приводится в проводимость или непроводимость. в зависимости от результата сравнения.Подробности будут описаны позже.

Полевые транзисторы M 1 и M 2 могут быть p-канального или n-канального типа, но должны быть подключены таким образом, чтобы анод каждого собственного диода был направлен к соответствующему входному выводу, а его катод направлен к выходному выводу 3 . Входное напряжение V 11 может быть таким же или отличаться от входного напряжения V 12 .

В случае, когда входное напряжение V 11 отличается от V 12 и эти напряжения обычно вводятся, более высокое из этих напряжений появляется как выходное напряжение Vo на выходной клемме 3 .Например, если V 11 > V 12 , компаратор напряжения 4 устанавливает напряжение затвора V G1 , чтобы привести полевой транзистор M 1 в состояние проводимости. Другими словами, собственный диод D 1 закорочен и не работает. Поскольку сопротивление проводимости полевого транзистора очень низкое, входное напряжение V 11 появляется на выходной клемме 3 без какого-либо существенного падения напряжения.

В этом состоянии, поскольку выходное напряжение Vo, по существу, составляет V 11 (> V 12 ), другой компаратор напряжения 5 устанавливает напряжение затвора V G2 , чтобы задействовать полевой транзистор M 2 в непроводящие. Следовательно, в полевом транзисторе M 2 собственный диод D 2 имеет обратное смещение.

Рассмотрим случай, когда входное напряжение V 11 по какой-то причине падает в указанном выше рабочем состоянии.Когда падение входного напряжения V 11 вызывает падение выходного напряжения Vo до входного напряжения V 12 , компаратор напряжения 5 изменяет напряжение затвора V G2 таким образом, чтобы включить полевой транзистор M 2 в проводку. Это приводит к короткому замыканию собственного диода D 2 и его неработоспособности. Когда полевой транзистор M 2 находится в состоянии проводимости, входное напряжение V 12 появляется на выходной клемме 3 без какого-либо существенного падения напряжения.Следовательно, выходное напряжение Vo плавно падает с напряжения V 11 до напряжения V 12 и стабилизируется. Можно избежать быстрого изменения напряжения, которое могло бы быть вызвано обычной операцией переключения.

Когда входное напряжение V 11 восстановилось в этом резервном состоянии, компаратор напряжения 4 устанавливает напряжение затвора V G1 , чтобы привести полевой транзистор M 1 в состояние проводимости, выходное напряжение Vo по существу возвращается к V 11 , а другой компаратор 5 напряжения устанавливает напряжение затвора V G2 , чтобы перевести полевой транзистор M 2 в непроводящее состояние. Таким образом, в полевом транзисторе M 2 собственный диод D 2 имеет обратное смещение.

Кроме того, в случае, когда входное напряжение V 11 совпадает с входным напряжением V 12 , полевые транзисторы M 1 и M 2 оба установлены в состояние проводимости, и входное напряжение всегда может подаваться на выходной терминал. В этом состоянии, когда одно входное напряжение падает, полевой транзистор, соответствующий пониженному входному напряжению, принудительно переводится в состояние непроводимости, как описано выше, то есть соответствующий полевой транзистор устанавливается в состояние собственной диодной функции. .Кроме того, выходное напряжение поддерживается другим полевым транзистором, находящимся в состоянии проводимости. Следовательно, даже при падении любого входного напряжения выходное напряжение не падает.

Как описано выше, в каждом из множества полевых транзисторов входное напряжение сравнивается с выходным напряжением, и состояние проводимости / непроводимости соответствующего полевого транзистора регулируется в зависимости от результата сравнения. Таким образом, можно избежать нежелательного изменения выходного напряжения, вызванного одновременным переключением всех полевых транзисторов.В результате выходное напряжение Vo, появляющееся на выходном выводе 3 , может поддерживаться в исключительно стабильном состоянии.

В вышеописанном варианте осуществления для упрощения описания была проиллюстрирована схема ИЛИ с двумя входами и одним выходом. Излишне говорить, что даже схема ИЛИ с множеством входов может быть подобным образом образована путем подключения полевого транзистора и компаратора напряжения для каждого входа, как показано на фиг. 1 .

Ссылаясь на фиг. 2, импульсный источник питания , 11, используется в качестве основного источника питания, а импульсный источник питания , 12, используется в качестве резервного или вспомогательного источника питания.Любой из импульсных источников питания является стабилизированным источником питания, имеющим цепь обратной связи для поддержания постоянного выходного напряжения.

Основная система питания состоит из полевого транзистора с р-каналом 13 , компаратора 14 , состоящего из операционного усилителя, транзистора Q 1 и резисторов R 1 до Р 5 . Здесь полевой транзистор с р-каналом , 13, соответствует полевому транзистору M 1 на фиг.1, и комбинация компаратора 14 , транзистора Q 1 и резисторов R 1 — R 5 соответствует компаратору напряжения 4 на фиг. 1 .

Аналогично, система резервного питания состоит из полевого транзистора с р-каналом 15 , компаратора 16 операционного усилителя, транзистора Q 2 и резисторов с R 6 до R 10 . Здесь полевой транзистор с р-каналом 15 соответствует полевому транзистору M 2 на фиг.1, и комбинация компаратора 16 операционного усилителя, транзистора Q 2 и резисторов R 6 — R 10 соответствует компаратору напряжения 5 на фиг. 1 .

