Kraftvoller Schalter am MIS-Transistor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Uhren, Timer, Relais, Lastschalter

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In Abb. Abbildung 1 zeigt ein Diagramm einer der Varianten eines leistungsstarken elektronischen Relais, das zum Schalten von Lastströmen bis 20 A bei einer Spannung von 5...20 V ausgelegt ist. Das Gerät ist auf Basis eines leistungsstarken n-Kanal-MIS-Transistors aufgebaut APM2556NU, der einen Kanalwiderstand von nicht mehr als 5,7 mOhm bei einer Gate-Source-Spannung von 10 V oder nicht mehr als 10 mOhm bei 4,5 V hat. Ein so niedriger Widerstand des offenen Kanals ermöglicht die Verwendung dieses Geräts zum Schalten eines großen Stroms und Die Installation eines Transistors auf einem Kühlkörper mit einer niedrigen Schaltfrequenz (Einheiten - Dutzende Kilohertz) ist normalerweise nicht erforderlich. Das Gerät kann beispielsweise als elektronischer Ausgangsspannungsschalter in einem Hochleistungsnetzteil, Hochleistungslichtquellen in batteriebetriebenen Taschenlampen, Niederspannungs-Elektromotoren, Traktionselektromagneten und für viele andere Anwendungen eingesetzt werden.

Die Verwendung eines leistungsstarken MIS-Transistors als Hauptschaltelement im Vergleich zu einem elektromagnetischen Relais ermöglicht einen geringeren Widerstand „geschlossener Kontakte“, das Fehlen von Durchbrennen und Funkenstörungen sowie eine höhere Leistung (mit elektronischer Steuerung). Darüber hinaus hat ein solcher elektronischer Schalter geringere Abmessungen und ein geringeres Gewicht als elektromagnetische Relais mit einem Strom von 10 bis 20 A und verbraucht deutlich weniger Strom von den Steuerkreisen.

Der elektronische Schalter kann über zwei kleine Taster ohne Fixierung gesteuert werden, beispielsweise Reed-Schalter, Membran oder Gummi mit leitfähiger Beschichtung.

Fig. 1

In Abb. Zum Vergleich der Abmessungen zeigt Abb. 2 das elektromagnetische Relais G7L-2A-P von Omron, dessen Kontakte zum Schalten eines Stroms von 20 A ausgelegt sind, und einen Prototyp eines elektronischen Relais auf Basis eines MIS-Transistors. Selbst bei einem relativ großzügigen Einbau benötigt die Elektronikeinheit viermal weniger Volumen (Taster und LED sind außerhalb der Platine angebracht) und ist deutlich leichter.

Fig. 2

Wenn Spannung an den Eingang des Geräts angelegt wird, bleibt der Feldeffekttransistor VT2 geschlossen, die am Ausgang angeschlossene Last bleibt stromlos und die LED HL1 bleibt ausgeschaltet. Um Spannung an die Last anzulegen, müssen Sie kurz die Taste SB1 drücken. Dies führt zum Öffnen des Transistors VT1 und dann des Transistors VT2.

Die eingeschaltete LED HL1 informiert Sie über die an der Last anliegende Spannung. Die Kondensatoren C3 und C4 sowie C1, C2, C5, C6 eliminieren den möglichen Einfluss verschiedener Störungen auf den Zustand der Transistoren. Die Dioden VD2-VD5 sollen das Gerät zum Abschalten zwingen, wenn die Eingangsspannung auf etwa 3 V abfällt, was den Feldeffekttransistor VT2 vor Überhitzung schützt.

Tatsache ist, dass ein so starker Abfall der Gate-Source-Spannung des Transistors VT2 den Kanalwiderstand und damit die darin freigesetzte Wärmeleistung, insbesondere bei einem hohen Laststrom, stark erhöht. Um den Feldeffekttransistor vor Überhitzung zu schützen, ist eine Schaltung R5VD2-VD5 vorgesehen, die beide Transistoren schließt.

Der Varistor RU1 und die Zenerdiode VD1 schützen den Feldeffekttransistor mit relativ niedriger Spannung vor Spannungsspitzen, beispielsweise durch die Selbstinduktions-EMK eines an den Eingang oder Ausgang des Geräts angeschlossenen Elektromotors, oder beispielsweise vor versehentlichen Überspannungen Beschädigung durch statische Elektrizität beim Berühren des Gates des Transistors VT2 mit einem Schraubendreher (oder anderen Metallgegenständen).

Zum Ausschalten des Gerätes genügt ein kurzes Schließen der Kontakte der SB2-Taste. Sie können den Zustand des Transistors VT2 nicht nur mit stromsparenden Miniaturtaster steuern, sondern beispielsweise auch mit zwei Optokopplern oder stromsparenden Reed-Relais. Zu beachten ist, dass der Schalter im ausgeschalteten Zustand praktisch keine Energie verbraucht.

