Leistungsstarker FET-Schalter, 20 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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

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Moderne Hochleistungs-Feldeffekttransistoren zeichnen sich durch einen sehr geringen Kanalwiderstand im offenen Zustand aus, der oft sogar niedriger ist als der Widerstand der geschlossenen Kontakte eines elektromagnetischen Relais oder mechanischen Schalters, da der Widerstand mechanischer Kontakte durch Korrosion beeinträchtigt wird , Kontamination und Verbrennung. Der Schlüsselfeldeffekttransistor weist diese Nachteile nicht auf. Darüber hinaus sorgt der niedrige Widerstand des offenen Kanals auch bei großem Strom und hoher Lastleistung für eine minimale Verlustleistung am Transistor. Um Kilowattlasten zu schalten, benötigt ein wichtiger Feldeffekttransistor daher oft nicht einmal den einfachsten Strahler.

Hier ist ein Diagramm eines elektronischen Schalters für zwei Lasten mit einer Versorgungsspannung von 5 bis 20 V bei einem Strom von bis zu 20 A. Die Schaltung basiert auf zwei Schlüsselfeldeffekttransistoren APM2556NU, deren offener Kanalwiderstand 0,006 nicht überschreitet Ohm. Das bedeutet, dass bei einer Spannung von 20 V und einem Laststrom von 20 A (also bei einer Lastleistung von 400 W) die Leistung am offenen Kanal des Transistors 2...4 W nicht überschreitet.

Die Steuerung des Schalters erfolgt über zwei Quasi-Touch-Tasten (nicht rastend), durch kurzes Drücken können Sie die Lasten schalten. Die Lasten können nicht gleichzeitig eingeschaltet werden; auch wenn beide Tasten gleichzeitig gedrückt werden, werden beide Lasten ausgeschaltet. Es gibt einen Notblockiereingang, bei Anlegen einer Spannung von der Versorgungsspannung auf 50 V werden beide Lasten abgeschaltet. Dieser Eingang kann in verschiedenen Schutzschaltungen verwendet werden, wenn Sie eine der enthaltenen Lasten dringend ausschalten müssen, und die Möglichkeit, sie einzuschalten, kann über Tasten blockiert werden.

Die Lasten werden zwischen dem Power Plus und dem entsprechenden Ausgang der Schaltung angeschlossen. Der Schaltzustand wird durch zwei LEDs angezeigt.

Der Schaltplan ist in der Abbildung dargestellt.

Das Steuergerät ist ein RS-Trigger auf dem D1-Chip. Die Pins 2 und 12 werden zum Umschalten stabiler Zustände des Triggers verwendet. Diese Anschlüsse werden über die Widerstände R1 und R3 auf Null gezogen. Der Widerstandswert der Widerstände wird als relativ klein angenommen (normalerweise werden in solchen Schaltkreisen Widerstände von mehreren zehn bis hundert Kilo-Ohm verwendet). In der ersten Version gab es 56-kOhm-Widerstände, später stellte sich jedoch heraus, dass beim Einschalten einer starken Last ein Rauschimpuls auftritt, der den Auslöser zurücksetzt und die Schaltung in den Selbstschwingungsmodus versetzt. Um dies zu verhindern, musste der Widerstand der Triggereingänge durch eine Verringerung des Widerstands der Pull-up-Widerstände gesenkt werden, außerdem wurden zusätzlich Kondensatoren C2 und C3 installiert, die die Stabilität des Triggers bei Impulsrauschen erhöhen.

Das Drücken der S2-Taste führt zum Erscheinen einer logischen Eins an Pin 13. Der Transistor VT2 öffnet und schaltet Last 2 ein. Gleichzeitig ist Pin 1 Null, sodass VT1 ausgeschaltet ist und Last 1 dementsprechend ebenfalls ausgeschaltet ist . Wenn Sie die Taste S1 drücken, erscheint eine Einheit an Pin 1 von D1 und der Transistor VT1 öffnet, Last 1 wird eingeschaltet und an Pin 13 erscheint eine Null, sodass Last 2 ausgeschaltet wird. Die Widerstände R6 und R7 werden benötigt, um den Einfluss der Gate-Kapazität des Feldeffekttransistors auf den Ausgang der Mikroschaltung zu reduzieren. Die Gate-Kapazität ist ziemlich hoch. Wenn sich die Spannung an ihr also stark ändert, entsteht ein ziemlich großer Ladestrom für diese Kapazität. Widerstände begrenzen diesen Strom auf einen für die Mikroschaltung sicheren Wert. Die Dioden VD3 und VD4 helfen dabei, die Gate-Kapazität zu entladen, wenn der Transistor abschaltet.