Более конкретно, выходной вывод импульсного источника питания 11, подключен к электроду стока полевого транзистора 13 , который дополнительно заземлен через резисторы R 3 и R 5 , соединенные последовательно.Соответственно, схема с выходными вывода импульсного источника питания 11 к опорной линии (линиям заземления) через резисторы R 3 и R 5 закрыт. Электрод истока полевого транзистора , 13, подключен к выходной клемме схемы источника питания, которая дополнительно заземлена через резисторы R 2 и R 4 , соединенные последовательно. В этом случае собственный диод D 1 существует между стоком и истоком полевого транзистора , 13, , как показано на фиг. 2 . Анод собственного диода D 1 эквивалентно подсоединен к выходной клемме импульсного источника питания 11 , а его катод эквивалентно подключен к выходной клемме схемы источника питания.

Точка подключения 103 резисторов R 2 и R 4 подключена к инвертирующей входной клемме компаратора 14 , и выходное напряжение Vout может контролироваться на основе разделенного напряжения на соединении точка 103 .Точка подключения 104 резисторов R 3 и R 5 подключена к неинвертирующей входной клемме компаратора 14 , и входное напряжение от импульсного источника питания 11 можно контролировать на основе по разделенному напряжению в точке подключения 104 .

Выходной вывод компаратора , 14, подключен к базовому электроду транзистора Q 1 через резистор R 1 .Коллекторный электрод транзистора Q 1 соединен с электродом затвора полевого транзистора , 13, , а его вывод эмиттера заземлен. Компаратор , 14, получает питание от электрода истока полевого транзистора , 13, , то есть выходное напряжение Vout.

В описанной выше схеме, в случае установки резисторов R 2 — R 5 на соответствующие значения сопротивления, компаратор 14 выдает высокий уровень, когда выходное напряжение Vout равно или ниже, чем входное напряжение, которое приводит транзистор Q 1 в проводимость.Когда транзистор Q 1 находится в состоянии проводимости, напряжение затвора полевого транзистора 13 устанавливается равным потенциалу земли. Это приводит в действие полевой транзистор 13 . С другой стороны, когда выходное напряжение Vout выше входного напряжения, компаратор , 14, выдает низкий уровень, который переводит транзистор Q 1 в непроводящий. Следовательно, полевой транзистор , 13, переводится в непроводящее состояние (то есть в состояние собственной диодной функции).Его основная операция описана на фиг. 1 .

Аналогичным образом, выходная клемма импульсного источника питания 12, соединена с электродом стока полевого транзистора 15 , который дополнительно заземлен через резисторы R 8 и R 10 , соединенные последовательно. Таким образом, цепь с выходным выводом импульсного источника питания 12 к опорной линии (линии заземления) через резисторы R 8 и R 10 закрыт.Электрод истока полевого транзистора , 15, подключен к выходной клемме цепи питания, которая дополнительно заземлена через резисторы R 7 и R 9 , соединенные последовательно. Кроме того, собственный диод D 2 существует между стоком и истоком в полевом транзисторе 15 . Анод собственного диода D 2 эквивалентно подсоединен к выходному выводу импульсного источника питания 12 , а его катод эквивалентно подсоединен к выходному выводу схемы источника питания.

Точка подключения 107 резисторов R 7 и R 9 подключена к инвертирующей входной клемме компаратора 16 , а точка подключения 108 резисторов R 8 и R 10 подключен к неинвертирующему входу компаратора 15 . Выходной вывод компаратора , 16, соединен с базовым электродом транзистора Q 2 через резистор R 6 .Коллекторный электрод транзистора Q 2 соединен с электродом затвора полевого транзистора 15 , а его эмиттерный электрод заземлен. Компаратор , 16, получает питание от выходного напряжения на электроде истока полевого транзистора 15 . Поскольку работа системы резервного электропитания аналогична работе основной системы электропитания, ее описание опускается.

Ссылаясь на фиг. 3, импульсный источник питания , 21, используется в качестве основного источника питания, а импульсный источник питания , 22, используется в качестве резервного источника питания.Любой из импульсных источников питания представляет собой стабилизированный источник питания, имеющий схему обратной связи для поддержания постоянного выходного напряжения.

Основная система питания состоит из n-канального полевого транзистора 23 , компаратора 24 операционного усилителя и резисторов R 21 — R 24 . Здесь n-канальный полевой транзистор 23 соответствует полевому транзистору M 1 на фиг. 1, и комбинация компаратора 24 и резисторов R 21 — R 24 соответствует компаратору напряжения 4 на фиг. 1 .

Точно так же система резервного питания состоит из n-канального полевого транзистора 25 , компаратора 26 операционного усилителя и резисторов R 25 — R 28 . Здесь n-канальный полевой транзистор 25 соответствует полевому транзистору M 2 на фиг. 1, и комбинация компаратора 26 и резисторов R 25 — R 28 соответствует компаратору напряжения 5 по фиг. 1 .