Ein Versuchsmuster des Geräts wurde durch Oberflächenmontage auf einer Montageplatte mit den Maßen 46x27 mm aus Glasfaser montiert. Hochstromkreise bestehen aus kurzen Montagedrahtabschnitten mit einem Querschnitt von mindestens 1,2 mm.

Der APM2556NU-Transistor im Miniatur-T0252-Gehäuse ermöglicht eine maximale Drain-Source-Spannung von 25 V. Bei einem Drain-Strom von 40 A und einer Gate-Source-Spannung von 10 V oder 20 A bei einer Gate-Source-Spannung von 4,5 V, dem typischen Der Wert des offenen Kanalwiderstands überschreitet nicht 4,5 bzw. 7,5 mOhm. Der maximal zulässige konstante Drainstrom des Transistors beträgt bei einer Gehäusetemperatur von 25 °C 60 A.

Bei Betrieb mit reduzierter Versorgungsspannung und hohem Laststrom sollte der Transistor auf einen Kühlkörper mit einer nutzbaren Oberfläche von mindestens 7 cm2 gelötet werden. Beim Einbau eines Transistors müssen Maßnahmen getroffen werden, um ihn vor Durchschlägen durch statische Elektrizität zu schützen.

APM2556NU-Transistoren, die für den Einsatz in Abwärtsschaltspannungsreglern entwickelt wurden, werden heute häufig in modernen Hochleistungs-Grafikkarten und Computer-Motherboards verwendet. Dieser Transistor kann durch zwei parallel geschaltete Miniaturtransistoren mit doppeltem Leerkanalwiderstand, APM2510NU-Transistoren (8,5 MOhm 10 V) oder ähnliche, durch niedrige Gate-Source-Spannung gesteuerte Transistoren ersetzt werden. Bei Verwendung von Transistoren mit einem größeren Kanalwiderstand als dem des APM2556NU können mehrere Feldeffekttransistoren des gleichen Typs parallel geschaltet werden, um einen niedrigen Widerstand des Schaltelements aufrechtzuerhalten.

Wir können den Transistor 2SA733B durch jeden der Serien 2SA733, 2SA992, SS9015, KT3107, KT6112 ersetzen. Anstelle von BZV55C15 ist die Zenerdiode 1 N4744A, TZMC-15, 2S215ZH, KS215ZHA geeignet und anstelle von 1N4148 die Diode 1 N914 (oder eine der Serien KD522, KD521). LED – für jeden allgemeinen Zweck, vorzugsweise mit erhöhter Lichtleistung, zum Beispiel aus den Serien KIPD40, KIPD66. Für jede spezifische Lastspannung sollte der Widerstand R6 so gewählt werden, dass er den Nennstrom der LED nicht überschreitet.

Oxidkondensatoren – K50-68, K53-19 oder importiert. Der Rest ist K10-17, K10-50. Der Varistor FNR-05K220 kann durch jeden stromsparenden 18...22 V-Varistor ersetzt werden, zum Beispiel FNR-05K180.

Das aus wartungsfähigen Teilen akkurat zusammengesetzte Gerät erfordert keine Einstellung.

Abhängig von den spezifischen Merkmalen der Anwendung kann der zur Wiederholung vorgeschlagene Schalter vereinfacht oder verbessert werden. Wenn beispielsweise Spannungsspitzen aus der Stromquelle oder der angeschlossenen Last ausgeschlossen sind, kann auf den Varistor RU1 verzichtet werden. Auf die schützende Zenerdiode VD1 kann auch verzichtet werden, wenn die Spannung der Stromquelle 15 V nicht überschreitet und ein Kontakt mit dem Gate-Anschluss des Transistors VT2 ausgeschlossen ist.

Wenn die Wicklung eines selbstgebauten Reed-Relais in Reihe in den Lastkreis eingefügt wird, dessen offene Kontakte parallel zu den Kontakten der SB2-Taste geschaltet sind, wird die Stromversorgung der Last automatisch abgeschaltet, wenn der Strom verbraucht wird indem es über den angegebenen Wert hinausgeht. Um ein solches Relais herzustellen, müssen mehrere Windungen eines dicken Wickeldrahts (0,7 bis 1,2 mm Durchmesser) auf den KEMZ-Reedschalterzylinder gewickelt werden. So arbeitet das Relais beispielsweise mit einer Spule mit sieben Windungen aus PEV-2 0,68-Draht bei einem Strom von etwa 5 A. Die erforderliche Windungszahl für den gewünschten Schutzbetriebsstrom für eine bestimmte Instanz des Reed-Schalters beträgt experimentell bestimmt.

Autor: A. Butov

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