Мощный переключатель на полевых транзисторах, 20 ампер. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки

 Комментарии к статье

Современные мощные ключевые полевые транзисторы отличаются очень низким сопротивлением канала в открытом состоянии, зачастую даже ниже сопротивления замкнутых контактов электромагнитного реле или механического выключателя, ведь на сопротивление механических контактов влияет коррозия, загрязнение, подгорание. Этих недостатков у ключевого полевого транзистора нет. К тому же низкое сопротивление открытого канала, даже при значительном токе и большой мощности нагрузки, делает рассеиваемую мощность на транзисторе самой минимальной. Поэтому, зачастую, для коммутации киловаттных нагрузок ключевому полевому транзистору не требуется даже простейшего радиатора.

Здесь приводится схема электронного переключателя двух нагрузок напряжением питания от 5 до 20 В при токе до 20 А. Основой схемы являются два ключевых полевых транзистора APM2556NU, у которых сопротивление открытого канала не превышает 0,006 Ом. Это значит, что при напряжении 20 В и токе нагрузки 20 А (то есть, при мощности нагрузки 400 Вт) мощность на открытом канале транзистора не превысит 2...4 Вт.

Переключатель управляется двумя квазисенсорными (без фиксации) кнопками, кратковременным нажатиями которых можно переключать нагрузки. Одновременно нагрузки включить нельзя, даже при одновременном нажатии обеих кнопок обе нагрузки выключаются. Есть аварийный вход блокировки, при подаче на который напряжения от напряжения питания до 50 В выключаются обе нагрузки. Этот вход можно использовать в различных защитных цепях, когда нужно экстренно отключить любую из включенных нагрузок, и возможность их включения кнопками заблокировать.

Нагрузки подключаются между плюсом питания и соответствующим выходом схемы. Состояние переключателя индицируется двумя светодиодами.

Принципиальная схема показана на рисунке.

Устройством управления служит RS-триггер на микросхеме D1 Выводы 2 и 12 служат для переключения устойчивых состояний триггера. Эти выводы через резисторы R1 и R3 подтянуты к нулю. Сопротивление резисторов взято относительно маленьким (обычно в таких схемах используют резисторы на десятки-сотни килоом). В первом варианте стояли резисторы на 56 кОм, но в последствии выяснилось что в момент включения мощной нагрузки возникает имульс-помеха которая сбрасывает триггер и переводит схему в автоколебательный режим. Чтобы этого не происходило сопротивление входов триггера пришлось понизить путем снижения сопротивления подтягивающих резисторов, а так же дополнительно установить конденсаторы С2 и С3, повышающие стабильность работы триггера в условиях импульсных помех.

Нажатие кнопки S2 приводит к появлению логической единицы на выводе 13. Транзистор VT2 открывается и включает нагрузку 2. При этом на выводе 1 - ноль, поэтому VT1 выключен и нагрузка 1 соответственно тоже выключена. При нажатии кнопки S1 единица появляется на выводе 1 D1 и открывается транзистор VT1 нагрузка 1 включается, а на выводе 13 появляется ноль, поэтому нагрузка 2 выключается. Резисторы R6 и R7 нужны для снижения влияния емкости затвора полевого транзистора на выход микросхемы. Емкость затвора довольно высока, поэтому при резком изменении на нем напряжения имеет место довольно большой ток зарядки этой емкости. Резисторы ограничивают этот ток до безопасного для микросхемы уровня. Диоды VD3 и VD4 помогают разряжать емкость затвора при закрытии транзистора.

Соединенные вместе выводы 3 и 11 используются для создания точки блокировки. Эти выводы резистором R2 подтянуты к нулю, поэтому пока на входе блокировки нет напряжения (или это напряжение мало) они не влияют на работу триггера. Но при подаче на них напряжения уровня логической единицы происходит принудительный перевод обоих элементов D1.1 и D1.2 в состояние логического нуля на выходе. То есть, когда на данной точке логическая единица обе нагрузки выключены независимо от предшествующего состояния.

Напряжение, поступающее на вход блокировки может поступать от какой-то схемы или системы блокировки. Величина этого напряжения, желательно, не должна быть больше напряжения питания схемы. Однако, наличие стабилитрона VD1 и резистора R4 позволяет использовать для блокировки напряжение до 50 В включительно (можно и больше, но есть опасность повреждения стабилитрона, а вслед за ним, и микросхемы).