Более конкретно, выходная клемма импульсного источника питания 21, соединена с электродом истока полевого транзистора 23 и дополнительно заземлена через резисторы R 22 и R 24 , соединенные последовательно. Таким образом, цепь с выходным выводом импульсного источника питания 21 к опорной линии (линии заземления) через резисторы R 22 и R 24 закрывается. Электрод стока полевого транзистора 23, подключен к выходному выводу схемы источника питания и дополнительно заземлен через резисторы R 21 и R 23 , соединенные последовательно.Кроме того, между стоком и истоком в полевом транзисторе 23 существует собственный диод D 3 . Анод собственного диода D 3 соединен с выходным зажимом импульсного источника питания 21 , а его катод соединен с выходным зажимом схемы источника питания.

Точка подключения резисторов R 21 и R 23 подключена к инвертирующей входной клемме компаратора 24 .Выходное напряжение Vout можно контролировать, определяя напряжение в точке соединения резисторов R 21 и R 23 . Точка подключения резисторов R 22 и R 24 подключена к неинвертирующей входной клемме компаратора 24 . Входное напряжение от импульсного источника питания 21 можно контролировать, обнаруживая напряжение в точке соединения резисторов R 22 и R 24 . Выходной вывод компаратора , 24, соединен с электродом затвора полевого транзистора 23, .Дополнительно компаратор , 24, получает питание от другого источника питания Vdd.

В описанной выше схеме, когда резисторы R 21 — R 24 установлены на соответствующие значения сопротивления, компаратор 24 выдает высокий уровень, когда выходное напряжение Vout по существу равно или ниже, чем входное напряжение, которое приводит полевой транзистор 23 в проводимость. С другой стороны, когда выходное напряжение Vout выше входного напряжения, компаратор 24 выдает низкий уровень, что переводит полевой транзистор 23 в непроводящее состояние и, следовательно, заставляет собственный диод D 3 функционировать. .Его основная операция аналогична описанной на фиг. 1 .

Аналогичным образом, выходная клемма импульсного источника питания 22 соединена с электродом истока полевого транзистора 25 и дополнительно заземлена через резисторы R 26 и R 28 , соединенные последовательно. Таким образом, цепь с выходным выводом импульсного источника питания 22 к опорной линии (линии заземления) через резисторы R 26 и R 28 закрывается.Электрод стока полевого транзистора , 25, подключен к выходному выводу схемы источника питания и дополнительно заземлен через резисторы R 25 и R 27 , соединенные последовательно. Кроме того, между стоком и истоком в полевом транзисторе 25 существует собственный диод D 4 . Анод собственного диода D 4 эквивалентно подключен к выходной клемме импульсного источника 21 питания, а его катод эквивалентно подключен к выходной клемме схемы источника питания.

Точка соединения резисторов R 25 и R 27 подключена к инвертирующей входной клемме компаратора 26 , а выходное напряжение Vout контролируется путем определения напряжения в точке подключения резисторов R 25 и R 27 . Точка соединения резисторов R 26 и R 28 подключена к неинвертирующей входной клемме компаратора 26 , и входное напряжение от импульсного источника питания 22 контролируется путем определения напряжения на точка подключения резисторов R 26 и R 28 .Выходной контакт компаратора , 26, подключен к электроду затвора полевого транзистора 25 .

Следовательно, когда резисторы R 25 — R 28 установлены на соответствующие значения сопротивления, компаратор 26 выдает высокий уровень, когда выходное напряжение Vout по существу равно или ниже входного напряжения, что приводит к полевой транзистор 25 в проводимость. С другой стороны, когда выходное напряжение Vout выше входного напряжения, компаратор 26 выдает низкий уровень, что переводит полевой транзистор 25 в непроводящее состояние и, следовательно, заставляет собственный диод D 4 функционировать. .Поскольку основная работа аналогична основной работе системы электроснабжения, ее подробности опускаются.

Как описано выше, в схеме резервного источника питания, составленной, как описано в первом и втором примерах, в случае падения напряжения основного источника питания выходное напряжение Vout плавно переходит от основного напряжения коммутируемой мощности к вспомогательной мощности переключения. Напряжение. Соответственно, можно эффективно избежать резкого падения напряжения.

Кроме того, когда основное напряжение коммутируемой мощности равно вспомогательному напряжению коммутируемой мощности, оба полевых транзистора находятся в состоянии проводимости, и входное напряжение может постоянно подаваться на нагрузку через выходной контакт.Когда одно коммутируемое напряжение питания падает в этом состоянии, как описано выше, соответствующий полевой транзистор принудительно переводится в непроводящее состояние, а выходное напряжение поддерживается другим полевым транзистором. Следовательно, даже когда одно из напряжений коммутируемой мощности падает, выходное напряжение Vout может поддерживаться на заданном уровне.

Как описано выше, комбинация полевого транзистора и компаратора напряжения предусмотрена для каждого из множества импульсных источников питания.Каждое коммутируемое напряжение питания сравнивается с выходным напряжением, и состояние проводимости / непроводимости соответствующего полевого транзистора регулируется в зависимости от соответствующего результата сравнения. Следовательно, в результате выходное напряжение Vout, появляющееся на выходном зажиме, стабилизируется без резких или мгновенных падений.

В первом и втором вариантах осуществления, чтобы упростить их описание, была проиллюстрирована система с резервированием, использующая два импульсных источника питания, но аналогичная структура может быть реализована с использованием трех или более импульсных источников питания.