Die miteinander verbundenen Pins 3 und 11 dienen zur Bildung eines Sperrpunkts. Diese Pins werden durch den Widerstand R2 auf Null gezogen, sodass sie die Funktion des Auslösers nicht beeinträchtigen, solange am Sperreingang keine Spannung anliegt (oder diese Spannung niedrig ist). Wenn jedoch eine Spannung mit dem Pegel logisch Eins an sie angelegt wird, werden beide Elemente D1.1 und D1.2 gezwungen, am Ausgang in den Zustand logisch Null zu schalten. Das heißt, wenn an einem bestimmten Punkt die logische Einheit ausgeschaltet ist, werden beide Lasten ausgeschaltet, unabhängig vom vorherigen Zustand.

Die dem Interlock-Eingang zugeführte Spannung kann von einem Interlock-Schaltkreis oder -System stammen. Die Größe dieser Spannung sollte vorzugsweise nicht größer sein als die Versorgungsspannung der Schaltung. Durch das Vorhandensein einer Zenerdiode VD1 und eines Widerstands R4 können Sie jedoch eine Spannung von bis zu 50 V zum Sperren verwenden (mehr ist möglich, es besteht jedoch die Gefahr einer Beschädigung der Zenerdiode und damit der Mikroschaltung).

Die Lastversorgungsspannung kann zwischen 5 und 20 V liegen. In diesem Fall sollte die Versorgungsspannung der Mikroschaltung 15 V nicht überschreiten. Um die maximale Versorgungsspannung D1 zu reduzieren, ist die R5-VD2-Schaltung installiert. Wenn diese Schaltung von einer Quelle mit mehr als 15 V gespeist wird, fungiert sie als parametrischer Stabilisator und verhindert, dass die Spannung an der Mikroschaltung überschritten wird. Bei Versorgung mit einer Spannung unter 15 V wirkt die Schaltung nicht als Stabilisator, da die Zenerdiode geschlossen ist, sondern nur zusammen mit C1 als sperrender RC-Kreis entlang des Stromversorgungskreises.

Es ist unmöglich, die Spannung unter 5 V zu senken, da in diesem Fall die Spannung am Gate des offenen Transistors nicht ausreicht, um ihn vollständig zu öffnen. Der Transistorkanal öffnet sich nicht vollständig, das heißt, er hat einen höheren Widerstand, was dazu führt, dass die darauf abgeführte Leistung stark ansteigt, was zu einer Beschädigung des Transistors führen kann.

Bei der Installation ist auf eine ausreichende Breite der Leiterbahnen zu achten, die von der Last und vom Minus der Stromversorgung zum Drain und Source der Transistoren führen. Auch die Installationsleiter müssen dick genug sein. Die Leiter des Steuerkreises an D1 können dünn sein, also jede sinnvolle Dicke haben, da der Strom dort gering ist.

APM2556NU-Transistoren können durch andere mit ähnlichen Eigenschaften ersetzt werden. Wenn Sie keine Transistoren mit einem so niedrigen Leerlaufwiderstand finden, es aber Transistoren mit dem doppelten Widerstand gibt, können Sie statt eines Transistors zwei parallel geschaltete verwenden. Entweder mit einem niedrigeren Maximalstrom betreiben oder einen Kühlkörper verwenden, um überschüssige Wärme abzuleiten.

Die Zenerdioden BZV55C15 können durch 1N4744A, KS215, KS515, D814D ersetzt werden. Grundsätzlich können Sie alle Zenerdioden mit einer Spannung von nicht weniger als 10 V und nicht mehr als 15 V verwenden.

Die Mikroschaltung K561LE6 kann durch eine analoge Mikroschaltung CD4002 oder eine Mikroschaltung K561LE10 (analog CD4025) ersetzt werden. Die Mikroschaltung K561LE10 unterscheidet sich dadurch, dass sie über drei OR-NOT-Elemente mit drei Eingängen verfügt. In diesem Schema werden zwei verwendet und ein zusätzlicher bleibt frei. Um eine Beschädigung durch statische Elektrizität zu verhindern, müssen die Eingänge des freien Elements mit Pin 7 oder 14 der Mikroschaltung verbunden werden. Alle Elemente der Mikroschaltung sind physisch miteinander verbunden, sodass selbst eine Beschädigung eines unnötigen Elements andere Elemente der Mikroschaltung negativ beeinflussen kann. Sie können auch die Mikroschaltung K561LP4 verwenden. Sie verfügt über zwei OR-NOT-Elemente mit drei Eingängen und einen Wechselrichter mit einem Eingang. Sie bleibt frei (verbinden Sie ihren Eingang mit Pin 7 oder 14).

1N4148-Dioden können durch fast alle Pulsdioden mit geringer Leistung ersetzt werden, zum Beispiel KD522.

Der Varistor FNR05K220 kann durch einen beliebigen Varistor mit einer Spannung von etwa 20 V ersetzt werden.

LEDs - jede Anzeige.

Ein fehlerfrei zusammengebautes Gerät, bei dem alle Teile in einwandfreiem Zustand sind, bedarf keiner Justierung.

Autor: Lyschin R.

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