Напряжение питания нагрузки может быть от 5 до 20 В. При этом напряжение питания микросхемы не должно превышать 15 В. Для уменьшения максимального напряжения питания D1 установлена цепь R5-VD2. Эта цепь при питании от источника более 15 В работает как параметрический стабилизатор и не допускает превышения напряжения на микросхеме. При питании напряжением ниже 15 В схема не работает как стабилизатор, так как стабилитрон закрыт, а только совместно с С1 как блокировочная RC-цепочка по цепи питания.

Снижать напряжение ниже 5 В нельзя, так как при этом напряжение на затворе открытого транзистора окажется недостаточным для его полного открывания. Канал транзистора откроется не полностью, то есть будет иметь более высокое сопротивление, а это приведет к тому, что мощность, рассеиваемая на нем резко возрастет, что может привести к повреждению транзистора.

При монтаже нужно обеспечить достаточную ширину дорожек, идущих к стоку и истоку транзисторов от нагрузки и от минуса питания. Монтажные проводники тоже должны быть достаточно толстыми. Проводники схемы управления на D1 могут быть тонки, то есть, любой разумной толщины, так как там ток небольшой.

Транзисторы APM2556NU можно заменить другими с аналогичными характеристиками. Если транзисторов с столь низким сопротивление открытого канала пробрести не удается, но есть транзисторы с вдвое большим сопротивление - можно вместо одного транзистора использовать два включенных параллельно. Либо работать на более низком максимальном токе, либо использовать радиатор для отвода избытка тепла.

Стабилитроны BZV55C15 можно заменить на 1N4744A, КС215, КС515, Д814Д. В принципе, здесь можно использовать любые стабилитроны на напряжение не ниже 10 В и не больше 15 В.

Микросхему К561ЛЕ6 можно заменить аналогом CD4002 или микросхемой К561ЛЕ10 (аналог CD4025). Микросхема К561ЛЕ10 отличается тем, что у нее есть три трех-входовых элементов ИЛИ-НЕ. Два используются в этой схеме, а один лишний остается свободным. Чтобы он не повредился статическим электричеством входы свободного элемента нужно соединить с 7 или 14 выводом микросхемы. Все элементы микросхемы физически взаимосвязаны, поэтому даже повреждение ненужного элемента может отрицательно сказаться и на других элементах микросхемы. Еще можно использовать микросхему К561ЛП4, в ней есть два трех-входовых элемента ИЛИ-НЕ и один одно-входовый инвертор, он остается свободным (его вход соединить с выводом 7 или 14).

Диоды 1N4148 можно заменить практически любыми маломощными импульсными диодами, например КД522.

Варистор FNR05K220 можно заменить любым варистором на напряжение около 20 В.

Светодиоды - любые индикаторные.

Собранное без ошибок устройство, при исправности всех деталей налаживания не требует.

Автор: Лыжин Р.

Смотрите другие статьи раздела Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Хорошо управляемые луга могут компенсировать выбросы от скота 15.02.2026

Животноводство, особенно разведение крупного рогатого скота, часто обвиняют в значительном вкладе в глобальное потепление из-за мощного парникового газа - метана, который выделяется при пищеварении у жвачных животных. Это вызывает острые политические споры и призывы к сокращению потребления мяса. Однако ученые напоминают, что полная картина климатического воздействия отрасли не ограничивается только выбросами от животных: огромную роль играет окружающая экосистема - пастбища, почва и растительность, которые способны активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Исследователи из Университета Небраски-Линкольна решили глубже изучить этот баланс. Группа под руководством профессора Галена Эриксона сосредоточилась на том, как правильно организованные пастбища накапливают углерод в растениях и грунте благодаря естественным процессам, стимулируемым выпасом скота. Ученые подчеркивают, что при достаточном уровне осадков и грамотном управлении такие луга превращаются в мощные природные погло ...>>

NASA тестирует инновационную технологию крыла 15.02.2026

Коммерческая авиация ежегодно расходует колоссальные объемы керосина, что сказывается не только на бюджете авиакомпаний, но и на состоянии окружающей среды. В 2024 году глобальные затраты на авиационное топливо достигли 291 миллиарда долларов, и эта сумма продолжает расти. Чтобы справиться с этими вызовами, NASA активно работает над технологиями, способными заметно повысить аэродинамическую эффективность самолетов. Одним из самых перспективных направлений стало создание специальной конструкции крыла, которая максимизирует естественный ламинарный поток воздуха и минимизирует сопротивление. В январе 2026 года специалисты NASA Armstrong Flight Research Center успешно провели важный этап наземных испытаний концепции Crossflow Attenuated Natural Laminar Flow (CATNLF). Для эксперимента под фюзеляж исследовательского самолета F-15B закрепили вертикально ориентированную масштабную модель высотой около 0,9 м (3 фута), напоминающую узкий киль. Такая компоновка позволила подвергнуть прототип р ...>>