Как подробно описано выше, согласно настоящему изобретению, в каждом из множества полевых транзисторов соответствующее входное напряжение сравнивается с выходным напряжением, а состояние проводимости / непроводимости соответствующего полевого транзистора Управление транзистором осуществляется на основании соответствующего результата сравнения. Следовательно, состояния проводимости / непроводимости соответствующих полевых транзисторов управляются индивидуально, и все полевые транзисторы не управляются единообразно.Это может эффективно избежать резкого изменения выходного напряжения. В результате выходное напряжение может поддерживаться в исключительно стабильном состоянии.

Что такое полевой транзистор? — Блог Fusion 360

Полевой транзистор (FET) представляет собой трехконтактный активный полупроводниковый прибор, в котором выходной ток регулируется электрическим полем, создаваемым 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.Полевой транзистор использует напряжение, приложенное к его входной клемме (называемой затвором), для управления током, протекающим от истока к стоку, что делает полевой транзистор устройством, управляемым напряжением.

Полевые транзисторы

широко используются в интегральных схемах (ИС) из-за их компактного размера и значительно более низкого энергопотребления. Кроме того, полевые транзисторы также используются в устройствах переключения высокой мощности, в качестве резисторов с переменным напряжением (VVR) в операционных усилителях (операционных усилителях), регуляторах тембра и т. Д., для работы микшера на FM- и ТВ-приемниках и в логических схемах.

Психический обзор

Полевой транзистор имеет четыре терминала с именами Источник, Сток, Затвор и Корпус.

  1. Источник : Источник — это терминал, через который большинство носителей заряда вводятся в полевой транзистор.
  2. Сток : сток — это терминал, через который большинство носителей заряда выходят из полевого транзистора.
  3. Затвор : Вывод затвора формируется путем диффузии 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 наиболее отрицательному источнику питания в схеме NMOS (наиболее положительному в схеме PMOS), поскольку он используется многими транзисторами. Тщательные соединения и конструкция имеют решающее значение для поддержания производительности полевого транзистора, когда задействовано соединение Body.

Канал : это область, в которой большинство несущих проходят от терминала истока к терминалу стока.

Классификация полевых транзисторов

Полевые транзисторы

подразделяются на полевые транзисторы (JFET) и полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET).

JFET (переходно-полевой транзистор)

Junction Field Effect Transistor (JFET) — это самый ранний тип полевых транзисторов.Ток протекает через активный канал между истоками и выводами стока. Напряжение, приложенное между затвором и истоком, управляет потоком электрического тока между истоком и стоком полевого транзистора. При приложении напряжения обратного смещения к выводу затвора канал напрягается, поэтому электрический ток полностью отключается. Вот почему полевые транзисторы 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.Следовательно, ток через канал отрицателен в виде электронов. Отсюда и название N-канальный JFET. Две подложки P-типа, легированные с противоположных сторон от его средней части. Таким образом, два PN-перехода образованы этими сильно легированными областями P-типа и каналом N-типа между ними. Вывод затвора (G) подключается внутри к обоим клеммам P-типа, а выводы стока (D) и истока (S) подключаются к любому концу канала N-типа.

Как это работает?

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

Но происходит обратное, когда на вывод затвора подается отрицательное напряжение по сравнению с выводом истока, что приводит к обратному смещению P-N перехода. В канале создается область истощения, которая делает канал более узким, увеличивая сопротивление канала между истоком и стоком, и ток становится меньше.

P-канальный JFET

Аналогичным образом, в полевом транзисторе с P-каналом канал легирован акцепторными примесями, что делает его полупроводником P-типа. Следовательно, поток тока через канал положительный в виде отверстий. 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. Выводы истока и стока взяты с двух других сторон канала.

Принцип работы также аналогичен N-канальному JFET. Единственное отличие состоит в том, что для его выключения необходимо обеспечить положительное напряжение затвора к источнику. Однако N-канальный JFET имеет более высокую проводимость по току из-за более низкого сопротивления канала, чем их эквивалентные типы P-каналов, поскольку электроны имеют более высокую подвижность через проводник по сравнению с дырками. Это делает N-канальный JFET более эффективным, чем их аналоги с P-каналом.

Характеристики

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

Выходные характеристики JFET находятся 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 показывать некоторое сопротивление току стока, ID, который начинает течь от стока к истоку. Ток, протекающий через полевой транзистор, линейно пропорционален приложенному напряжению.
  • Область насыщения — Когда напряжение сток-исток достигает такого значения, что ток, протекающий через устройство, является постоянным с напряжением сток-исток и изменяется только с напряжением затвор-исток, устройство считается находящимся в состоянии насыщения. область, край.
  • Область пробоя — Когда напряжение стока в исток, VDS превышает максимальное пороговое значение, что вызывает пробой области истощения, JFET теряет способность противостоять току, и ток стока неограниченно увеличивается.

MOSFET (Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник)

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

Трек образован с использованием двух сильно легированных зон N-типа, рассеянных в слаболегированной подложке 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), тем самым делая его почти бесконечным. Таким образом, ток не может проходить через ворота.

Как это работает?

