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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Interruttore potente basato sul transistor MIS. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Orologi, temporizzatori, relè, interruttori di carico Nella fig. La Figura 1 mostra uno schema di una delle varianti di un potente relè elettronico progettato per commutare corrente di carico fino a 20 A con una tensione di 5...20 V. Il dispositivo è assemblato sulla base di un potente transistor MIS a canale n APM2556NU, che ha una resistenza del canale non superiore a 5,7 mOhm con un gate-source di tensione di 10 V o non superiore a 10 mOhm a 4,5 V. Una resistenza così bassa del canale aperto consente di utilizzare questo dispositivo per commutare una corrente elevata e Di solito non è necessaria l'installazione di un transistor su un dissipatore di calore a una bassa frequenza di commutazione (unità - decine di kilohertz). Il dispositivo può essere utilizzato, ad esempio, come interruttore elettronico della tensione di uscita in un alimentatore ad alta potenza, sorgenti luminose ad alta potenza in torce elettriche a batteria, motori elettrici a bassa tensione, elettromagneti di trazione e per molte altre applicazioni. L'uso di un potente transistor MIS come elemento di commutazione principale rispetto a un relè elettromagnetico consente di ottenere una minore resistenza dei "contatti chiusi", l'assenza di bruciature e interferenze da scintilla e prestazioni più elevate (con controllo elettronico). Inoltre, un tale interruttore elettronico avrà dimensioni e peso inferiori rispetto ai relè elettromagnetici con una corrente di 10...20 A, nonché una corrente notevolmente inferiore consumata dai circuiti di controllo. L'interruttore elettronico può essere controllato da due pulsanti di piccole dimensioni senza fissaggio, ad esempio interruttori Reed, membrana o gomma con rivestimento conduttivo.
Nella fig. Per confrontare le dimensioni, la Fig. 2 mostra il relè elettromagnetico G7L-2A-P di Omron, i cui contatti sono progettati per commutare una corrente di 20 A, e un prototipo di relè elettronico basato su un transistor MIS. Anche con un'installazione relativamente spaziosa, l'unità elettronica occupa un volume quattro volte inferiore (i pulsanti e il LED sono montati all'esterno della scheda) ed è molto più leggera.
Quando viene applicata tensione all'ingresso del dispositivo, il transistor ad effetto di campo VT2 rimane chiuso, il carico collegato all'uscita rimane diseccitato e il LED HL1 rimane spento. Per applicare tensione al carico è necessario premere brevemente il pulsante SB1. Ciò porterà all'apertura del transistor VT1 e quindi del transistor VT2. Il LED HL1 acceso informerà sulla tensione fornita al carico. I condensatori C3 e C4, nonché C1, C2, C5, C6 eliminano la possibile influenza di vari disturbi sullo stato dei transistor. I diodi VD2-VD5 sono progettati per forzare lo spegnimento del dispositivo quando la tensione di ingresso scende a circa 3 V, proteggendo il transistor ad effetto di campo VT2 dal surriscaldamento. Il fatto è che una diminuzione così profonda della tensione gate-source del transistor VT2 aumenta drasticamente la resistenza del canale e, di conseguenza, la potenza termica rilasciata in esso, soprattutto con una corrente di carico elevata. Per proteggere il transistor ad effetto di campo dal surriscaldamento, è previsto un circuito R5VD2-VD5 che chiude entrambi i transistor. Il varistore RU1 e il diodo zener VD1 proteggono il transistor ad effetto di campo a tensione relativamente bassa da picchi di tensione, ad esempio dalla fem di autoinduzione di un motore elettrico collegato all'ingresso o all'uscita del dispositivo, o, ad esempio, da accidentali danni causati dall'elettricità statica quando si tocca il gate del transistor VT2 con un cacciavite (o altri oggetti metallici) . Per spegnere il dispositivo è sufficiente una breve chiusura dei contatti del pulsante SB2. È possibile controllare lo stato del transistor VT2 non solo con pulsanti miniaturizzati a bassa potenza, ma anche, ad esempio, con due fotoaccoppiatori o relè reed a bassa potenza. Va notato che quando è spento l'interruttore non consuma praticamente energia. Un campione sperimentale del dispositivo è stato montato su una piastra di montaggio di dimensioni 46x27 mm in fibra di vetro mediante montaggio superficiale. I circuiti ad alta corrente sono costituiti da brevi tratti di filo di montaggio con una sezione trasversale di almeno 1,2 mm. Il transistor APM2556NU in un contenitore T0252 miniaturizzato consente una tensione drain-source massima di 25 V. Con una corrente drain di 40 A e una tensione gate-source di 10 V o 20 A con una tensione gate-source di 4,5 V, il tipico Il valore della resistenza del canale aperto non supera rispettivamente 4,5 e 7,5 mOhm. La corrente di consumo costante massima consentita del transistor con una temperatura della custodia di 25 °C è 60 A. In caso di funzionamento a tensione di alimentazione ridotta con corrente di carico elevata, il transistor deve essere saldato su un dissipatore di calore con una superficie utile di almeno 7 cm2. Quando si installa un transistor, è necessario adottare misure per proteggerlo dai guasti causati dall'elettricità statica. I transistor APM2556NU, progettati per l'uso nei regolatori di tensione di commutazione step-down, sono ora ampiamente utilizzati nelle moderne schede video ad alte prestazioni e nelle schede madri dei computer. Questo transistor può essere sostituito da due transistor miniaturizzati APM2510NU (8,5 MOhm 10 V) collegati in parallelo, ma con il doppio della resistenza a canale aperto, o altri simili controllati da una bassa tensione gate-source. Quando si utilizzano transistor con una resistenza di canale superiore a quella dell'APM2556NU, per mantenere una bassa resistenza dell'elemento di commutazione, è possibile attivare più transistor ad effetto di campo dello stesso tipo collegati in parallelo. Possiamo sostituire il transistor 2SA733B con qualsiasi serie 2SA733, 2SA992, SS9015, KT3107, KT6112. Invece di BZV55C15, è adatto il diodo zener 1 N4744A, TZMC-15, 2S215ZH, KS215ZHA e invece di 1N4148 - il diodo 1 N914 (o una qualsiasi delle serie KD522, KD521). LED: qualsiasi uso generale, preferibilmente con maggiore emissione luminosa, ad esempio delle serie KIPD40, KIPD66. Per ciascuna tensione di carico specifica, il resistore R6 deve essere selezionato in modo da non superare la corrente nominale del LED. Condensatori all'ossido: K50-68, K53-19 o importati. Il resto sono K10-17, K10-50. Il varistore FNR-05K220 può essere sostituito con qualsiasi 18...22 V a bassa potenza, ad esempio FNR-05K180. Assemblato accuratamente da parti riparabili, il dispositivo non richiede regolazioni. A seconda delle caratteristiche specifiche dell'applicazione, l'interruttore proposto per la ripetizione può essere semplificato o migliorato. Se ad esempio si escludono i picchi di tensione provenienti dalla fonte di alimentazione o dal carico collegato, è possibile fare a meno del varistore RU1. È anche possibile rinunciare al diodo zener protettivo VD1 se la tensione della fonte di alimentazione non supera i 15 V e qualsiasi contatto con il terminale di gate del transistor VT2 è escluso. Se l'avvolgimento di un relè reed fatto in casa viene introdotto in serie nel circuito di carico, i cui contatti aperti sono collegati in parallelo con i contatti del pulsante SB2, l'alimentazione al carico verrà automaticamente interrotta quando la corrente viene consumata da esso aumenta al di sopra di quello specificato. Per realizzare un relè di questo tipo, è necessario avvolgere diverse spire di filo di avvolgimento spesso (0,7...1,2 mm di diametro) sul cilindro dell'interruttore reed KEMZ. Quindi, ad esempio, con una bobina di sette spire di filo PEV-2 da 0,68, il relè funzionerà con una corrente di circa 5 A. Il numero di spire richiesto per la corrente di funzionamento della protezione desiderata per un'istanza specifica dell'interruttore reed è determinato sperimentalmente. Autore: A. Butov
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