Забота о внуках очень полезна для здоровья мозга 14.02.2026

Общение между поколениями приносит радость всей семье, но мало кто задумывается, насколько активно бабушки и дедушки, заботящиеся о внуках, поддерживают свою умственную форму. Регулярное взаимодействие с детьми стимулирует мозг пожилых людей, помогая сохранять память, скорость мышления и общую когнитивную активность. Новые научные данные подтверждают, что такая добровольная помощь не только важна для общества, но и может замедлять возрастные изменения в мозге. Исследователи из Тилбургского университета в Нидерландах провели анализ, чтобы понять, приносит ли уход за внуками реальную пользу здоровью пожилых людей. Ведущий автор работы Флавия Черечес отметила, что многие бабушки и дедушки регулярно присматривают за детьми, и оставался открытым вопрос, насколько это положительно сказывается на их собственном благополучии, особенно в плане когнитивных функций. Ученые поставили цель выяснить, способен ли регулярный уход за внуками замедлить снижение памяти и других умственных способ ...>>

Случайная новость из Архива Процессор Snapdragon 8 Gen 2 15.11.2022 Компания Qualcomm представила новый высококачественный чип второго поколения Qualcomm Snapdragon 8. Snapdragon 8 Gen 2 - это приверженность вычислительной обработке изображений, высокой эффективности и максимальной производительности. Qualcomm Snapdragon 8 Gen 2 производится по 4-нм техпроцессу и является процессором с восемью ядрами, с тремя четко дифференцированными группами кластеров (1+3+4). Первый состоит из основного ядра, работающего на максимальной частоте 3,2 ГГц. Второй - это кластер из трех ядер с максимальной частотой 2,8 ГГц, и, наконец, у нас есть кластер ядер, предназначенный для повышения эффективности, с четырьмя ядрами с максимальной частотой 2,0 ГГц. Qualcomm обещает, что этот процессор до 60% эффективнее ватта, что является одной из основных проблем, с которыми сталкивалось предыдущее поколение. Пиковая производительность, которую они достигли, была великолепна, но потребление было неустойчивым с течением времени, и им пришлось снизить производительность, чтобы не перегреваться. С этим 2-м поколением можно забыть о проблемах, хотя бы на бумаге. Кроме того, что он эффективнее, компания обещает на 35% более быстрый процессор и 40% общей энергосбережения по сравнению с предыдущим поколением. Что касается графического процессора, то новый Adreno на 45% экономит энергию и на 25% быстрее. В этом поколении совместимые игры смогут наслаждаться трассировкой лучей в реальном времени, что обещает улучшить отражение, детализацию теней и общий реализм. Кроме того, это первый Snapdragon, включающий кодек AV1 посредством даже воспроизведения видео 8K HDR со скоростью 60 кадров в секунду. Qualcomm также гордится своим первым "когнитивным интернет-провайдером". Эта часть процессора отвечает за обработку сегментации изображения в реальном времени. Это похоже на то, что Google сделал в 2017 году из Pixel 2: разделение разных частей сцены с помощью семантических категорий, чтобы лучше обработать финальное изображение. Возможности подключения улучшены благодаря совместимости с WiFi 7 и увеличенной задержке, что обещает большую эффективность благодаря новому модему FastConnect 7800, способному развивать скорость до 5,8 Гбит/с сетей Wi-Fi. Ожидается, что первые мобильные телефоны с этим процессором появятся в конце 2022 и начале 2023 года.

Другие интересные новости:

▪ Заходите, здесь вас обнюхают

▪ Печать 3D-структур из стекла

▪ Новые источники питания для светодиодов

▪ Система автоматической парковки Nissan ProPILOT Park

▪ Франция приступила к разработке гиперзвукового оружия

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Электрику. ПТЭ. Подборка статей

▪ статья Организация гражданской обороны в образовательных учреждениях. Основы безопасной жизнедеятельности

▪ статья Зачем нам скелет? Подробный ответ

▪ статья Тис ягодный. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Электронные часы управляют электродвигателем. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Схемотехника ламповых усилителей-корректоров. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026