Основной принцип устройства MOSFET заключается в том, чтобы иметь возможность управлять напряжением и током между выводами истока и стока с помощью напряжения, приложенного к выводу затвора.Поверхность полупроводника в нижнем оксидном слое, который расположен между выводами истока и стока, может быть инвертирован из p-типа в n-тип путем приложения положительного или отрицательного напряжения затвора, соответственно. Когда мы прикладываем силу отталкивания к положительному напряжению затвора, то дырки, находящиеся под слоем оксида, толкаются вниз вместе с подложкой. Область обеднения населена связанными отрицательными зарядами, которые связаны с атомами акцептора. Когда достигаются электроны, развивается канал.Положительное напряжение также притягивает электроны из n + областей истока и стока в канал. Теперь, если между стоком и истоком приложено напряжение, ток свободно течет между истоком и стоком, а напряжение затвора управляет электронами в канале. Если вместо положительного напряжения приложить отрицательное напряжение, под оксидным слоем образуется дыра.

Типы полевых МОП-транзисторов

Широко используются два полевых МОП-транзистора:

1.MOSFET истощения:

MOSFET в режиме истощения аналогичен разомкнутому переключателю. В этом режиме напряжение затвора в источник (VGS) применяется для выключения устройства. Когда напряжение затвора отрицательное, в канале накапливаются положительные заряды. Это вызывает область истощения в канале и предотвращает протекание тока. Таким образом, поскольку на протекание тока влияет формирование обедненной области, он называется обедненным MOSFET.

2.Расширение MOSFET:

МОП-транзистор расширенного режима аналогичен замкнутому переключателю. В этом режиме для включения устройства применяется напряжение затвор-исток (VGS). Когда отрицательное напряжение подается на вывод затвора полевого МОП-транзистора, отверстия, несущие положительный заряд, накапливаются возле оксидного слоя, образуя канал от истока к выводу стока. По мере того, как напряжение становится все более отрицательным, ширина канала увеличивается и ток увеличивается; таким образом, он называется улучшенным MOSFET.

Кроме того, типы истощения и расширения классифицируются на типы N-канал и P-канал .

1.N-канальный полевой МОП-транзистор :

N-канальный полевой МОП-транзистор имеет канал N-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником N-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом P-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за электронов.И ток регулируется напряжением затвора.

2.P-канальный МОП-транзистор:

Аналогично, P-канальный MOSFET имеет канал P-типа между истоком и стоком. Здесь выводы истока и затвора сильно легированы полупроводником P-типа, а подложка легирована полупроводниковым материалом N-типа. Следовательно, ток между истоком и стоком происходит из-за дыр. И ток регулируется напряжением затвора.

Характеристики

В целом, полевой МОП-транзистор работает в основном в трех регионах, а именно:

  1. Область отсечки:
    В области отсечки полевой МОП-транзистор остается выключенным, поскольку в этой области нет тока.Здесь MOSFET ведет себя как разомкнутый переключатель и, таким образом, используется, когда они должны функционировать как электронные переключатели.
  2. Омическая область:
    В омической или линейной области ток от стока к истоку увеличивается с увеличением напряжения от стока к истоку. Когда полевые МОП-транзисторы работают в этой области, их можно использовать в качестве усилителей.
  3. Область насыщения:
    В этой области значение тока от стока к истоку остается постоянным без учета увеличения напряжения между стоком и истоком.Это происходит только один раз, когда напряжение на стоке к выводу истока увеличивается больше, чем напряжение отсечки. В этом случае устройство будет работать как замкнутый переключатель. Поэтому эта рабочая область используется всякий раз, когда требуются полевые МОП-транзисторы для выполнения операций переключения.

Приложения

MOSFET как переключатель

Полевые МОП-транзисторы

используются во многих различных приложениях. Они широко известны своими коммутационными характеристиками. Как мы видели ранее, N-канальный МОП-транзистор в режиме улучшения имеет очень высокое входное сопротивление и работает от положительного входного напряжения.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 МОП-транзистор в расширенном режиме для включения и выключения простой лампы.

Как видите, в этой схеме мы хотим переключать лампу 12 В с помощью логического сигнала 5 В. Мы подключили положительный вывод лампы к источнику питания 12 В, а другой конец — к выводу стока полевого МОП-транзистора. Клемма источника подключена к GND. Сопротивление затвора к истоку (RGS) используется для предотвращения любого внешнего шума на выводе затвора.

Когда напряжение не подается, лампа остается выключенной. Если мы подадим положительное входное напряжение (VGS) на вывод затвора полевого МОП-транзистора, лампа включится и останется включенной до тех пор, пока мы не удалим входной сигнал или не подадим отрицательное входное напряжение. Затем лампа погаснет.

Усилитель MOSFET

MOSFET или eMOSFET в режиме расширения 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 eMOSFET идеальным для использования в схемах усилителя MOSFET.

Эта простая конфигурация усилителя MOSFET в режиме расширения с общим истоком использует одиночный источник питания на выводе стока для генерации необходимого напряжения затвора (VG) с использованием резистивного делителя на резисторах R1 и R2. Схема резисторов создает необходимую схему смещения для работы в области насыщения. Нам также понадобятся 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 напряжение смещения постоянного тока от сигнала переменного тока, который необходимо усилить. На изображении выше небольшой сигнал переменного тока (VGS) подается на затвор полевого МОП-транзистора, что приводит к колебаниям тока стока, синхронному с подаваемым входным переменным током.

Драйвер мотора H-моста

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

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

Затворы полевого МОП-транзистора с N-каналом обычно подтягиваются понижающим резистором, а затворы полевого МОП-транзистора с Р-каналом поднимаются высоко. Это приводит к тому, что полевые МОП-транзисторы с каналом P и N отключаются; следовательно, ток не может течь. Когда сигнал PWM подается на затворы полевого МОП-транзистора, полевые МОП-транзисторы с каналом N и P 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 CMOS и других технологиях интегральных схем, где потребляемая мощность 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 двигатели большой мощности. ШИМ-сигналы от внешнего источника, такого как микроконтроллер, используются для управления проводимостью транзистора. Соответственно, полевой МОП-транзистор включается или выключается, таким образом поддерживая яркость лампы или скорость двигателя.

Вы уже знакомы с электронными возможностями Fusion 360? Fusion 360 предлагает доступ к комплексным средствам проектирования электроники и печатных плат на единой платформе разработки продуктов в облаке. Попробуйте сами сегодня.

Полевой транзистор

Полевые транзисторы

Функция полевых транзисторов аналогична биполярным транзисторам (особенно того типа, который мы обсудим здесь), но есть несколько отличий.У них есть 3 клеммы, как показано ниже. Два основных типа полевых транзисторов — это полевые МОП-транзисторы с каналом «N» и «P». Здесь мы будем обсуждать только канал N. Фактически, в этом разделе мы будем обсуждать только наиболее часто используемый N-канальный MOSFET в режиме улучшения (полевой транзистор с металлическим оксидом и полупроводником). Его схематический символ находится ниже. Стрелки показывают, как НОЖКИ реального транзистора соответствуют условному обозначению.

Current Control:
Терминал управления называется воротами.Помните, что через базовый вывод биполярного транзистора проходит небольшой ток. Затвор на полевом транзисторе практически не пропускает ток при работе с постоянным током.При управлении затвором с помощью высокочастотных импульсных сигналов постоянного или переменного тока может протекать небольшой ток. Напряжение «включения» транзистора (также известное как пороговое значение) варьируется от одного полевого транзистора к другому, но составляет примерно 3,3 В по отношению к источнику.

Когда полевые транзисторы используются в секции аудиовыхода усилителя, Vgs (напряжение от затвора до источника) редко превышает 3.5 вольт. Когда полевые транзисторы используются в импульсных источниках питания, Vgs обычно намного выше (от 10 до 15 вольт). Когда напряжение затвора превышает примерно 5 вольт, он становится более эффективным (что означает меньшее падение напряжения на полевом транзисторе и, следовательно, меньшее рассеивание мощности).

Обычно используются полевые МОП-транзисторы, потому что их легче использовать в сильноточных приложениях (например, в импульсных источниках питания в автомобильных аудиоусилителях). Если используется биполярный транзистор, часть тока коллектор / эмиттер должна протекать через переход базы.В ситуациях с высоким током, когда имеется значительный ток коллектора / эмиттера, ток базы может быть значительным. Полевые транзисторы могут работать при очень небольшом токе (по сравнению с биполярными транзисторами). Единственный ток, который течет из схемы возбуждения, — это ток, протекающий из-за емкости. Как вы уже знаете, когда на конденсатор подается постоянный ток, возникает первоначальный скачок, после чего ток прекращается. Когда затвор полевого транзистора приводится в действие высокочастотным сигналом, схема управления по существу видит только конденсатор небольшой емкости.Для низких и промежуточных частот схема возбуждения должна обеспечивать небольшой ток. На очень высоких частотах или когда задействовано много полевых транзисторов, схема возбуждения должна обеспечивать больший ток.

Примечание:
Затвор полевого МОП-транзистора имеет некоторую емкость, что означает, что он будет удерживать заряд (сохранять напряжение). Если напряжение затвора не разряжено, полевой транзистор будет продолжать проводить ток. Это не означает, что вы можете заряжать его и ожидать, что полевой транзистор будет продолжать проводить бесконечно долго, но он будет продолжать проводить, пока напряжение на затворе не станет ниже порогового напряжения.Вы можете убедиться, что он отключился, если вы подключите понижающий резистор между затвором и истоком.

Сильноточные клеммы:
«Управляемые» клеммы называются истоком и стоком. Это клеммы, отвечающие за пропускание тока через транзистор.

Пакеты транзисторов:
МОП-транзисторы используют те же «корпуса», что и биполярные транзисторы. Наиболее распространенным в автомобильном стереоусилителе в настоящее время является корпус TO-220 (показан выше).


Транзистор в цепи:
На этой диаграмме показаны напряжения на резисторе и полевом транзисторе с 3 различными напряжениями затвора.Вы должны увидеть, что на резисторе нет напряжения, когда напряжение затвора составляет около 2,5 вольт. Это означает, что ток не течет, потому что транзистор не открыт. Когда транзистор частично включен, на обоих компонентах наблюдается падение напряжения (напряжения). Когда транзистор полностью открыт (напряжение затвора около 4,5 В), полное напряжение питания подается на резистор, и на транзисторе практически нет падения напряжения. Это означает, что оба вывода (исток и сток) транзистора имеют по существу одинаковое напряжение.Когда транзистор полностью включен, нижний вывод резистора эффективно заземлен.

Напряжение на затворе Напряжение на резисторе Напряжение на транзисторе
2,5 В без напряжения примерно 12 вольт
3,5 В менее 12 вольт менее 12 вольт
4,5 В примерно 12 вольт напряжение практически отсутствует

В следующей демонстрации вы можете увидеть, что к лампе подключен полевой транзистор.Когда напряжение ниже примерно 3 вольт, лампа полностью выключена. Нет тока, протекающего через лампу или полевой транзистор. Когда вы нажимаете кнопку, вы можете видеть, что конденсатор начинает заряжаться (на это указывает восходящая желтая линия и точка пересечения кривой зарядки конденсатора с белой линией, идущей слева направо. Когда полевой транзистор начинает включаться, напряжение на стоке начинает падать (обозначено падающей зеленой линией и точкой, где зеленая кривая пересекается с белой линией).Когда напряжение затвора приближается к пороговому значению (~ 3,5 В), напряжение на лампе начинает расти. Чем больше он увеличивается, тем ярче становится лампа. После того, как напряжение на затворе достигнет примерно 4 вольт, вы увидите, что лампочка полностью горит (на ее выводах есть полные 12 вольт). Напряжение на полевом транзисторе практически отсутствует. Вы должны заметить, что полевой транзистор полностью выключен при напряжении ниже 3 вольт и полностью включен после четырех вольт. Любое напряжение затвора ниже 3 В практически не влияет на полевой транзистор.Выше 4 вольт мало влияет.


Расчетные параметры

Напряжение затвора:
Как вы уже знаете, полевой транзистор управляется напряжением затвора. Для этого типа полевого МОП-транзистора максимальное безопасное напряжение затвора составляет ± 20 вольт. Если на затвор (относительно источника) будет подано более 20 вольт, это приведет к разрушению транзистора. Транзистор будет поврежден, потому что напряжение будет проходить через изолятор, который отделяет затвор от части стока / истока полевого транзистора.

Ток:
Как и биполярные транзисторы, каждый полевой транзистор предназначен для безопасной передачи определенного количества тока.Если температура полевого транзистора выше 25 ° C (приблизительно 77 градусов Фаренгейта), «безопасные» токонесущие способности транзистора будут уменьшены. Безопасная рабочая зона (S.O.A) продолжает уменьшаться при повышении температуры. Когда температура приближается к максимальной безопасной рабочей температуре, номинальный ток транзистора приближается к нулю.

Напряжение:
полевых транзисторов будут повреждены, если будет превышено указанное максимальное напряжение сток-исток. Информационный листок можно получить у производителя.Лист данных предоставит вам всю информацию, необходимую для его использования.

Рассеиваемая мощность: полевые транзисторы
похожи на биполярные транзисторы с точки зрения корпусов и рассеиваемой мощности, и вы можете вернуться по этой ссылке на страницу биполярных транзисторов для получения дополнительной информации. Нажмите кнопку «назад», чтобы вернуться.

Как и когда взрываются полевые МОП-транзисторы

Высокие температуры и рабочие условия за пределами безопасной рабочей зоны могут вывести из строя полевые МОП-транзисторы, используемые в схемах переключения.

MOSFET (полевой транзистор металл-оксид-полупроводник) является основным компонентом в схемах преобразования энергии и коммутации для таких приложений, как приводы двигателей и импульсные источники питания (SMPS).МОП-транзисторы имеют высокое входное сопротивление затвора, а ток, протекающий через канал между истоком и стоком, регулируется напряжением затвора. Однако при неправильном обращении и защите высокий входной импеданс и усиление также могут привести к повреждению полевого МОП-транзистора из-за перенапряжения или слишком высокого тока.

Сначала несколько основных принципов предотвращения повреждения полевого МОП-транзистора. Очевидно, что V gs и V ds должны находиться в определенных пределах. То же по току, я d . Также существует ограничение мощности, определяемое максимальной температурой перехода.Базовые значения для верхнего максимума этих параметров приведены на графике безопасной рабочей области (SOA) в таблице данных MOSFET. Но оказывается, могут применяться и другие тепловые 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 MOSFET умирают.

Новые поколения полевых МОП-транзисторов включают в себя функции, которые включают низкий R DS (on) , чтобы минимизировать потери проводимости и повысить эффективность работы.Примеры включают полевые МОП-транзисторы NTMFS5C404NLT, NTMFS5C410NLT и NTMFS5C442NLT 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, которые имеют номинальное напряжение пробоя 60 В. Устройства на 40 и 60 В рассчитаны на работу при температурах перехода до 175 ° C, чтобы обеспечить больший тепловой запас для конструкций.

Одним из факторов, который следует учитывать в этом отношении, является то, что термическое сопротивление MOSFET является средним; он применяется, если вся матрица имеет одинаковую температуру.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.

Типичный режим отказа полевого МОП-транзистора — короткое замыкание между истоком и стоком. В этом случае только импеданс источника питания ограничивает пиковый ток. Обычным результатом прямого короткого замыкания является плавление матрицы и металла, что в конечном итоге приводит к размыканию цепи. Например, достаточно высокое напряжение, приложенное между затвором и истоком (V GS ), разрушит оксид затвора MOSFET.Гейтс, рассчитанный на 12 В, скорее всего, откажется от напряжения около 15 В или около того; ворота с номинальным напряжением 20 В обычно выходят из строя при напряжении около 25 В.

В общем, превышение номинального напряжения MOSFET всего на несколько наносекунд может его разрушить. Производители устройств рекомендуют консервативно выбирать полевые МОП-транзисторы для ожидаемых уровней напряжения и дополнительно рекомендуют подавлять любые всплески напряжения или звонки.

Слишком маленький привод затвора
Устройства MOSFET предназначены для рассеивания минимальной мощности при включении.Кроме того, полевой МОП-транзистор должен быть включен жестко, 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, полевой МОП-транзистор, пропускающий большой ток, нагревается. Плохой теплоотвод может повредить МОП-транзистор из-за чрезмерной температуры. Один из способов избежать слишком высокого тока — это параллельное соединение нескольких полевых МОП-транзисторов, чтобы они разделяли ток нагрузки.

График зависимости мощности полевого МОП-транзистора от температуры обычно основан на предположениях относительно теплоотвода и монтажа, как в случае с этим графиком для устройства ON Semiconductor CPh4348.

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

Способ избежать этого условия — обеспечить мертвое время между переключениями, в течение которого ни один из полевых МОП-транзисторов не включен.

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

Перегрузки по току даже на короткое время могут вызвать прогрессирующее повреждение полевого МОП-транзистора, часто с небольшим заметным повышением температуры перед отказом. МОП-транзисторы часто имеют высокий пиковый ток, но они обычно предполагают пиковые токи продолжительностью только 300 мкс или около того. При переключении индуктивных нагрузок особенно важно завышать максимальную мощность полевых МОП-транзисторов.

При переключении индуктивных нагрузок должен быть путь, по которому обратная ЭДС может свободно вращаться при выключении полевого МОП-транзистора. Свободный ход — это внезапный скачок напряжения, наблюдаемый на индуктивной нагрузке, когда ее напряжение питания внезапно прерывается. МОП-транзисторы с расширенным режимом работы содержат диод, обеспечивающий эту защиту.

Резонансные цепи с высокой добротностью могут накапливать значительную энергию за счет своей индуктивности и емкости. При определенных условиях эта высокая энергия заставляет ток свободно проходить через внутренние диоды корпуса полевых МОП-транзисторов, когда один полевой МОП-транзистор выключается, а другой включается.(Внутренний диод образуется в pn переходе корпус-сток, подключенном между стоком и истоком. В устройствах с N-каналом анод основного диода соединяется со стоком. В P-канальных MOSFET полярность обратной полярности.) Проблема может возникают из-за медленного выключения (или обратного восстановления) внутреннего диода, когда противоположный MOSFET пытается включиться.

Корпусные диоды полевого МОП-транзистора

обычно имеют длительное время обратного восстановления по сравнению с характеристиками самих полевых МОП-транзисторов. Если основной диод одного полевого МОП-транзистора проводит ток при включенном противостоящем устройстве, возникает короткое замыкание, напоминающее состояние прострела.Для решения этой проблемы используются диод Шоттки и диод с быстрым восстановлением. Диод Шоттки подключается последовательно с источником MOSFET и предотвращает прямое смещение основного диода MOSFET током свободного хода. Высокоскоростной диод (быстрое восстановление) подключается параллельно паре MOSFET / Schottky. Это позволяет току свободного хода полностью обходить полевой МОП-транзистор и Шоттки. Это гарантирует, что корпусный диод MOSFET никогда не перейдет в режим проводимости.

Продолжительность работы MOSFET во времени может сильно повлиять на тепловое сопротивление.Этот конкретный примерный график предназначен для полевого МОП-транзистора CPh4348 от ON Semiconductor.

Переходы
МОП-транзистор рассеивает мало энергии во время его устойчивого включения и выключения, но он рассеивает значительную энергию во время перехода. Таким образом, желательно переключаться как можно быстрее, чтобы минимизировать рассеиваемую мощность. Поскольку затвор полевого МОП-транзистора является в основном емкостным, ему требуются значительные импульсы тока для зарядки и разрядки затвора за несколько десятков наносекунд. Пиковый ток затвора может достигать ампера.

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

Список литературы

ON Semiconductor
onsemi.com

% PDF-1.2 % 127 0 объект > endobj xref 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 п. 0000011068 00000 п. 0000013098 00000 п. 0000013121 00000 п. 0000015177 00000 п. 0000015200 00000 н. 0000017249 00000 п. 0000017272 00000 п. 0000019315 00000 п. 0000019338 00000 п. 0000021480 00000 п. 0000021522 00000 п. 0000021543 00000 п. 0000021839 00000 п. 0000021862 00000 п. 0000024389 00000 п. 0000024412 00000 п. 0000027530 00000 п. 0000027553 00000 п. 0000029667 00000 п. 0000029690 00000 н. 0000034645 00000 п. 0000034668 00000 н. 0000037495 00000 п. 0000037518 00000 п. 0000042934 00000 п. 0000042957 00000 п. 0000048906 00000 н. 0000048929 00000 н. 0000055778 00000 п. 0000055801 00000 п. 0000062740 00000 п. 0000062763 00000 п. 0000068694 00000 п. 0000068717 00000 п. 0000074374 00000 п. 0000074397 00000 п. 0000079414 00000 п. 0000079437 00000 п. 0000085012 00000 п. 0000085035 00000 п. 0000089323 00000 п. 0000089346 00000 п. 0000093488 00000 п. 0000093511 00000 п. 0000097738 00000 п. 0000097761 00000 п. 0000102375 00000 п. 0000102398 00000 п. 0000105972 00000 н. 0000105995 00000 н. 0000109924 00000 н. 0000109947 00000 н. 0000113895 00000 н. 0000113918 00000 н. 0000118461 00000 п. 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *