Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Транзисторный выключатель постоянного тока схема. Электронный выключатель. На чем делаются транзисторные ключи

Всем привет! Решил я вот себе сделать мощный выключетель борта на модель. Так как увлекаюсь трофийками и модель часто бывает в воде и грязи, мелкие микрики умирают после пары-тройки покатух.

Идея сделать такой выключатель была давно, а тут наткнулся еще на вот это устройство: и там спрашивали можно ли использовать только выключатель отдельно, вот и пришла мысль себе подобное сварганить))). Спаял все по вышеуказаной схеме. Поставил сначала вот такой самодельный размыкатель из разъема питания:

Контакты у него луженые, поэтому не ржавеет, но все равно открытые контакты со временем могут забиться грязью, и пр. и решил поставить геркон, чтобы исключить открытого контакта. Вот так выглядит окончательный вариант устройства:

На самом регуляторе скорости, соответственно отпаят провода с выключателем и поставил перемычку. К сожалению фотографии платы не сделал, а эта залита эпоксидкой и в термоусадке, но думаю и так все понятно. Если кому все же будет интересно, на работе валяется еще один вариант на более крупном транзисторе - сфотографирую и выложу. Устройство простое и довольно надежное. Если кому нужно комутировать большие токи, то можно поставить более мощный транзистор или включить несколько штук впараллель. Вот видео работы:

Было желание поставить датчик холла, но в моем городе продаются только с замыканием сигнального провода на массу, а у меня нужно, чтоб коммутировался на "+", нужно брать тогда P-канальный мосфет, вобщем я отказался. Но для большей надежности можно конечно сделать и с датчиком холла, особенно кто на вертолетах. В моем случае геркона хватает "с головой".)

Основное назначение транзисторных выключателей, схемы которых предлагаются вниманию читателей, - включение и выключение нагрузки постоянного тока. Кроме этого, он может выполнять ещё дополнительные функции, например, индицировать своё состояние, автоматически отключать нагрузку при разрядке аккумуляторной батареи до предельно допустимого значения или по сигналу датчиков температуры, освещённости и др. На базе нескольких выключателей можно сделать переключатель. Коммутация тока осуществляется транзистором, а управление осуществляется одной простой кнопкой с контактом на замыкание. Каждое нажатие на кнопку изменяет состояние выключателя на противоположное.

Описание аналогичного выключателя было приведено в , но там для управления применены две кнопки. К достоинствам предлагаемых выключателей можно отнести бесконтактное подключение нагрузки, практически отсутствие потребляемого тока в выключенном состоянии, доступные элементы и возможность применения малогабаритной кнопки, занимающей мало места на панели прибора. Недостатки - собственный потребляемый ток (несколько миллиампер) во включённом состоянии, падение напряжения на транзисторе (доли вольта), необходимость принятия мер для защиты от импульсных помех надёжного контакта во входной цепи (может самопроизвольно выключаться при кратковременном нарушении контакта).

Схема выключателя показана на рис. 1. Принцип его работы основан на том, что у открытого кремниевого транзистора напряжение на переходе база-эмиттер транзистора - 0,5...0,7 В, а напряжение насыщения коллектор-эмиттер может быть 0,2...0,3 В. По сути, это устройство представляет собой триггер на транзисторах с разной структурой, управляемый одной кнопкой. После подачи питающего напряжения оба транзистора закрыты, а конденсатор C1 разряжен. При нажатии на кнопку SB1 ток зарядки конденсатора С1 открывает транзистор VT1, и следом за ним откроется транзистор VT2. При отпускании кнопки транзисторы остаются во включённом состоянии, питающее напряжение (за вычетом падения напряжения на транзисторе VT1) поступает на нагрузку и продолжится зарядка конденсатора С1. Он зарядится до напряжения, немногим большем, чем напряжение на базе этого транзистора, поскольку напряжение насыщения коллектор-эмиттер меньше напряжения база-эмиттер.

Рис. 1. Схема выключателя

Поэтому при следующем нажатии на кнопку напряжение база-эмиттер на транзисторе VT1 будет недостаточным для поддержания его в открытом состоянии и он закроется. Следом закроется транзистор VT2, и нагрузка обесточится. Конденсатор С1 разрядится через нагрузку и резисторы R3-R5, и выключатель вернётся в исходное состояние. Максимальный коллекторный ток транзистора VT1 I к зависит от коэффициента передачи тока h 21Э и базового тока I б: I к = I б · h 21Э. Для указанных на схеме номиналов и типов элементов этот ток - 100...150 мА. Чтобы выключатель работал нормально, ток, потребляемый нагрузкой, должен быть меньше этого значения.

У этого выключателя есть две особенности. Если на выходе выключателя будет короткое замыкание, после кратковременного нажатия на кнопку SB1 транзисторы на короткое время откроются и затем, после зарядки конденсатора С1, закроются. При уменьшении выходного напряжения примерно до 1 В (зависит от сопротивлений резисторов R3 и R4) транзисторы также закроются, т. е. нагрузка будет обесточена.

Второе свойство выключателя можно использовать для построения разрядного устройства для отдельных Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов до 1 В перед составлением их в батарею и дальнейшей общей зарядке. Схема устройства показана на рис. 2. Выключатель на транзисторах VT1, VT2 подключает к аккумулятору разрядный резистор R6, параллельно которому подключён преобразователь напряжения , собранный на транзисторах VT3, VT4, питающий светодиод HL1. Светодиод индицирует состояние процесса разрядки и является дополнительной нагрузкой аккумулятора. Резистором R8 можно изменять яркость свечения светодиода, вследствие этого изменяется потребляемый им ток. Так можно производить корректировку разрядного тока. По мере разрядки аккумулятора снижается напряжение на входе выключателя, а также на базе транзистора VT2. Резисторы делителя в цепи базы этого транзистора подобраны так, что при напряжении на входе 1 В напряжение на базе уменьшится настолько, что транзистор VT2 закроется, а вслед за ним и транзистор VT1 - разрядка прекратится. При указанных на схеме номиналах элементов интервал регулировки тока разрядки - 40...90 мА. Если резистор R6 исключить, разрядный ток можно менять в интервале от 10 до 50 мА. При использовании сверхъяркого светодиода это устройство можно применить для построения карманного фонаря с защитой аккумулятора от глубокой разрядки.

Рис. 2. Схема разрядного устройства

На рис. 3 показано ещё одно применение выключателя - таймер. Он был использован мною в портативном приборе - испытателе оксидных конденсаторов. В схему дополнительно введён светодиод HL1, который индицирует состояние устройства. После включения загорается светодиод и конденсатор C2 начинает заряжаться обратным током диода VD1. При определённом напряжении на нём откроется транзистор VT3, который закоротит эмиттерный переход транзистора VT2, что приведёт к выключению устройства (светодиод погаснет). Конденсатор C2 быстро разрядится через диод VD1, резисторы R3, R4 и выключатель вернётся в исходное состояние. Время выдержки зависит от ёмкости конденсатора С2 и обратного тока диода. При указанных на схеме элементах оно составляет около 2 мин. Если взамен конденсатора С2 установить фоторезистор, терморезистор (или другие датчики), а взамен диода - резистор, получим устройство, которое будет выключаться при изменении освещённости, температуры и т. п.

Рис. 3. Схема таймера

Если в нагрузке есть конденсаторы большой ёмкости, выключатель может не включиться (это зависит от их ёмкости). Схема устройства, лишённого этого недостатка, показана на рис. 4. Добавлен ещё один транзистор VT1, который выполняет функцию ключа, а два других транзистора управляют этим ключом, чем исключается влияние нагрузки на работу выключателя. Но при этом потеряется свойство не включаться при наличии в цепи нагрузки короткого замыкания. Светодиод выполняет аналогичную функцию. При указанных на схеме номиналах деталей ток базы транзистора VT1 - около 3 мА.

Рис. 4. Схема устройства

Были опробованы несколько транзисторов КТ209К и КТ209В в качестве ключа. Они имели коэффициенты передачи тока базы от 140 до 170.

При токе нагрузки 120 мА падение напряжения на транзисторах было 120...200 мВ. При токе 160 мА - 0,5...2,2 В. Использование в качестве ключа составного транзистора КТ973Б позволило значительно увеличить допустимый ток нагрузки, но падение напряжения на нём было 750...850 мВ, и при токе 300 мА транзистор слабо грелся. В выключенном состоянии потребляемый ток настолько мал, что измерить его с помощью мультиметра DT830B не удалось. При этом транзисторы предварительно не отбирались ни по каким параметрам.

На рис. 5 представлена схема трёхканального зависимого переключателя. В ней объединены три выключателя, но при необходимости их число может быть увеличено. Кратковременное нажатие на любую из кнопок вызовет включение соответствующего выключателя и подключение соответствующей нагрузки к источнику питания. Если нажать на какую-либо другую кнопку, включится соответствующий выключатель, а предыдущий выключится. Нажатие на следующую кнопку включит следующий выключатель, а предыдущий опять отключится. При повторном же нажатии на ту же кнопку последний работающий выключатель выключится, и устройство возвратится в исходное состояние - все нагрузки будут обесточены. Режим переключения обеспечивает резистор R5. При включении какого-либо выключателя напряжение на этом резисторе возрастает, что приводит к закрыванию включённого ранее выключателя. Сопротивление этого резистора зависит от тока, потребляемого самими выключателями, в данном случае его значение - около 3 мА. Элементы VD1, R3 и С2 обеспечивают прохождение разрядного тока конденсаторов С3, С5 и С7. Через резистор R3 конденсатор С2 разряжает в паузах между нажатиями на кнопку. Если эту цепь исключить, останутся только режимы включения и переключения. Заменив резистор R5 проволочной перемычкой, получим три независимо работающих устройства.

Рис. 5. Схема трёхканального зависимого переключателя

Переключатель предполагалось применить в коммутаторе телевизионных антенн с усилителями, но с появлением кабельного телевидения необходимость в нём отпала, и проект не был реализован на практике.

В выключателях могут быть применены транзисторы самых разных типов, но они должны соответствовать определённым требованиям. Во-первых, все они должны быть кремниевыми. Во-вторых, транзисторы, коммутирующие ток нагрузки, должны иметь напряжение насыщения U к-э нас не более 0,2...0,3 В, максимальный допустимый ток коллектора I к макс должен быть в несколько раз больше коммутируемого тока, а коэффициент передачи тока h 21э достаточный, чтобы при заданном токе базы транзистор находился в режиме насыщения. Из имеющихся у меня в наличии транзисторов хорошо зарекомендовали себя транзисторы серий КТ209 и КТ502, несколько хуже - серий КТ3107 и КТ361.

Сопротивления резисторов можно изменять в значительных пределах. Если требуется большая экономичность и не нужна индикация состояния выключателя, светодиод не устанавливают, а резистор в цепи коллектора VT3 (см. рис. 4) можно увеличить до 100 кОм и более, но надо учесть, что при этом уменьшится базовый ток транзистора VT2 и максимальный ток в нагрузке. Транзистор VT3 (см. рис. 3) должен иметь коэффициент передачи тока h 21э более 100. Сопротивление резистора R5 в зарядной цепи конденсатора С1 (см. рис. 1) и аналогичных ему в других схемах может быть в интервале 100...470 кОм. Конденсатор C1 (см. рис. 1) и аналогичные ему в других схемах должны быть с малым током утечки, желательно применить оксиднополупроводниковые серии К53, но можно применять и оксидные, при этом сопротивление резистора R5 должно быть не более 100 кОм. При увеличении ёмкости этого конденсатора уменьшится быстродействие (время, по истечении которого устройство можно выключить после включения), а если уменьшить - снизится чёткость в работе. Конденсатор C2 (см. рис. 3) - только оксидно-полупроводниковый. Кнопки - любые малогабаритные с самовозвратом. Катушка L1 преобразователя (см. рис. 2) применена от регулятора линейности строк чёрно-белого телевизора, хорошо работает преобразователь и с дросселем на Ш-образном магнитопроводе от КЛЛ. Можно также воспользоваться рекомендациями, приведёнными в . Диод VD1 (см. рис. 5) может быть любым маломощным, как кремниевым, так и германиевым. Диод VD1 (см. рис. 3) должен быть обязательно германиевым.

Налаживания требуют устройства, схемы которых показаны на рис. 2 и рис. 5, остальные в налаживании не нуждаются, если нет особых требований и все детали исправны. Для налаживания разрядного устройства (см. рис. 2) потребуется источник питания с регулируемым напряжением на выходе. Прежде всего, взамен резистора R4 временно устанавливают переменный резистор сопротивлением 4,7 кОм (в максимум сопротивления). Подключают источник питания, предварительно установив на его выходе напряжение 1,25 В. Включают разрядное устройство нажатием на кнопку и устанавливают с помощью резистора R8 требуемый ток разрядки. После этого устанавливают на выходе источника питания напряжение 1 В, и с помощью добавочного переменного резистора добиваются выключения устройства. После этого надо несколько раз проверить напряжение выключения. Для этого необходимо увеличить напряжение на выходе источника питания до 1,25 В, включить устройство, затем необходимо плавно уменьшать напряжение до 1 В, наблюдая момент выключения. Затем измеряют введённую часть дополнительного переменного резистора и заменяют его постоянным с таким же сопротивлением.

Во всех других устройствах также можно реализовать аналогичную функцию выключения при снижении входного напряжения. Налаживание производится аналогично. При этом то обстоятельство, что вблизи точки выключения транзисторы начинают закрываться плавно и ток в нагрузке тоже будет плавно уменьшаться. Если в качестве нагрузки будет радиоприёмник, то это проявится как уменьшение громкости. Возможно, рекомендации, описанные в , помогут решить эту проблему.

Налаживание переключателя (см. рис. 5) сводится к временной замене постоянных резисторов R3 и R5 на переменные с сопротивлением в 2...3 раза больше. Последовательно нажимая на кнопки, с помощью резистора R5 добиваются надёжной работы. После этого повторными нажатиями на одну и ту же кнопку с помощью резистора R3 добиваются надёжного выключения. Затем переменные резисторы заменяют постоянными, как сказано выше. Для повышения помехоустойчивости параллельно резисторам R7, R13 и R19 надо установить керамические конденсаторы ёмкостью несколько нанофарад.

Литература

1. Поляков В. Электронный выключатель защищает аккумуляторную батарею. - Радио, 2002, № 8, с. 60.

С батарейным питанием все замечательно, кроме того, что оно кончается, а энергию надо тщательно экономить. Хорошо когда устройство состоит из одного микроконтроллера — отправил его в спячку и все. Собственное потребление в спящем режиме у современных МК ничтожное, сравнимое с саморазрядом батареи, так что о заряде можно не беспокоиться. Но вот засада, не одним контроллером живо устройство. Часто могут использоваться разные сторонние периферийные модули которые тоже любят кушать, а еще не желают спать. Прям как дети малые. Приходится всем прописывать успокоительное. О нем и поговорим.

▌Механическая кнопка
Что может быть проще и надежней сухого контакта, разомкнул и спи спокойно, дорогой друг. Вряд ли батарейку раскачает до того, чтобы пробить миллиметровый воздушный зазор. Урания в них для этого не докладывают. Какой нибудь PSW переключатель то что доктор прописал. Нажал-отжал.

Вот только беда, ток он маленький держит. По паспорту 100мА, а если запараллелить группы, то до 500-800мА без особой потери работоспособности, если конечно не клацать каждые пять секунд на реактивную нагрузку (катушки-кондеры). Но девайс может кушать и поболее и что тогда? Приматывать синей изолентой к своему хипстерскому поделию здоровенный тумблер? Нормальный метод, мой дед всю жизнь так делал и прожил до преклонных лет.

▌Кнопка плюс
Но есть способ лучше. Рубильник можно оставить слабеньким, но усилить его полевым транзистором. Например вот так.

Тут переключатель просто берет и поджимает затвор транзистора к земле. И он открывается. А пропускаемый ток у современных транзисторов очень высокий. Так, например, IRLML5203 имея корпус sot23 легко тащит через себя 3А и не потеет. А что-нибудь в DPACK корпусе может и десяток-два ампер рвануть и не вскипеть. Резистор на 100кОм подтягивает затвор к питанию, обеспечивая строго определенный уровень потенциала на нем, что позволяет держать транзистор закрытым и не давать ему открываться от всяких там наводок.

▌Плюс мозги
Можно развить тему управляемого самовыключения, таким вот образом. Т.е. устройство включается кнопкой, которая коротит закрытый транзистор, пуская ток в контроллер, он перехватывает управление и, прижав ногой затвор к земле, шунтирует кнопку. А выключится уже тогда, когда сам захочет. Подтяжка затвора тоже лишней не будет. Но тут надо исходить из схемотехники вывода контроллера, чтобы через нее не было утечки в землю через ногу контроллера. Обычно там стоит такой же полевик и подтяжка до питания через защитные диоды, так что утечки не будет, но мало ли бывает…

Или чуть более сложный вариант. Тут нажатие кнопки пускает ток через диод на питание, контроллер заводится и сам себя включает. После чего диод, подпертый сверху, уже не играет никакой роли, а резистор R2 эту линию прижимает к земле. Давая там 0 на порту если кнопка не нажата. Нажатие кнопки дает 1. Т.е. мы можем эту кнопку после включения использовать как нам угодно. Хоть для выключения, хоть как. Правда при выключении девайс обесточится только на отпускании кнопки. А если будет дребезг, то он может и снова включиться. Контроллер штука быстрая. Поэтому я бы делал алгоритм таким — ждем отпускания, выбираем дребезг и после этого выключаемся. Всего один диод на любой кнопке и нам не нужен спящий режим:) Кстати, в контроллер обычно уже встроен этот диод в каждом порту, но он очень слабенький и его можно ненароком убить если вся ваша нагрузка запитается через него. Поэтому и стоит внешний диод. Резистор R2 тоже можно убрать если нога контроллера умеет делать Pull-down режим.

▌Отключая ненужное
Можно сделать и по другому. Оставить контроллер на «горячей» стороне, погружая его в спячку, а обесточивать только жрущую периферию.

▌Выкидываем лишнее
Что-то мало потребляющее можно запитать прям с порта. Сколько дает одна линия? Десяток миллиампер? А две? Уже двадцать. А три? Параллелим ноги и вперед. Главное дергать их синхронно, лучше за один такт.

Правда тут надо учитывать то, что если нога может отдать 10мА,то 100 ног не отдадут ампер — домен питания не выдержит. Тут надо справляться в даташите на контроллер и искать сколько он может отдать тока через все выводы суммарно. И от этого плясать. Но до 30мА с порта накормить на раз два.

Главное не забывайте про конденсаторы, точнее про их заряд. В момент заряда кондера он ведет себя как КЗ и если в вашей периферии есть хотя бы пара микрофарад емкостей висящих на питании, то от порта ее питать уже не следует, можно порты пожечь. Не самый красивый метод, но иногда ничего другого не остается.

▌Одна кнопка на все. Без мозгов
Ну и, напоследок, разберу одно красивое и простое решение. Его несколько лет назад набросил мне в комменты uSchema это результат коллективного творчества народа на его форуме.

Одна кнопка и включает и выключает питание.

Как работает:

При включении, конденсатор С1 разряжен. Транзистор Т1 закрыт, Т2 тоже закрыт, более того, резистор R1 дополнительно подтягивает затвор Т1 к питанию, чтобы случайно он не открылся.

Конденсатор С1 разряжен. А значит мы в данный момент времени можем считать его как КЗ. И если мы нажмем кнопку, то пока он заряжается через резистор R1 у нас затвор окажется брошен на землю.

Это будет одно мгновение, но этого хватит, чтобы транзистор Т1 распахнулся и на выходе появилось напряжение. Которое тут же попадет на затвор транзистора Т2, он тоже откроется и уже конкретно так придавит затвор Т1 к земле, фиксируясь в это положение. Через нажатую кнопку у нас С1 зарядится только до напряжения которое образует делитель R1 и R2, но его недостаточно для закрытия Т1.

Отпускаем кнопку. Делитель R1 R2 оказывается отрезан и теперь ничто не мешает конденсатору С1 дозарядиться через R3 до полного напряжения питания. Падение на Т1 ничтожно. Так что там будет входное напряжение.

Схема работает, питание подается. Конденсатор заряжен. Заряженный конденсатор это фактически идеальный источник напряжения с очень малым внутренним сопротивлением.

Жмем кнопку еще раз. Теперь уже заряженный на полную конденсатор С1 вбрасывает все свое напряжение (а оно равно напряжению питания) на затвор Т1. Открытый транзистор Т2 тут вообще не отсвечивает, ведь он отделен от этой точки резистором R2 аж на 10кОм. А почти нулевое внутреннее сопротивление конденсатора на пару с его полным зарядом легко перебивает низкий потенциал на затворе Т1. Там кратковременно получается напряжение питания. Транзистор Т1 закрывается.

Тут же теряет питание и затвор транзистора Т2, он тоже закрывается, отрезая возможность затвору Т1 дотянуться до живительного нуля. С1 тем временем даже не разряжается. Транзистор Т2 закрылся, а R1 действует на заряд конденсатора С1, набивая его до питания. Что только закрывает Т1.

Отпускаем кнопку. Конденсатор оказывается отрезан от R1. Но транзисторы все закрыты и заряд с С1 через R3 усосется в нагрузку. С1 разрядится. Схема готова к повторному включению.

Вот такая простая, но прикольная схема. Вот На сходном принципе действия.

В настоящее время в радиоэлектронной аппаратуре часто применяют электронные выключатели, в которых одной кнопкой можно осуществлять как ее включение, так и выключение. Сделать такой выключатель мощным, экономичным и малогабаритным можно, если применить полевой переключательный транзистор и цифровую КМОП микросхему.

Схема простого выключателя приведена на рис. 1. Транзистор VT1 выполняет функции электронного ключа, а триггер DD1 им управляет. Устройство постоянно подключено к источнику питания и потребляет небольшой ток - единицы или десятки микроампер.

Если на прямом выходе триггера высокий логический уровень, то транзистор закрыт, нагрузка обесточена. При замыкании контактов кнопки SB1 триггер переключится в противоположное состояние, на его выходе появится низкий логический уровень. Транзистор VT1 откроется, и напряжение поступит на нагрузку. В таком состоянии устройство будет находиться до тех пор, пока снова не окажутся замкнутыми контакты кнопки. Тогда транзистор закроется, нагрузка обесточится.

Указанный на схеме транзистор имеет сопротивление канала 0,11 Ом, а максимальный ток стока может достигать 18 А. Следует учитывать, что напряжение затвор-сток, при котором транзистор открывается, составляет 4...4,5 В. При напряжении питания 5...7 В ток нагрузки не должен превышать 5 А, в противном случае падение напряжения на транзисторе может превысить 1 В. Если напряжение питания больше, ток нагрузки может достигать 10... 12 А.

Когда ток нагрузки не превышает 4 А, транзистор можно использовать без теплоотвода. Если ток больше, необходим теплоотвод, либо следует применить транзистор с меньшим сопротивлением канала. Подобрать его нетрудно по справойной таблице, приведенной в статье "Мощные переключательные транзисторы фирмы International Rektifier" в "Радио", 2001, №5, с. 45.

На такой выключатель можно возложить и другие функции, например, автоматическое отключение нагрузки при снижении или превышении питающим напряжением заранее установленного значения. В первом случае это может понадобиться при питании аппаратуры от аккумуляторной батареи, чтобы не допустить ее чрезмерного разряда, во втором - для защиты аппаратуры от завышенного напряжения.

Схема электронного выключателя с функцией отключения при снижении напряжения приведена на рис. 2. В него дополнительно введены транзистор VT2,стабилитрон,конденсатор и резисторы, один из которых - подстроенный (R4).

При нажатии на кнопку SB 1 полевой транзистор VT1 открывается, напряжение поступает на нагрузку. Из-за зарядки конденсатора С1 напряжение на коллекторе транзистора в начальный момент не превысит 0,7 В, т.е. будет иметь низкий логический уровень. Если напряжение на нагрузке станет больше установленного подстроечным резистором значения, на базу транзистора поступит напряжение, достаточное для его открывания. В этом случае на входе "S" триггера останется низкий логический уровень, а кнопкой можно включать и выключать питание нагрузки.

Как только напряжение снизится ниже установленного значения, напряжение на движке подстроечного резистора станет недостаточным для открывания транзистора VT2 - он закроется. При этом на коллекторе транзистора напряжение увеличится до высокого логического уровня, который поступит на вход "S" триггера. На выходе триггера появится также высокий уровень, что приведет к закрыванию полевого транзистора. Нагрузка обесточится. Нажатия на кнопку в этом случае приведут только к кратковременному подключению нагрузки и последующему ее отключению.

Для введения защиты от превышения питающего напряжения автомат следует дополнить транзистором VT3, стабилитроном VD2 и резисторами R5, R6. В этом случае устройство работает аналогично описанному выше, но при увеличении напряжения выше определенного значения транзистор VT3 откроется, что приведет к закрыванию VT2, появлению высокого уровня на входе "S" триггера и закрыванию полевого транзистора VT1.

Кроме указанных на схеме, в устройстве можно применить микросхему К561ТМ2, биполярные транзисторы КТ342А-КТ342В, КТ3102А-КТ3102Е, стабилитрон КС156Г. Постоянные резисторы - МЛТ, С2-33, Р1-4, подстроенные - СПЗ-3, СПЗ-19, конденсатор - К10 17, кнопка - любая малогабаритная с самовозвратом.

При использовании деталей для поверхностного монтажа (микросхема CD4013, биполярные транзисторы КТ3130А-9 - КТ3130Г-9, стабилитрон BZX84C4V7, постоянные резисторы P1-I2, конденсатор К10-17в) их можно разместить на печатной плате (рис. 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 20x20 мм. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 4.

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ НА МИКРОСХЕМАХ

Микросхема К162КТ1. Микросхема (рис. 6.1) содержит два транзистора типа р-n-р с общим выводом коллектора и приме­няется в прерывателях с автономным управляющим источником. Огтаточное напряжение между контактами 1 и 7 при базовом токе 2 мА составляет: К162КТ1А - 100 мкВ, К162К.Т1Б - 200 мкВ, К162КТ1 - 300 мкВ. Сопротивление между эмиттерами равно 100 Ом. Обратное напряжение база - эмиттер - 30 В а коллек­тор - база - 20 В.

Рис. 6.1 Рис. 6.2

Микросхема К101КТ1. В микросхеме применены транзисторы с проводимостью типа n-р-n (рис. 6.2). Для управления микросхемой необходимо иметь управляющий сигнал, не связанный с общей ши­ной. Остаточное напряжение между контактами 3 и 7 для групп А, В составляет менее 50 мкВ, а для групп Б, Г - менее 150 мкВ. Напряжение между эмиттерами для групп А, Б составляет 6,3 b] а для групп В, Г - 3 В. Ток через транзисторы не более 10 мА! Сопротивление между эмиттерами менее 100 Ом. Ток утечки между эмиттерами менее 10~ 8 А.

Рис. 6.3

Микросхемы К168КТ1 и К168КТ2. Эти микросхемы (рис. 6.3) применяют в качестве коммутаторов аналогового сигнала. Управ­ляемый и входной сигналы имеют общую шину. Остаточное напря­жение сток - исток менее 10 мкВ. Сопротивление открытого тран­зистора менее 100 Ом. Ток утечки сток - истбк для групп А, Б, В - менее ШиА. Ток утечки детвора не превышает 10нА. Время включения равно 0,3 мкс, а время выключения - 0,7 мкс. Допусти­мые напряжения между затвором и подложкой 30 В, а между истоком и стоком - подложкой для группы А - 10 В, для группы Б - 15 В, для группы В - 25 В.

Модулятор последовательно-параллельного типа. Работа модулятора (рис. 6.4) основана на поочередном открывании и за­крывании транзисторов. Когда импульс положительной полярности приходит на базу VT1, то транзистор открывается и через него протекает ток, значение которого определяется сопротивлением ре­зистора RL Входной сигнал проходит на выход. В следующий полупериод управляющего сигнала положительный импульс откры­вает транзистор VT2, транзистор VT1 закрывается. Выход подклю­чается к нулевой шине. Важным фактором в работе схемы являет­ся равенство остаточных напряжений. Для выравнивания этих на­пряжений служит резистор R1.

Дистанционный выключатель. В схеме выключателя (рис. 6.5, а) для открывания транзисторного ключа используется выпрямленное с помощью диода VD1 и конденсатора С1 управляющее напряже­ние. В схеме отсутствуют импульсные помехи, связанные с пере­ключением транзисторов. Управление осуществляется гармонически­ми сигналами с амплитудой 2 - 3 В. Протекающий через транзисто­ры ток создает падение напряжения. Зависимость падения напря­жения на ключе от протекающего тока показана на рис. 6,5, б.

Однополупериодный модулятор. Модулятор (рис. 6.6, а) по­строен на микросхеме К101КТ1В. Управляющий сигнал прямоуголь­ной формы с амплитудой 2 В одновременно открывает оба транзи­стора. Входной сигнал поступает на первичную обмотку выходного трансформатора. Учитывая характеристику зависимости остаточного напряжения от управляющего тока, входной сигнал должен йревы-шать значение 20 - 30 мкВ.

Остаточное напряжение можно уменьшить, подбирая управля­ющий ток, протекающий через один из резисторов. В некоторых случаях регулировкой сопротивления резистора R1 можно добиться полной компенсации остаточного напряжения. На рис. 6.6, б пред­ставлена зависимость U 0 ст от I уир для наиболее типичного случая.

Двухполупериодный модулятор. Модулятор (рис. 6.7) работает на частоте 20 кГц. Амплитуда управляющих импульсов прямоуголь­ной формы равна 4 В. В результате поочередного открывания тран­зисторов VT1 и VT2 входной сигнал попадает на разные выводы первичной обмотки Тр2. На вторичной обмотке появится сигнал прямоугольной формы с амплитудой входного сигнала.

Для уменьшения влияния остаточного напряжения на транзи­сторах в схему введены резисторы R1 и R4. С помощью резистора R1 выравниваются управляющие базовые токи, в результате чего остаточное напряжение составляет около 4 мВ. Резистор R4 ком­пенсирует это напряжение и тем самым позволяет создать модуля­тор с чувствительностью около 10 мкВ.

Компенсационный модулятор. Для уменьшения начального уров­ня в модуляторе (рис. 6.8) применяется сложная схема подачи управляющнх сигналов. Поскольку начальный уровень модуляторов определяется импульсными сигналами, которые проходят через ем­кости база - коллектор, то подстройка сводится к изменению переднего и заднего фронтов управляющих сигналов. Управляющий сигнал с амплитудой 15 В подается на первичную обмотку транс­форматора. С помощью резисторов R3 и R4 и диодов VD3 и VD4 фронты управляющих импульсов заваливаются настолько, что поз­воляют скомпенсировать помеху до уровня менее 30 мкВ.

Рис. 6.4

Рис. 6.5

Рис. 6.6

Рис. 6.7 Рис. 6.8

Схемы электронных виключателей питания. Выключатель электронный схема. Электронный выключатель. Схема, описание Схема электронного выключателя одной кнопкой

Схема электронного выключателя была задумана для дистанционного управления нагрузками на расстоянии. Полное устройство аппарата рассмотрим в другой раз, а в этой статье обсудим простую схему электронного выключателя на основе всеми любимого таймера 555.

Схема состоит из самого таймера, кнопки без фиксации транзистора в качестве усилителя и электромагнитного реле. В моем случае было использовано реле на 220 Вольт с током 10Ампер, такие можно найти в источниках бесперебойного питания.


В качестве силового транзистора можно использовать буквально любые транзисторы средней и большой мощности. В схеме использован биполярный транзистор обратной проводимости (NPN), я же использовал прямой транзистор (PNP), поэтому нужно будет менять полярность подключения транзистора , то есть — если собираетесь применить транзистор прямой проводимости, то плюс питания подается на эмиттер транзистора, при использовании транзисторов обратной проводимости на эмиттер подается минус питания.


Из прямых, можно применить транзисторы серии КТ818, КТ837, КТ816, КТ814 или аналогичные, из обратных — КТ819, КТ805, КТ817, КТ815 и так далее.

Электронный выключатель работает в широком диапазоне питающих напряжений, лично подавал от 6 до 16 Вольт, все работает четко.

Схема активируется при кратковременном нажатии кнопки, в этот момент транзистор моментально открывается включая реле, последнее замыкаясь подключает нагрузку. Выключение нагрузки случается только при повторном нажатии. Таким образом, схема играет роль выключателя с фиксацией, но в отличие от последнего, работает исключительно на электронной основе.


В моем случае вместо кнопки использована оптопара, а замыкается схема при команде с пульта управления. Дело в том, что сигнал на оптопару поступает от радиомодуля, который был взят от китайской машинки на радиоуправлении. Такая система позволяет управлять несколькими нагрузками на расстоянии без особого труда.

Данная схема электронного выключателя всегда показывает хорошие рабочие параметры и работает безотказно — пробуйте и сами убедитесь.


Схема простого самодельного селектора входов для подключения нескольких источников сигнала к телевизору. Сейчас в стране вовсю развивается цифровое телевидение. Как известно, для его приема нужен либо специальный телевизор с цифровым радиоканалом, либо нужно купить цифровую приставку и подключить её по НЧ входам к любому телевизору. Но, у многих недорогих телевизоров есть только один НЧ-вход.

Либо два. Чаще бывает, что НЧ-входов как бы два («скарт» и «азия»), но на деле они просто дублируют друг друга. В общем, НЧ-входов стало катастрофически не хватать. В принципе, в магазинах на такой случай должны быть какие-то «сплиттеры» или переключатели, но их нет.

Во всяком случае, простых и дешевых устройств я в наших магазинах не встречал. Есть очень дорогие коммутаторы для систем видеонаблюдения и дешевые разветвители, которыми выходы источников сигнала фактически подключаются параллельно друг другу, через резисторы по 75 От. Если аудиосигналы еще как-то это терпят, но, видео, увы, выключенный источник мешает работающему, снижая уровень видеосигнала. Нарушается синхронизация.

Самый простой способ выхода из положения, - это сделать простейший переключатель, например, по схеме, что показана на рисунке 1. Нужно девять гнезд «азия», соответственно, три белых, три красных и три желтых (чтобы по цветам соответствовать назначению, как это принято в аппаратуре), еще один переключатель типа П2К на четыре направления (одно останется пустым), ну корпус, в качестве которого вполне сойдет любая мыльница. Сделать можно за час. Кабель от входов телевизора подключаете к разъемам Х7, Х8, Х9.

Еще два кабеля - к DVD-плееру и цифровой приставке, соответственно, разъемы Х1, Х2, Х3 и Х4, Х5, Х6. При отжатой кнопке S1 включен DVD-плеер, при нажатой -цифровая приставка.

Принципиальная схема переключателя

Переключатель по схеме на рис.1 удобен если переключать нужно не очень часто, -все лучше, чем перетыкать штекера, да прост он. Другое дело, если переключать нужно часто.

Рис.1. Принципиальная схема переключателя входов аудио-видео.

Здесь может быть два варианта - организовать дистанционное управление переключателем входов с помощью пульта ДУ телевизора, но это потребует сделать декодер на микроконтроллере и выбрать кнопки пульта для управления переключателем, которые не используются для управления телевизором, что тоже не всегда возможно.

Управление наличием видео-сигнала на входе

Второй вариант, более простой и практичный, заключающийся в том, чтобы управлять переключателем по наличию видеосигнала на одном из переключаемых источников сигнала. Например, при отсутствии видеосигнала на выходе DVD-плеера (и при отключенном питании переключателя) к телевизору подключена цифровая приставка.

А при наличии видеосигнала на выходе DVD-плеера (DVD-плеер включен) и наличии питания переключателя к телевизору подключен DVD-плеер. Работающий таким образом переключатель можно сделать по схеме на рис. 2.

В отличие от схемы на рисунке 1, у него входы переключаются при помощи электромагнитного реле типа TRY-12VDC-P-4C. Очень похоже на реле РЭС-22, только корпус пластмассовый, впрочем, и РЭС-22 с обмоткой на 12V тоже подойдет не хуже.

Управляет реле сенсор наличия видеосигнала, на транзисторах VT1-VТЗ. Он следит за видеовходом для DVD-плеера, и как только там появляется видеосигнал, переключает входы телевизора с цифровой приставки на DVD-плеер.

Рис. 2. Схема переключателя входов AV с автоматическим определением наличия видео-сигнала.

При отсутствии видеосигнала на выходе DVD-плеера (разъем X3) или отключенном питании контакты реле К1 находятся в положении, показанном на схеме. При этом на вход телевизора поступает сигнал с выхода цифровой телеприставки.

Если включено питание переключателя и включен DVD-плеер на разъем X3 от него поступает видеосигнал. Он через цепь R1-С1 поступает на усилительный каскад на транзисторе VТ1, который усиливает его по амплитуде. После чего усиленный сигнал поступает на детектор на двух диодах VD1, VD2 и конденсаторе C3.

Напряжение на C3 увеличивается, что приводит к открыванию транзистора VТ2, а вслед за ним открывается и VT3, через который поступает ток на обмотку реле К1. Реле переключает свои контакты в противоположное положение, показанному на схеме, и входы телевизора переключаются на выходы DVD-плеера.

Пока DVD-плеер включен, его выходы будут подключены к телевизору. При выключении DVD-плеера видеосигнал на его выходе пропадает, и переключатель обратно переключается на цифровую приставку. Вместо реле TRY-12VDC-P-4C можно использовать РЭС-22 с обмоткой на 12V или любое другое реле с обмоткой на 12V и не менее трех переключающих контактных групп.

Снегирев И. РК-02-2016.

В настоящее время в радиоэлектронной аппаратуре часто применяют электронные выключатели, в которых одной кнопкой можно осуществлять как ее включение, так и выключение. Сделать такой выключатель мощным, экономичным и малогабаритным можно, если применить полевой переключательный транзистор и цифровую КМОП микросхему.

Схема простого выключателя приведена на рис. 1. Транзистор VT1 выполняет функции электронного ключа, а триггер DD1 им управляет. Устройство постоянно подключено к источнику питания и потребляет небольшой ток - единицы или десятки микроампер.

Если на прямом выходе триггера высокий логический уровень, то транзистор закрыт, нагрузка обесточена. При замыкании контактов кнопки SB1 триггер переключится в противоположное состояние, на его выходе появится низкий логический уровень. Транзистор VT1 откроется, и напряжение поступит на нагрузку. В таком состоянии устройство будет находиться до тех пор, пока снова не окажутся замкнутыми контакты кнопки. Тогда транзистор закроется, нагрузка обесточится.

Указанный на схеме транзистор имеет сопротивление канала 0,11 Ом, а максимальный ток стока может достигать 18 А. Следует учитывать, что напряжение затвор-сток, при котором транзистор открывается, составляет 4...4,5 В. При напряжении питания 5...7 В ток нагрузки не должен превышать 5 А, в противном случае падение напряжения на транзисторе может превысить 1 В. Если напряжение питания больше, ток нагрузки может достигать 10... 12 А.

Когда ток нагрузки не превышает 4 А, транзистор можно использовать без теплоотвода. Если ток больше, необходим теплоотвод, либо следует применить транзистор с меньшим сопротивлением канала. Подобрать его нетрудно по справойной таблице, приведенной в статье "Мощные переключательные транзисторы фирмы International Rektifier" в "Радио", 2001, №5, с. 45.

На такой выключатель можно возложить и другие функции, например, автоматическое отключение нагрузки при снижении или превышении питающим напряжением заранее установленного значения. В первом случае это может понадобиться при питании аппаратуры от аккумуляторной батареи, чтобы не допустить ее чрезмерного разряда, во втором - для защиты аппаратуры от завышенного напряжения.

Схема электронного выключателя с функцией отключения при снижении напряжения приведена на рис. 2. В него дополнительно введены транзистор VT2,стабилитрон,конденсатор и резисторы, один из которых - подстроенный (R4).

При нажатии на кнопку SB 1 полевой транзистор VT1 открывается, напряжение поступает на нагрузку. Из-за зарядки конденсатора С1 напряжение на коллекторе транзистора в начальный момент не превысит 0,7 В, т.е. будет иметь низкий логический уровень. Если напряжение на нагрузке станет больше установленного подстроечным резистором значения, на базу транзистора поступит напряжение, достаточное для его открывания. В этом случае на входе "S" триггера останется низкий логический уровень, а кнопкой можно включать и выключать питание нагрузки.

Как только напряжение снизится ниже установленного значения, напряжение на движке подстроечного резистора станет недостаточным для открывания транзистора VT2 - он закроется. При этом на коллекторе транзистора напряжение увеличится до высокого логического уровня, который поступит на вход "S" триггера. На выходе триггера появится также высокий уровень, что приведет к закрыванию полевого транзистора. Нагрузка обесточится. Нажатия на кнопку в этом случае приведут только к кратковременному подключению нагрузки и последующему ее отключению.

Для введения защиты от превышения питающего напряжения автомат следует дополнить транзистором VT3, стабилитроном VD2 и резисторами R5, R6. В этом случае устройство работает аналогично описанному выше, но при увеличении напряжения выше определенного значения транзистор VT3 откроется, что приведет к закрыванию VT2, появлению высокого уровня на входе "S" триггера и закрыванию полевого транзистора VT1.

Кроме указанных на схеме, в устройстве можно применить микросхему К561ТМ2, биполярные транзисторы КТ342А-КТ342В, КТ3102А-КТ3102Е, стабилитрон КС156Г. Постоянные резисторы - МЛТ, С2-33, Р1-4, подстроенные - СПЗ-3, СПЗ-19, конденсатор - К10 17, кнопка - любая малогабаритная с самовозвратом.

При использовании деталей для поверхностного монтажа (микросхема CD4013, биполярные транзисторы КТ3130А-9 - КТ3130Г-9, стабилитрон BZX84C4V7, постоянные резисторы P1-I2, конденсатор К10-17в) их можно разместить на печатной плате (рис. 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 20x20 мм. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 4.

Электронный выключатель схема — это простая и недорогая электронная схема с дешевой тактовой кнопкой может управлять включением и выключением питания нагрузки. Схема заменяет более дорогой и крупный механический выключатель с фиксацией. Кнопка запускает ждущий мультивибратор. Выход мультивибратора переключает счетный триггер, логический уровень выхода которого, меняясь после каждого нажатия кнопки, коммутирует питание нагрузки.

Возможны несколько различных вариантов реализации этой схемы. Вариант, в котором использованы два J-K триггера IC1 и IC2 одной микросхемы CD4027B показан на Рисунке 1. Обратная связь, идущая от RC-цепочки, подключенной к выходу IС1 к входу сброса превращает этот триггер в ждущий мультивибратор. Вход J микросхемы IC1 подключен к шине питания, а вход К — к земле, поэтому по переднему фронту тактового импульса на ее выходе устанавливается «лог. 1». Тактовая кнопка включается между тактовым входом микросхемы IС1, и землей. Точно также кнопку можно включить между тактовым входом и положительной шиной питания VDD. Подключение выводов J и К к высокому уровню превращает IC2 в счетный триггер. Микросхема IС2 переключается передним фронтом выходного сигнала IC1.

Понять работу схему можно, посмотрев на временные диаграммы в ее разных точках, изображенные на Рисунке 2. При нажатии кнопки на тактовый вход IС1, начинают поступать импульсы дребезга, передний фронт первого из которых устанавливает на выходе высокий уровень. Конденсатор С1, начинает заряжаться через резистор R1 до уровня «лог. 1». В тот же момент нарастающий фронт импульса, пришедшего на тактовый вход счетного триггера IС2, переключает состояние его выхода. Когда напряжение на конденсаторе С1 достигает порога входа RESET микросхемы IC1 триггер сбрасывается, и уровень выходного сигнала становится низким.

После этого С1 разряжается через R1 до уровня «лог. О». Скорости заряда и разряда С1, одинаковы. Длительность выходного импульса мультивибратора должна превышать время нажатия на кнопку и продолжительность дребезга. Регулировкой подстроечного резистора R1 эту длительность можно изменять в соответствии с типом используемой кнопки. Комплементарные выходы IC2 можно использовать для управления транзисторными силовыми ключами, реле или выводами включения импульсных регуляторов. Схема работает при напряжении от 3 В до 15 В и может управлять питанием аналоговых и цифровых устройств.

— это электронное устройство собранное на мощных полевых транзисторах MOSFET, которые являются одним из самых важных коммутирующих элементов в современной бытовой и профессиональной электронной технике. Используется такие переключатели в основном в тех устройствах,где присутствуют большие нагрузки по постоянному току и способны заменить собой сильно-точный коммутационный аппарат с возможностью гашения электрической дуги,так как у таких устройств из за больших токов часто выгорают контактные площадки и они приходят в негодность. Электронный переключатель с использованием MOSFET-транзисторов таким явлениям не подвержен и отлично справляется с работой коммутации нагрузок при больших токах и напряжениях в различных силовых цепях.

Представленная здесь схема имеет возможность с легкостью управлять переключением больших нагрузок по постоянному току, используя при этом низкие значения импульсного напряжения — всего 5 В. Установленные в схеме MOSFET -транзисторы NTP6411 рассчитаны на работу с напряжением в 100V и током 75А,мощность этих электронных компонентов составляет около 200W.Такие параметры силовых транзисторов позволяет эффективно применять этот электронный переключатель в узлах автомобиля вместо штатного реле. Для активации транзисторов устройства используется как обычный выключатель так и импульсный вход,выбор метода ввода осуществляется установкой перемычки из отрезка изолированного провода на соответствующие выводы коннектора.

На практике наиболее эффективен и полезен вход с импульсным напряжением,так как он имеет низкие значения управляющего напряжения. Проектировалась схема для работы с постоянным напряжением 24V, но вполне успешно может быть использована и при других напряжения,при тестировании на 12 вольтах показала себя в работе с лучшей стороны,к тому же установленные MOSFET-NTP6411 могут быть заменены на другие N-канальные полевые транзисторы соответствующих электрических характеристик. Установленный в схеме диод D1 выполняет защитные функции,тем самым предотвращает броски напряжения исходящих от индуктивных нагрузок. Встроенные в плату светодиоды дают возможность визуального наблюдения за состоянием полевых транзисторов,а винтовые терминалы обеспечивают подключение электронного переключателя в разные модули. По завершению сборки MOSFET переключателя он прошел суточный тест обеспечивая работой электромагнитный клапан с напряжением питания 24 вольта и током пол-ампера,при этом полевые транзисторы находились в совершенно холодном состоянии,даже в отсутствии тепло-отводов.В общем схема зарекомендовала себя надежным устройством,способная работать в самых разных областях применения,в том числе и автомобильной электронике вместо реле или работать как управляющие устройство в светодиодном освещении.

Электронный выключатель освещения » Паятель.Ру


Обычные выключатели не подходят для установки в длинных коридорах. Здесь нужно чтобы при входе в коридор свет можно было включить одним выключателем, а при выходе - выключить уже другим, расположенным с другого конца коридора. Обычно для этого используют коридорные переключатели, включая их по схеме на рис.1. Для того чтобы изменить состояние освещения (включить или выключить) нужно любой из этих переключателей переключить в другое положение.


Если коридорных переключателей должно быть установлено два, то каждый должен быть на два положения. Если же в коридоре не два, а предположим, три или четыре выхода, то и переключатели должны быть на три или четыре положения. А если выходов десять... Как видно, чисто электротехническим способом решение проблемы получается слишком громоздким. А вот если привлечь на помощь электронику, - очень легко и просто.

На рисунке 2 показана схема коридорного выключателя, управляемого обычными замыкающими кнопками без фиксации. Причем число таких кнопок не ограничено (хоть сто). При этом ни число положений, ни число соединительных проводов не меняется. Все кнопки подключены параллельно к одному двухпроводному кабелю и работают практически как одна.

Состояние освещенности меняется на противоположное однократным нажатием любой из этих кнопок. Но и это не все прелести.

Кнопки, и соединяющий их кабель не только находятся под низким безопасным напряжением, но и гальванически развязаны от электросети. Поэтому, данный выключатель можно устанавливать в таких сырых помещениях, как подвалы и чердаки, и пользоваться им, не опасаясь поражения электрическим током.

В основе схемы D-триггер выполненный на счетчике D1. Здесь, наверное, было бы привычнее использовать К561ТМ2, но автору на момент создания схемы были более доступны микросхемы К561ИЕ10А, содержащие пару двоичных счетчиков. В данной схеме используется только один D-триггер первого счетчика микросхемы. Остальные её части оставлены без применения.

С целью гальванической развязки между кнопками управления и сетью источник питания логической схемы выполнен на маломощном силовом трансформаторе, а управление симисторным ключом осуществляется при помощи оптопары.

Нажатие и отпускание любой из кнопок S1-SN приводит к тому, что на выводе 1 D1 формируется импульс произвольной формы, который переключает счетчик на одну позицию вверх. В результате, каждое нажатие любой из кнопок приводит к изменению логического уровня на выводе 3 на противоположный тому, который был ранее.

Для того чтобы в результате прерывания питания выключатель не устанавливался произвольно во включенное состояние в схеме есть цепь C2-R2, принудительно сбрасывающая счетчик в момент включения питания.

Освещение включается при помощи симистора VS1. На схеме условно показана одна лампа Н1. На самом деле это может быть несколько включенных параллельно ламп, равномерно распределенных по длине коридора.

Управление симистором осуществляется посредством оптотиристорной пары U1 и диодного моста VD1. Большинство деталей, включая и трансформатор, расположено на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Расположение печатных дорожек с одной стороны платы. Перемычек нет. За пределами платы расположен симистор.

В схеме можно использовать самые разные детали, но плата рассчитана именно на те, которые указаны на принципиальной схеме.

Трансформатор HRE3005 очень малого размера, с выводами под печатный монтаж. У него есть одна первичная обмотка на 230V и две вторичные по 7,5V / 0.04А. Используется Большинство деталей, включая и трансформатор, расположено на одной печатной плате из фольгированного стеклотекстолита. Расположение печатных дорожек с одной стороны платы. Перемычек нет. За пределами платы расположен симистор.

В схеме можно использовать самые разные детали, но плата рассчитана именно на те, которые указаны на принципиальной схеме.

Трансформатор HRE3005 очень малого размера, с выводами под печатный монтаж. У него есть одна первичная обмотка на 230V и две вторичные по 7,5V / 0.04А. Используется только одна из вторичных обмоток. На месте Т1 можно использовать любой другой маломощный сетевой трансформатор с вторичной обмоткой 6-9V, например, более дешевый серии ALG, но это потребует доработки платы или выноса трансформатора за её пределы.

Выпрямительные мосты типа КЦ407А можно заменить другими мостами или собрать мосты на одиночных диодах типа КД209, при соответствующем изменении в печатной плате. Оптотиристорную пару АОУ103Б тоже можно заменить другой, например, АОУ115Г или Д, либо использовать импортную аналогичную, при соответствующем изменении в плате.

Все конденсаторы нужно применять на напряжение не ниже 10V. Транзистор КТ3102 можно заменить любым n-p-n транзистором общего применения. Симистор ТС122-25-8 можно заменить на ТС112-10-8, ТС106-10-8 или КУ208Г. Возможно применение и импортных симисторов, либо мощных оптосимисторов. В этом случае оптопара U1 и мост VD1 не нужны, а светодиод оптосимистора подключают в коллекторную цепь VT1.

Наиболее удобны кнопки типа квартирных звонковых кнопок. Они отличаются достаточной надежностью, и приспособлены для установки на стену. Провод, соединяющий кнопки между собой и со схемой может быть любым, даже телефонной лапшой.

Схемы электронных виключателей питания для схем на микроконтроллерах. Электронный выключатель. Схема, описание

Кнопка или выключатель — обязательная часть едва ли не любой конструкции. В зависимости от требований, к ним предъявляемых, различаются обычные кнопки (без фиксации), а также кнопки с зависимой и независимой фиксацией. Соответственно их назначению отличаются и конструкции кнопок, причем весьма значительно.

Между тем, все разнообразие кнопок можно реализовать, используя одну единственную конструкцию кнопки — кнопку без фиксации с одной замыкающей контактной группой. Достоинства такой конструкции кнопки — простота (например, мембранная или "резиновая" кнопка), намного более широкая номенклатура кнопок, малые габариты и низкая стоимость. При наличии в конструкции микроконтроллера, задача создания кнопки с заданными свойствами решается программным путем. Если же использование в конструкции микроконтроллера невозможно или нецелесообразно, то разные виды кнопок можно изготовить следующим образом.

Кнопка "вкл/откл" (кнопка с независимой фиксацией)

Схема кнопки с независимой фиксацией приведена на рис. 1. Основой ее является микросхема таймера КР1006ВИ1. На вывод 4 микросхемы подключена цепь сброса С2, R4, VD1, устанавливающая начальное состояние кнопки в лог.0 (вывод 3). Входы компараторов таймера (выводы 2 и 6) соединены вместе и подключены к делителю напряжения R2, R3, устанавливающему на входе компараторов напряжение, равное половине напряжения питания. Выходным сигналом таймера через резистор R1 заряжается конденсатор С1.

При нажатии на кнопку SA конденсатор подключается к точке соединения делителя напряжения и компараторов, в результате чего на входах компараторов возникает кратковременный всплеск напряжения, вызывающий срабатывание одного из компараторов таймера. Выходной сигнал таймера изменяется на противоположный. Соотношение резисторов R1, R2 и R3 подобрано таким образом, что новое состояние таймера также оказывается устойчивым: генерация на выходе не возникает. При отпускании кнопки конденсатор С1 вновь заряжается выходным сигналом таймера-теперь уже другого логического уровня. При повторном нажатии на кнопку описанные процессы повторяются.

Достоинством схемы, помимо использования кнопки с замыкающей контактной группой, являются небольшие габариты "кнопки" (корпус таймера — DIP8). Высокая нагрузочная способность таймера (выходной ток до 200 мА) позволяет не только передавать сигнал включения на другие микросхемы, но и непосредственно питать от него достаточно мощные нагрузки (например, лампочку, обмотку реле или даже всю конструкцию в целом).

Кнопка с автоповтором

Такая кнопка при ее нажатии и удержании достаточно длительное время начинает автоматическое повторение "нажатий" -такая кнопка бывает удобной, например, для изменения уровня громкости усилителя. Схема кнопки приведена на рис. 2. Основой ее также является таймер КР1006ВИ1. Цепь сброса таймера через резистор R2 и блокировочный конденсатор С2 соединена с общим проводом конструкции, удерживая таким образом сигнал лог.0 на выходе таймера (вывод 3). При нажатии на кнопку сигнал сброса с таймера снимается, на выходе таймера появляется сигнал лог.1 и таймер переходит в штатный режим генерации импульсов.

При отпускании кнопки на выводе 4 вновь появляется сигнал сброса, и устройство возвращается в исходное состояние. Эта схема также отличается небольшими габаритами и высокой нагрузочной способностью. В силу особенностей работы таймера первый импульс от кнопки является удлиненным, что очень удобно при ее использовании. Соотношение длительности первого и последующих импульсов можно в некоторых пределах менять подключением резистора между выводом 5 таймера и общим проводом (либо проводом питания).

Кнопки с зависимой фиксацией

Схема кнопок с зависимой фиксацией приведена на рис. 3. Таймер DA1 в этой схеме используется в типовом включении в качестве генератора тактовых импульсов, и может быть заменен любым другим источником импульсов (например, однопереходным транзистором или мультивибратором). Основой схемы является счетчик с дешифратором DD1 типа К176ИЕ8 (можно вместо него применить К561ИЕ9), включенный нестандартным способом — тактовые импульсы подаются на вход разрешения V счетчика, а счетный вход С подключен через резистор R3 к источнику питания, при этом счет импульсов счет-чика заблокирован и он находится в неизменном состоянии.

На вход сброса счетчика подсоединена цепочка R2, С2, VD1. При включении на выходе 0 счетчика будет установлен сигнал лог.1, на остальных — лог.0. При нажатии на одну из кнопок на вход С счетчика будет подан (с подсоединенной через кнопку линии) сигнал лог.0.

В настоящее время в радиоэлектронной аппаратуре часто применяют электронные выключатели, в которых одной кнопкой можно осуществлять как ее включение, так и выключение. Сделать такой выключатель мощным, экономичным и малогабаритным можно, если применить полевой переключательный транзистор и цифровую КМОП микросхему.

Схема простого выключателя приведена на рис. 1. Транзистор VT1 выполняет функции электронного ключа, а триггер DD1 им управляет. Устройство постоянно подключено к источнику питания и потребляет небольшой ток - единицы или десятки микроампер.

Если на прямом выходе триггера высокий логический уровень, то транзистор закрыт, нагрузка обесточена. При замыкании контактов кнопки SB1 триггер переключится в противоположное состояние, на его выходе появится низкий логический уровень. Транзистор VT1 откроется, и напряжение поступит на нагрузку. В таком состоянии устройство будет находиться до тех пор, пока снова не окажутся замкнутыми контакты кнопки. Тогда транзистор закроется, нагрузка обесточится.

Указанный на схеме транзистор имеет сопротивление канала 0,11 Ом, а максимальный ток стока может достигать 18 А. Следует учитывать, что напряжение затвор-сток, при котором транзистор открывается, составляет 4...4,5 В. При напряжении питания 5...7 В ток нагрузки не должен превышать 5 А, в противном случае падение напряжения на транзисторе может превысить 1 В. Если напряжение питания больше, ток нагрузки может достигать 10... 12 А.

Когда ток нагрузки не превышает 4 А, транзистор можно использовать без теплоотвода. Если ток больше, необходим теплоотвод, либо следует применить транзистор с меньшим сопротивлением канала. Подобрать его нетрудно по справойной таблице, приведенной в статье "Мощные переключательные транзисторы фирмы International Rektifier" в "Радио", 2001, №5, с. 45.

На такой выключатель можно возложить и другие функции, например, автоматическое отключение нагрузки при снижении или превышении питающим напряжением заранее установленного значения. В первом случае это может понадобиться при питании аппаратуры от аккумуляторной батареи, чтобы не допустить ее чрезмерного разряда, во втором - для защиты аппаратуры от завышенного напряжения.

Схема электронного выключателя с функцией отключения при снижении напряжения приведена на рис. 2. В него дополнительно введены транзистор VT2,стабилитрон,конденсатор и резисторы, один из которых - подстроенный (R4).


При нажатии на кнопку SB 1 полевой транзистор VT1 открывается, напряжение поступает на нагрузку. Из-за зарядки конденсатора С1 напряжение на коллекторе транзистора в начальный момент не превысит 0,7 В, т.е. будет иметь низкий логический уровень. Если напряжение на нагрузке станет больше установленного подстроечным резистором значения, на базу транзистора поступит напряжение, достаточное для его открывания. В этом случае на входе "S" триггера останется низкий логический уровень, а кнопкой можно включать и выключать питание нагрузки.

Как только напряжение снизится ниже установленного значения, напряжение на движке подстроечного резистора станет недостаточным для открывания транзистора VT2 - он закроется. При этом на коллекторе транзистора напряжение увеличится до высокого логического уровня, который поступит на вход "S" триггера. На выходе триггера появится также высокий уровень, что приведет к закрыванию полевого транзистора. Нагрузка обесточится. Нажатия на кнопку в этом случае приведут только к кратковременному подключению нагрузки и последующему ее отключению.

Для введения защиты от превышения питающего напряжения автомат следует дополнить транзистором VT3, стабилитроном VD2 и резисторами R5, R6. В этом случае устройство работает аналогично описанному выше, но при увеличении напряжения выше определенного значения транзистор VT3 откроется, что приведет к закрыванию VT2, появлению высокого уровня на входе "S" триггера и закрыванию полевого транзистора VT1.

Кроме указанных на схеме, в устройстве можно применить микросхему К561ТМ2, биполярные транзисторы КТ342А-КТ342В, КТ3102А-КТ3102Е, стабилитрон КС156Г. Постоянные резисторы - МЛТ, С2-33, Р1-4, подстроенные - СПЗ-3, СПЗ-19, конденсатор - К10 17, кнопка - любая малогабаритная с самовозвратом.


При использовании деталей для поверхностного монтажа (микросхема CD4013, биполярные транзисторы КТ3130А-9 - КТ3130Г-9, стабилитрон BZX84C4V7, постоянные резисторы P1-I2, конденсатор К10-17в) их можно разместить на печатной плате (рис. 3) из односторонне фольгированного стеклотекстолита размерами 20x20 мм. Внешний вид смонтированной платы показан на рис. 4.

Казалось бы, чего проще, включил питание и прибор, содержащий МК, заработал. Однако на практике бывают случаи, когда обычный механический тумблер для этих целей не годится. Показательные примеры:

  • микропереключатель хорошо вписывается в конструкцию, но он рассчитан на низкий ток коммутации, а устройство потребляет на порядок больше;
  • необходимо осуществить дистанционное включение/выключение питания сигналом логического уровня;
  • тумблер питания сделан в виде сенсорной (квазисенсорной) кнопки;
  • требуется осуществить «триггерное» включение/выключение питания повторным нажатием одной и той же кнопки.

Для таких целей нужны специальные схемные решения, основанные на применении электронных транзисторных ключей (Рис. 6.23, а...м).

Рис. 6.23. Схемы электронного включения питания (начало):

а) SI — это выключатель «с секретом», применяемый для ограничения несанкционированного доступа к компьютеру. Маломощный тумблер открывает/закрывает полевой транзистор VT1, который подаёт питание на устройство, содержащее МК. При входном напряжении выше +5.25 В требуется поставить перед М К дополнительный стабилизатор;

б) включение/выключение питания +4.9 В цифровым сигналом ВКЛ-ВЫКЛ через логический элемент DDI и коммутирующий транзистор VT1

в) маломощная «квазисенсорная» кнопка SB1 триггерно включает/выключает питание +3 В через микросхему DDL Конденсатор C1 снижает «дребезг» контактов. Светодиод HL1 индицирует протекание тока через ключевой транзистор VTL Достоинство схемы — очень низкое собственное потребление тока в выключенном состоянии;


Рис. 6.23. Схемы электронного включения питания (продолжение):

г) подача напряжения +4.8 В маломощной кнопкой SBI (без самовозврата). Источник входного питания +5 В должен иметь защиту по току, чтобы не вышел из строя транзистор VTI при коротком замыкании в нагрузке;

д) включение напряжения +4.6 В по внешнему сигналу £/вх. Предусмотрена гальваническая развязка на оптопаре VU1. Сопротивление резистора RI зависит от амплитуды £/вх;

е) кнопки SBI, SB2 должны быть с самовозвратом, их нажимают по очереди. Начальный ток, проходящий через контакты кнопки SB2, равен полному току нагрузки в цепи +5 В;

ж) схема Л. Койла. Транзистор VTI автоматически открывается в момент соединения вилки ХР1 с розеткой XS1 (за счёт последовательно включённых резисторов R1, R3). Одновременно в основное устройство подаётся звуковой сигнал от аудиоусилителя через элементы С2, R4. Резистор RI допускается не устанавливать при низком активном сопротивлении канала «Audio»;

з) аналогично Рис. 6.23, в, но с ключом на полевом транзисторе VT1. Это позволяет снизить собственное потребление тока как в выключенном, так и во включённом состоянии;


Рис. 6.23. Схемы электронного включения питания (окончание):

и) схема активизации МК на строго фиксированный промежуток времени. При замыкании контактов переключателя S1 конденсатор С5 начинает заряжаться через резистор R2, транзистор VTI открывается, МК включается. Как только напряжение на затворе транзистора VT1 уменьшится до порога отсечки, МК выключается. Для повторного включения надо разомкнуть контакты 57, выдержать небольшую паузу (зависит от R, С5) и затем снова их замкнуть;

к) гальванически изолированное включение/выключение питания +4.9 В при помощи сигналов с СОМ-порта компьютера. Резистор R3 поддерживает закрытое состояние транзистора VT1 при «выключенной» оптопаре VUI;

л) удалённое включение/выключение интегрального стабилизатора напряжения DA 1 (фирма Maxim Integrated Products) через СОМ-порт компьютера. Питание +9 В может быть снижено вплоть до +5.5 В, но при этом надо увеличить сопротивление резистора R2, чтобы напряжение на выводе 1 микросхемы DA I стало больше, чем на выводе 4;

м) стабилизатор напряжения DA1 (фирма Micrel) имеет вход включения питания EN, который управляется ВЫСОКИМ логическим уровнем. Резистор RI нужен, чтобы вывод 1 микросхемы DAI «не висел в воздухе», например, при Z-состоянии КМОП-микросхемы или при расстыковке разъёма.

Электронный выключатель с нефиксируемой кнопкой

Схема
  Различные слаботочные кнопки отличаются большим разнообразием и удобностью монтажа во всевозможные места. А как быть, если нужно управлять сравнительно мощной нагрузкой маленькой нефиксируемой кнопкой, а применение большого выключателя с фиксацией нежелательно? В этом нам поможет схема на рисунке вверху.
  Схема работает в режиме переключателя, то есть каждое нажатие кнопки Кн последовательно включает и выключает нагрузку. После подачи питания нагрузка оказывается отключена, так как Q1 оказывается в запертом состоянии при помощи сопротивлений R1 и R5, соответственно оказывается и запертым Q2, затвор которого подключен через R3 к коллектору Q1 и одновременно подтянут на отрицательную шину питания через R4. В это же самое время конденсатор C1 заряжается через R2 примерно до уровня питания схемы, при нажатии кнопки потенциал накопленный в C1 переходит на затвор полевого транзистора, он открывается, в нагрузку поступает ток, одновременно открывается транзистор Q1 через R1, одновременно с этим конденсатор C1 начинает разряжаться через R2. Схема расчитана на питающие напряжения от 10 до 30 вольт, причем в качестве транзистора Q1 можно использовать любой маломощный транзистор, с предельным напряжением К-Б не менее 35 вольт, а в качестве Q2 можно использовать любой низковольтный мощный полевой транзистор (при напряжениях питания выше 18 вольт следует поставить стабилитрон на 16 вольт в цепь затвор-исток полевого транзистора, для исключения пробоя перехода). Схема в наладке не нуждается, в режиме отключенной нагрузки практически не потребляет тока. Если в качестве нагрузки планируется подключать реле, то параллельно обмотке реле следует подключить обратновключенный диод для гашения импульсов, а при подключения мотора надо добавить последовательно с ним так же диод. Это необходимо для того, чтобы  выбросы индукции не мешали работе нашего электронного выключателя.

Электронный выключатель | all-he

Схема электронного выключателя была задумана для дистанционного управления нагрузками на расстоянии. Полное устройство аппарата рассмотрим в другой раз, а в этой статье обсудим простую схему электронного выключателя на основе всеми любимого таймера 555.

Схема состоит из самого таймера, кнопки без фиксации транзистора в качестве усилителя и электромагнитного реле. В моем случае было использовано реле на 220 Вольт с током 10Ампер, такие можно найти в источниках бесперебойного питания.

В качестве силового транзистора можно использовать буквально любые транзисторы средней и большой мощности. В схеме использован биполярный транзистор обратной проводимости (NPN), я же использовал прямой транзистор (PNP), поэтому нужно будет менять полярность подключения транзистора, то есть — если собираетесь применить транзистор прямой проводимости, то плюс питания подается на эмиттер транзистора, при использовании транзисторов обратной проводимости на эмиттер подается минус питания.

Из прямых, можно применить транзисторы серии КТ818, КТ837, КТ816, КТ814 или аналогичные, из обратных — КТ819, КТ805, КТ817, КТ815 и так далее.

Электронный выключатель работает в широком диапазоне питающих напряжений, лично подавал от 6 до 16 Вольт, все работает четко.

Схема активируется при кратковременном нажатии кнопки, в этот момент транзистор моментально открывается включая реле, последнее замыкаясь подключает нагрузку. Выключение нагрузки случается только при повторном нажатии. Таким образом, схема играет роль выключателя с фиксацией, но в отличие от последнего, работает исключительно на электронной основе.

В моем случае вместо кнопки использована оптопара, а замыкается схема при команде с пульта управления. Дело в том, что сигнал на оптопару поступает от радиомодуля, который был взят от китайской машинки на радиоуправлении. Такая система позволяет управлять несколькими нагрузками на расстоянии без особого труда.

Данная схема электронного выключателя всегда показывает хорошие рабочие параметры и работает безотказно — пробуйте и сами убедитесь.

Выключатели на транзисторах - RadioRadar

Основное назначение транзисторных выключателей, схемы которых предлагаются вниманию читателей, - включение и выключение нагрузки постоянного тока. Кроме этого, он может выполнять ещё дополнительные функции, например, индицировать своё состояние, автоматически отключать нагрузку при разрядке аккумуляторной батареи до предельно допустимого значения или по сигналу датчиков температуры, освещённости и др. На базе нескольких выключателей можно сделать переключатель. Коммутация тока осуществляется транзистором, а управление осуществляется одной простой кнопкой с контактом на замыкание. Каждое нажатие на кнопку изменяет состояние выключателя на противоположное.

Описание аналогичного выключателя было приведено в [1], но там для управления применены две кнопки. К достоинствам предлагаемых выключателей можно отнести бесконтактное подключение нагрузки, практически отсутствие потребляемого тока в выключенном состоянии, доступные элементы и возможность применения малогабаритной кнопки, занимающей мало места на панели прибора. Недостатки - собственный потребляемый ток (несколько миллиампер) во включённом состоянии, падение напряжения на транзисторе (доли вольта), необходимость принятия мер для защиты от импульсных помех надёжного контакта во входной цепи (может самопроизвольно выключаться при кратковременном нарушении контакта).

Схема выключателя показана на рис. 1. Принцип его работы основан на том, что у открытого кремниевого транзистора напряжение на переходе база-эмиттер транзистора - 0,5...0,7 В, а напряжение насыщения коллектор-эмиттер может быть 0,2...0,3 В. По сути, это устройство представляет собой триггер на транзисторах с разной структурой, управляемый одной кнопкой. После подачи питающего напряжения оба транзистора закрыты, а конденсатор C1 разряжен. При нажатии на кнопку SB1 ток зарядки конденсатора С1 открывает транзистор VT1, и следом за ним откроется транзистор VT2. При отпускании кнопки транзисторы остаются во включённом состоянии, питающее напряжение (за вычетом падения напряжения на транзисторе VT1) поступает на нагрузку и продолжится зарядка конденсатора С1. Он зарядится до напряжения, немногим большем, чем напряжение на базе этого транзистора, поскольку напряжение насыщения коллектор-эмиттер меньше напряжения база-эмиттер.

Рис. 1. Схема выключателя

 

Поэтому при следующем нажатии на кнопку напряжение база-эмиттер на транзисторе VT1 будет недостаточным для поддержания его в открытом состоянии и он закроется. Следом закроется транзистор VT2, и нагрузка обесточится. Конденсатор С1 разрядится через нагрузку и резисторы R3-R5, и выключатель вернётся в исходное состояние. Максимальный коллекторный ток транзистора VT1 Iк зависит от коэффициента передачи тока h21Э и базового тока Iб: Iк = Iб · h21Э. Для указанных на схеме номиналов и типов элементов этот ток - 100...150 мА. Чтобы выключатель работал нормально, ток, потребляемый нагрузкой, должен быть меньше этого значения.

У этого выключателя есть две особенности. Если на выходе выключателя будет короткое замыкание, после кратковременного нажатия на кнопку SB1 транзисторы на короткое время откроются и затем, после зарядки конденсатора С1, закроются. При уменьшении выходного напряжения примерно до 1 В (зависит от сопротивлений резисторов R3 и R4) транзисторы также закроются, т. е. нагрузка будет обесточена.

Второе свойство выключателя можно использовать для построения разрядного устройства для отдельных Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов до 1 В перед составлением их в батарею и дальнейшей общей зарядке. Схема устройства показана на рис. 2. Выключатель на транзисторах VT1, VT2 подключает к аккумулятору разрядный резистор R6, параллельно которому подключён преобразователь напряжения [2], собранный на транзисторах VT3, VT4, питающий светодиод HL1. Светодиод индицирует состояние процесса разрядки и является дополнительной нагрузкой аккумулятора. Резистором R8 можно изменять яркость свечения светодиода, вследствие этого изменяется потребляемый им ток. Так можно производить корректировку разрядного тока. По мере разрядки аккумулятора снижается напряжение на входе выключателя, а также на базе транзистора VT2. Резисторы делителя в цепи базы этого транзистора подобраны так, что при напряжении на входе 1 В напряжение на базе уменьшится настолько, что транзистор VT2 закроется, а вслед за ним и транзистор VT1 - разрядка прекратится. При указанных на схеме номиналах элементов интервал регулировки тока разрядки - 40...90 мА. Если резистор R6 исключить, разрядный ток можно менять в интервале от 10 до 50 мА. При использовании сверхъяркого светодиода это устройство можно применить для построения карманного фонаря с защитой аккумулятора от глубокой разрядки.

Рис. 2. Схема разрядного устройства

 

На рис. 3 показано ещё одно применение выключателя - таймер. Он был использован мною в портативном приборе - испытателе оксидных конденсаторов. В схему дополнительно введён светодиод HL1, который индицирует состояние устройства. После включения загорается светодиод и конденсатор C2 начинает заряжаться обратным током диода VD1. При определённом напряжении на нём откроется транзистор VT3, который закоротит эмиттерный переход транзистора VT2, что приведёт к выключению устройства (светодиод погаснет). Конденсатор C2 быстро разрядится через диод VD1, резисторы R3, R4 и выключатель вернётся в исходное состояние. Время выдержки зависит от ёмкости конденсатора С2 и обратного тока диода. При указанных на схеме элементах оно составляет около 2 мин. Если взамен конденсатора С2 установить фоторезистор, терморезистор (или другие датчики), а взамен диода - резистор, получим устройство, которое будет выключаться при изменении освещённости, температуры и т. п.

Рис. 3. Схема таймера

 

Если в нагрузке есть конденсаторы большой ёмкости, выключатель может не включиться (это зависит от их ёмкости). Схема устройства, лишённого этого недостатка, показана на рис. 4. Добавлен ещё один транзистор VT1, который выполняет функцию ключа, а два других транзистора управляют этим ключом, чем исключается влияние нагрузки на работу выключателя. Но при этом потеряется свойство не включаться при наличии в цепи нагрузки короткого замыкания. Светодиод выполняет аналогичную функцию. При указанных на схеме номиналах деталей ток базы транзистора VT1 - около 3 мА.

Рис. 4. Схема устройства

 

Были опробованы несколько транзисторов КТ209К и КТ209В в качестве ключа. Они имели коэффициенты передачи тока базы от 140 до 170.

При токе нагрузки 120 мА падение напряжения на транзисторах было 120...200 мВ. При токе 160 мА - 0,5...2,2 В. Использование в качестве ключа составного транзистора КТ973Б позволило значительно увеличить допустимый ток нагрузки, но падение напряжения на нём было 750...850 мВ, и при токе 300 мА транзистор слабо грелся. В выключенном состоянии потребляемый ток настолько мал, что измерить его с помощью мультиметра DT830B не удалось. При этом транзисторы предварительно не отбирались ни по каким параметрам.

На рис. 5 представлена схема трёхканального зависимого переключателя. В ней объединены три выключателя, но при необходимости их число может быть увеличено. Кратковременное нажатие на любую из кнопок вызовет включение соответствующего выключателя и подключение соответствующей нагрузки к источнику питания. Если нажать на какую-либо другую кнопку, включится соответствующий выключатель, а предыдущий выключится. Нажатие на следующую кнопку включит следующий выключатель, а предыдущий опять отключится. При повторном же нажатии на ту же кнопку последний работающий выключатель выключится, и устройство возвратится в исходное состояние - все нагрузки будут обесточены. Режим переключения обеспечивает резистор R5. При включении какого-либо выключателя напряжение на этом резисторе возрастает, что приводит к закрыванию включённого ранее выключателя. Сопротивление этого резистора зависит от тока, потребляемого самими выключателями, в данном случае его значение - около 3 мА. Элементы VD1, R3 и С2 обеспечивают прохождение разрядного тока конденсаторов С3, С5 и С7. Через резистор R3 конденсатор С2 разряжает в паузах между нажатиями на кнопку. Если эту цепь исключить, останутся только режимы включения и переключения. Заменив резистор R5 проволочной перемычкой, получим три независимо работающих устройства.

Рис. 5. Схема трёхканального зависимого переключателя

 

Переключатель предполагалось применить в коммутаторе телевизионных антенн с усилителями, но с появлением кабельного телевидения необходимость в нём отпала, и проект не был реализован на практике.

В выключателях могут быть применены транзисторы самых разных типов, но они должны соответствовать определённым требованиям. Во-первых, все они должны быть кремниевыми. Во-вторых, транзисторы, коммутирующие ток нагрузки, должны иметь напряжение насыщения Uк-э нас не более 0,2...0,3 В, максимальный  допустимый ток коллектора Iкмакс должен быть в несколько раз больше коммутируемого тока, а коэффициент передачи тока h21э достаточный, чтобы при заданном токе базы транзистор находился в режиме насыщения. Из имеющихся у меня в наличии транзисторов хорошо зарекомендовали себя транзисторы серий КТ209 и КТ502, несколько хуже - серий КТ3107 и КТ361.

Сопротивления резисторов можно изменять в значительных пределах. Если требуется большая экономичность и не нужна индикация состояния выключателя, светодиод не устанавливают, а резистор в цепи коллектора VT3 (см. рис. 4) можно увеличить до 100 кОм и более, но надо учесть, что при этом уменьшится базовый ток транзистора VT2 и максимальный ток в нагрузке. Транзистор VT3 (см. рис. 3) должен иметь коэффициент передачи тока h21э более 100. Сопротивление резистора R5 в зарядной цепи конденсатора С1 (см. рис. 1) и аналогичных ему в других схемах может быть в интервале 100...470 кОм. Конденсатор C1 (см. рис. 1) и аналогичные ему в других схемах должны быть с малым током утечки, желательно применить оксиднополупроводниковые серии К53, но можно применять и оксидные, при этом сопротивление резистора R5 должно быть не более 100 кОм. При увеличении ёмкости этого конденсатора уменьшится быстродействие (время, по истечении которого устройство можно выключить после включения), а если уменьшить - снизится чёткость в работе. Конденсатор C2 (см. рис. 3) - только оксидно-полупроводниковый. Кнопки - любые малогабаритные с самовозвратом. Катушка L1 преобразователя (см. рис. 2) применена от регулятора линейности строк чёрно-белого телевизора, хорошо работает преобразователь и с дросселем на Ш-образном магнитопроводе от КЛЛ. Можно также воспользоваться рекомендациями, приведёнными в [2]. Диод VD1 (см. рис. 5) может быть любым маломощным, как кремниевым, так и германиевым. Диод VD1 (см. рис. 3) должен быть обязательно германиевым.

Налаживания требуют устройства, схемы которых показаны на рис. 2 и рис. 5, остальные в налаживании не нуждаются, если нет особых требований и все детали исправны. Для налаживания разрядного устройства (см. рис. 2) потребуется источник питания с регулируемым напряжением на выходе. Прежде всего, взамен резистора R4 временно устанавливают переменный резистор сопротивлением 4,7 кОм (в максимум сопротивления). Подключают источник питания, предварительно установив на его выходе напряжение 1,25 В. Включают разрядное устройство нажатием на кнопку и устанавливают с помощью резистора R8 требуемый ток разрядки. После этого устанавливают на выходе источника питания напряжение 1 В, и с помощью добавочного переменного резистора добиваются выключения устройства. После этого надо несколько раз проверить напряжение выключения. Для этого необходимо увеличить напряжение на выходе источника питания до 1,25 В, включить устройство, затем необходимо плавно уменьшать напряжение до 1 В, наблюдая момент выключения. Затем измеряют введённую часть дополнительного переменного резистора и заменяют его постоянным с таким же сопротивлением.

Во всех других устройствах также можно реализовать аналогичную функцию выключения при снижении входного напряжения. Налаживание производится аналогично. При этом то обстоятельство, что вблизи точки выключения транзисторы начинают закрываться плавно и ток в нагрузке тоже будет плавно уменьшаться. Если в качестве нагрузки будет радиоприёмник, то это проявится как уменьшение громкости. Возможно, рекомендации, описанные в [1], помогут решить эту проблему.

Налаживание переключателя (см. рис. 5) сводится к временной замене постоянных резисторов R3 и R5 на переменные с сопротивлением в 2...3 раза больше. Последовательно нажимая на кнопки, с помощью резистора R5 добиваются надёжной работы. После этого повторными нажатиями на одну и ту же кнопку с помощью резистора R3 добиваются надёжного выключения. Затем переменные резисторы заменяют постоянными, как сказано выше. Для повышения помехоустойчивости параллельно резисторам R7, R13 и R19 надо установить керамические конденсаторы ёмкостью несколько нанофарад.

Литература

1. Поляков В. Электронный выключатель защищает аккумуляторную батарею. - Радио, 2002, № 8, с. 60.

2. Нечаев И. Электронная спичка. - Радио, 1992, № 1, с. 19-21.

Автор: В. Булатов, пгт Новый Свет, Донецкая обл., Украина

Электронный автоматический выключатель

- обзор

4.9 Полупроводниковые выключатели

Основываясь на принципах защиты, система защиты должна иметь собственный автоматический выключатель [14–17]. Обычный механический автоматический выключатель (MCB) выполняет эту функцию. Этот блок совмещен с блоком измерения и обработки в капсюлях и предохранителях.

У PEE есть две доминирующие характеристики, которые приводят к тому, что обычный MCB не подходит для использования в системе защиты PEE. Во-первых, ПЭЭ работают быстро, а ущерб от их неисправности распределяется в короткие сроки.Следовательно, времени работы MCB 9–50 мс недостаточно для устранения неисправности PEE [63].

Во-вторых, ПЭЭ имеют ограниченное номинальное напряжение и ток, а их тепловая емкость низкая из-за их твердотельного поведения. Другое оборудование энергосистем, такое как трансформаторы и линии передачи, может выдерживать до 100% перенапряжения и перегрузки по току от нескольких десятых секунд до минут [26], но PEE ограничены по току и допускают перенапряжение в области и во времени [63]. Эти ограничения приводят к тому, что FCL вводятся в энергосистемах [64].Другой проблемой является отключение постоянного тока, поскольку автоматические выключатели имеют некоторые ограничения на отключение постоянного тока [63,65].

Лучшее решение - твердотельные переключатели [38]. Есть некоторые сложности с их изготовлением. К счастью, текущая технология позволила создать автоматический выключатель среднего напряжения из твердотельных переключателей с хорошими и надлежащими техническими характеристиками [64,66,26].

Основная обсуждаемая часть предлагаемого блока - это потери мощности, стоимость и место силового электронного автоматического выключателя (PECB).Но у этой части есть некоторые дополнительные преимущества, такие как ограничение тока и возможность плавного пуска.

Предлагаемая PECB увеличивает общие потери мощности. Эта потеря включает потерю проводимости, потерю охлаждения, потерю потребления управления [63,67]. Эти потери составляют около 1-2% от общей мощности системы [68]. Эта потеря очень ценится в течение длительного времени. Это единственный недостаток PECB по сравнению с MCB [63]. К счастью, открыты новые инновации для снижения потерь и более быстрых переключений.

Поскольку в этом документе рассматриваются технические вопросы, разработчик системы защиты должен также учитывать экономические факторы для использования этой части.Например, трансформатор имеет простую защиту в распределительной сети с помощью плавкого предохранителя, а трансформатор в системе передачи имеет сложную систему защиты с автоматическим выключателем. Использование PECB для PEC в системах преобразования энергии ветра (WECS) может быть экономичным из-за высокой частоты их отказов и высокой стоимости обслуживания.

Изготовленный PECB с IGBT имеет размеры 58–23–28 см и 27 кг для 10 кВ и 8 МВт [69]. Этот PECB сопоставим со средним MCB Schneider Electric на 2,4–17,5 кВ объемом 228–37–94 см и 210 кг [70].В этом сравнении рассматриваются CT и PT. В будущем PECB будет отдавать больше предпочтений MCB [67,63].

Стоимость PECB в 2,5 раза больше аналогичного MCB [66]. Обычно PEE устанавливаются при более низком напряжении и меньшей мощности номинального напряжения и мощности системы, такой как STATCOM и PEC WECS. Таким образом, общая стоимость PECB кажется ниже. EPRI - это анализ стоимости PECB в различных случаях [71,63].

Другая точка статистических данных состоит в том, что 5–30% выключателей 20% электрических сетей необходимо заменить в ближайшие 10 лет из-за увеличения уровня короткого замыкания в энергосистемах.Это приближает предложенный блок (с использованием ПЭКБ) к экономическому обоснованию [63].

PECB является наиболее важной частью предлагаемого блока защиты. PECB имеет разные названия, такие как статический переключатель (SC), твердотельный прерыватель цепи (SSCB) и твердотельный прерыватель (SSB). Некоторые основные схемы PECB показаны на рис. 7. Основная концепция PECB заключается в том, что они не имеют нормально замкнутого (NC) контакта, имеют падение напряжения замыкания и сделаны из однонаправленных полупроводниковых переключателей [72].

Рис.7. Некоторая базовая схема для PECB.

Также быстрое срабатывание полупроводниковых прерывателей создает хорошую координацию защиты для всех связанных защитных устройств.

Электронный автоматический выключатель (ECBU)

Электронный автоматический выключатель CorePower ® постоянного или переменного тока заменяет обычные термомеханические автоматические выключатели и функционирует как выключатель, так и переключатель для управления нагрузками. Размещая блоки ECBU ближе к нагрузкам, производители самолетов получить значительное снижение веса провода, необходимость в меньшем количестве компонентов системы и снижение затрат на рабочую силу при установке при одновременном повышении безопасности, эффективности и надежности.Этот новый меньший по размеру блок требует меньше места и обеспечивает более гибкие варианты монтажа.

От сложного к простому и более надежному

ECB упрощает электрические системы самолета за счет интеграции функций выключателя, переключателя и реле в одно твердотельное устройство без внутреннего механизма износа, что значительно повышает надежность. Доступен в виде одной программируемой карты 28 В постоянного тока или трехфазной 115 В переменного тока.

Интерфейс системы чистой кабины устраняет необходимость в сложных переключателях и больших панелях.

Почему Astronics ECBU?

Компактная и гибкая упаковка

  • Автономные карты ECB малого форм-фактора позволяют использовать одиночный корпус карты для тесных установок
  • Высокоэффективная конструкция обеспечивает конвекционное охлаждение в окружающей среде
  • Дизайн корпуса является общим для карт ECB постоянного и переменного тока, обеспечивая возможность стекирования 1, 2, 3 или более плат ECB, включая смешанные конфигурации


Корпус с 1 платой


Корпус с 2 платами

Снижение затрат и веса

  • Устранение электромеханических устройств, таких как механические выключатели, реле, контакторы и т. д. и переключатели, а также труд, связанный с их установкой
  • Значительное сокращение проводки и связанных с ней трудозатрат на сборку и установку жгутов


Традиционная электропроводка для самолетов


Электропроводка для электронного распределения питания

Высоконадежная конструкция

  • Аппаратное обеспечение соответствует требованиям RTCA / DO-160G
  • Хар программное обеспечение разработано для RTCA / DO-254 DAL B
  • Программное обеспечение разработано для RTCA / DO-178C уровня A
  • Проверенная полетом надежность с более чем 10 миллионами часов безотказной работы ECH

Электронный автоматический выключатель [Analog Devices Wiki ]

Цель:

В электронном автоматическом выключателе используется переключатель MOSFET для отключения питания чувствительной электронной нагрузки в случае перегрузки по току.Электронные твердотельные автоматические выключатели улучшают традиционные электромеханические автоматические выключатели, предлагая более быстрое переключение. В примерах схем, рассмотренных в этой лабораторной работе, измеряется напряжение между стоком и истоком на сопротивлении переключающего устройства MOSFET, а не на отдельном токовом шунтирующем резисторе. Преимуществами такой схемы являются более низкая стоимость и меньшие потери напряжения и мощности в пути переключения.

Примечания:

Как и во всех лабораториях ALM, мы используем следующую терминологию при описании подключений к разъему M1000 и настройке оборудования.Зеленые заштрихованные прямоугольники обозначают подключения к разъему аналогового ввода-вывода M1000. Контакты аналогового канала ввода / вывода обозначаются как CA и CB. Если сконфигурировано для принудительного измерения напряжения / измерения тока, добавляется –V, как в CA- V , или когда настроено принудительное измерение тока / измерения напряжения, –I добавляется, как в CA-I. Когда канал настроен в режиме высокого импеданса только для измерения напряжения, –H добавляется как CA-H. Следы осциллографа аналогично обозначаются по каналу и напряжению / току. Например, CA- V , CB- V для сигналов напряжения и CA-I, CB-I для сигналов тока.

Фон:

Исторически было доступно мало альтернатив электромеханическим и магнитным выключателям. Разработчики были вынуждены смириться с такими нежелательными характеристиками, как искрение и дребезг переключателя (с соответствующим шумом и износом), при этом размещая большие громоздкие блоки в своих системах управления питанием и защиты.

Применение твердотельной технологии к этому традиционному устройству приводит к тому, что в автоматических выключателях не возникает дуги и дребезга переключателя.Твердотельные схемы предлагают соответственно более высокую надежность и более длительный срок службы, а также потенциально более быстрое время переключения. Типичный твердотельный автоматический выключатель переключается за микросекунды, в отличие от миллисекунд или даже секунд для механической версии.

Электронный автоматический выключатель объединяет несколько аналоговых строительных блоков: токоизмерительный или шунтирующий резистор, дифференциальный усилитель с точными масштабирующими резисторами для измерения и масштабирования напряжения на этом резисторе; схема компаратора для срабатывания защелки при заданном значении тока и переключатель на полевом транзисторе, включенный последовательно с путём тока в контролируемой линии питания, рисунок 1.Обычно есть какой-то вход сброса для сброса автоматического выключателя. Некоторые конструкции автоматически сбрасываются при устранении перегрузки по току.

Рисунок 1, Блок-схема электронного автоматического выключателя

Контролируемый ток проходит через резистор датчика, а напряжение на этом резисторе измеряется и масштабируется дифференциальным усилителем. Поскольку номинал резистора известен, легко установить порог или уровень тока срабатывания, используя основной закон Ома: I = В / R.Если порог превышен, выход компаратора, который управляет затвором MOSFET, отключает устройство, так что ток прерывается. Время отклика может составлять порядка микросекунд, что намного быстрее, чем у традиционных плавких предохранителей с типичным временем отклика в десятки и сотни миллисекунд.

Простой пример для начала:

В очень простой примерной схеме, имитации LTspice, показанной на рисунке 2, в качестве датчика тока используется сопротивление включения R DS PMOS FET M1.Обычно затвор M1 замыкается на землю резистором R3, включающим его. Когда падение напряжения на R DS превышает В BE , необходимое для включения PNP-транзистора Q1, напряжение на коллекторе Q1 поднимает затвор MOS-переключателя M1 на достаточно высокий уровень, чтобы выключить его. Теперь R DS M1 очень большой. Нагрузка будет тянуть конец базового резистора R2 еще ниже, чем еще сильнее включается Q1. Это эффективно действует как защелка, удерживающая M1 в выключенном состоянии.

Схема сбрасывается путем отключения входного источника питания или нагрузки.Схема практически не потребляет ток, пока не сработает.

Рис. 2. Простая примерная схема моделирования.

Перед началом лабораторной работы найдите R DS (on) - Drain Source On Resistance for VGS of -5V по таблице в таблице данных ZVP2110A (см. Приложение ниже). На основе значения R DS вычислите оценку пускового тока.

Материалы:

Аппаратный модуль ADALM1000
Комплект перемычек
1 - ZVP2110A режим расширения PMOS
1 - 2N3906 Транзистор PNP
1 - Резистор 47 Ом
1 - Резистор 1 КОм
Резистор 1 - 10 КОм

Направление:

На своей беспаечной макетной плате постройте схему, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3, Электронный автоматический выключатель

Рисунок 4, Распиновка ZVP2110A

Настройка оборудования:

Установите канал A AWG в режим SVMI. Установите Shape на Ramp. Установите минимальное значение на 5, максимальное значение на 1,5. Установите Freq на 40 Гц, установите Slope time на 20 мс и рабочий цикл на 90%. Установите канал B в режим Hi-Z, разделенный ввод / вывод.

Выберите трассы CA- V , CA-I и CB- V . Если горизонтальный масштаб установлен на 5 мСм / дел, вы должны отображать 2 периода формы волны AWG.При необходимости отрегулируйте вертикальные масштабы.

Процедура:

Когда напряжение в канале А равно 5 В , ток в нагрузочном резисторе не течет. По мере того, как напряжение в канале А снижается, ток нагрузки увеличивается до тех пор, пока не будет достигнут текущий уровень срабатывания. Q1 включается и устанавливает высокий уровень Vgate (до 5 В ), выключая переключатель MOS M1.

Точку срабатывания можно отрегулировать (уменьшить), предварительно сместив базу Q1 немного ниже напряжения питания.Это можно сделать, добавив регулируемое сопротивление между базой и землей, как показано на рисунке 6. Добавьте резистор R3 10 кОм и потенциометр R4 10 кОм, как показано. Следите за уровнем тока срабатывания при регулировке потенциометра.

Подключите второй транзистор ZVP2110A параллельно с M1. Будьте осторожны при подключении S к S, G к G и D к D. Уровень тока, при котором цепь отключается, теперь должен быть примерно удвоен. Почему? В зависимости от сопротивления включения ваших полевых транзисторов вам может потребоваться немного уменьшить значение R LOAD , чтобы достичь точки триггерного тока.

Рисунок 6. Регулировка текущей точки запуска.

Простой датчик тока на основе PNP срабатывает, когда на M1 падает напряжение более В BE . Это будет около 600 мВ при комнатной температуре и будет изменяться при повышении температуры. Температурный коэффициент В, BE кремниевого BJT-транзистора составляет около -2 мВ / ° C. Ток отключения не будет очень предсказуемым, стабильным или точным.Чтобы улучшить эту конструкцию, мы добавляем более сложный и точный усилитель считывания и компаратор, как показано на схеме моделирования LTspice на рисунке 7.

Рисунок 7, Схема моделирования

Первая половина двойного операционного усилителя AD8542, U1A, вместе с резисторами R4,5,6,7 образуют дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 470/20 или 23,5. Затем усиленная разность напряжений на PMOS FET сравнивается с напряжением на резистивном делителе R2 / R3 второй половиной AD8542, U1B.Когда выходной сигнал U1A превышает уровень, установленный делителем напряжения, выход U1B, Vgate, поступает на напряжение питания, выключая переключатель.

Добавьте к макетной плате дифференциальный усилитель и компаратор, как показано на рисунке 8. Используйте потенциометр 10 кОм в качестве делителя напряжения.

Рисунок 8, Схема макета

Использование NMOS в качестве коммутатора:

В примерах схем до сих пор использовались устройства PMOS для коммутатора. Устройства питания NMOS являются более распространенными и обычно имеют более низкое сопротивление R DS ON по сравнению с аналогичными силовыми транзисторами PMOS.На рисунке 9 показана схема моделирования LTspice для простого выключателя с использованием переключателя NMOS. Для включения затвора устройства NMOS требуется положительное напряжение по отношению к источнику. Это означает, что для случаев с положительным напряжением питания переключатель должен быть помещен в заземляющий вывод цепи. Ток в устройствах NMOS обычно течет от стока к истоку, поэтому в этом случае клемма истока соединена с землей, так что ток нагрузки, вытекающий из отрицательной стороны нагрузки, течет в клемму стока.

Как и в версии PMOS, база NPN-транзистора Q1 слегка предварительно смещена регулируемой комбинацией R4,5.

Рисунок 9, схема моделирования NMOS

Направление:

Используя ZVN2110A и 2N3904 из комплекта деталей ALP2000, постройте схему, показанную на рисунке 9, на беспаечной макетной плате. Направление тока из канала активной нагрузки B отличается от схем PMOS.

Настройка оборудования:

Для CHA AWG установите минимальное значение на 0, установите максимальное значение на 4, чтобы ток нагрузки начинался с нуля и нарастал.

Процедура:

Требовать, чтобы переключатель NMOS находился в заземляющем плече, очень неудобно, но необходимость управлять затвором более положительным, чем напряжение питания, также является дополнительной проблемой. На рисунке 10 представлена ​​схема моделирования LTspice версии с переключателем, снова находящимся на ветви питания цепи. Обратите внимание, что дополнительное напряжение источника питания Vboost, которое является более положительным, чем входной источник питания, необходимо для управления затвором достаточно положительным по отношению к входному напряжению питания для включения транзистора NMOS.

Также обратите внимание на то, что ориентация истока и стока переключающего устройства теперь перевернута по сравнению с версией, когда переключатель находится в заземляющей ножке. В устройствах NMOS ток обычно течет от стока к истоку.

Рисунок 10, Переключатель NMOS с усилением

Направление:

Чтобы создать более высокое напряжение для затвора, мы можем использовать диодный «усилитель» напряжения. Диоды D 1 и D 2 вместе с конденсаторами C 1 и C 2 образуют усилитель напряжения по отношению к питанию +5 ​​ В .Прямоугольная волна из канала B AWG возбуждает нижнюю часть конденсатора C 1 . Повышенное напряжение будет равно +5 В плюс размах напряжения прямоугольной волны минус диодные падения D 1 и D 2 . Ток, необходимый для управления затвором, очень мал, поэтому потери на диодах должны быть минимальными.

Постройте схему, показанную на рисунке 11, на беспаечной макетной плате. Поскольку повышенное напряжение выше +5 В и будет выше максимально допустимого входного напряжения ALM1000 с резистором 1 МОм, R4 включен последовательно с входным контактом AIN.Этот внешний резистор вместе с внутренним резистором 1 МОм обеспечивает деление на 2 напряжения Vboost. Чтобы скорректировать деление напряжения, установите усиление канала A V на 2 (а не на 1). Кривая напряжения канала А теперь будет показывать правильный измеренный уровень напряжения.

Рисунок 11, Схема макета

Как и в случае конструкции PMOS на рисунках 7 и 8, мы можем добавить дифференциальный усилитель для измерения тока и каскады компаратора для повышения точности и контроля уровня тока триггера.Обратите внимание на имитацию и схему макета на рисунках 12 и 13.

Рисунок 12, Схема моделирования.

Обратите внимание на использование дополнительного транзистора NMOS, M2, который сдвигает и инвертирует выходной сигнал компаратора перед запуском затвора переключателя.

Рисунок 13, Схема макета.

Выводы:

В этом упражнении мы рассмотрели схемы, необходимые для реализации электронного автоматического выключателя.Эта функция часто интегрируется с другими функциями управления питанием, такими как плавный пуск, сброс при включении, мониторинг считывания напряжения и тока, ограничение тока и защита от повышенного / пониженного напряжения.

Приложение:

Малый электронный автоматический выключатель

DFN устраняет чувствительный резистор

Введение

Традиционно электронный автоматический выключатель (ECB) состоит из полевого МОП-транзистора, контроллера полевого МОП-транзистора и резистора считывания тока.LTC4213 - это новый электронный автоматический выключатель, в котором отсутствует чувствительный резистор, и вместо него используется R DS (ON) внешнего полевого МОП-транзистора. В результате получилось простое и компактное решение, обеспечивающее значительное преимущество низких вносимых потерь при низком рабочем напряжении нагрузки. LTC4213 имеет два отклика на размыкание цепи при изменении условий перегрузки с тремя выбираемыми порогами срабатывания и верхним приводом для внешнего N-канального переключателя MOSFET.

Максимальная токовая защита

Контакты SENSEP и SENSEN контролируют ток нагрузки через R DS (ON) внешнего полевого МОП-транзистора и служат входами для двух внутренних компараторов - SLOWCOMP и FASTCOMP - с точками срабатывания на V CB и V CB ( FAST) соответственно.Автоматический выключатель срабатывает, когда перегрузка по току вызывает значительное падение напряжения на полевом МОП-транзисторе. Ток перегрузки, превышающий V CB / R DS (ON) , заставляет SLOWCOMP отключать автоматический выключатель после задержки в 16 мкс. В случае серьезной перегрузки или тока короткого замыкания, превышающего V CB (FAST) / R DS (ON) , FASTCOMP отключает автоматический выключатель в течение 1 мкс, защищая как полевой МОП-транзистор, так и нагрузку.

Когда срабатывает автоматический выключатель, вывод GATE сразу же опускается, чтобы отключить нагрузку от источника питания.Для сброса неисправности автоматического выключателя либо на выводе ON должно быть ниже 0,4 В на минимум 80 мкс, либо смещение V CC должно быть ниже 1,97 В на минимум 80 мкс. Оба компаратора имеют диапазон входного синфазного напряжения от земли до CC + 0,2 В. Это позволяет автоматическому выключателю работать даже в тяжелых условиях короткого замыкания на выходе, когда напряжение питания нагрузки падает.

Гибкая настройка максимального тока

LTC4213 имеет вывод ISEL для выбора одной из этих трех настроек перегрузки по току:

  • I SEL на GND, V CB = 25 мВ и V CB (FAST) = 100 мВ
  • I SEL слева разомкнут, V CB = 50 мВ и V CB (FAST) = 175 мВ
  • I SEL при V CC , V CB = 100 мВ и V CB (FAST) = 325 мВ

I SEL можно настраивать динамически.Например, более высокий порог сверхтока может быть установлен при запуске, а более низкий порог может быть выбран после того, как ток питания стабилизируется.

Защита от перенапряжения

LTC4213 может обеспечивать защиту от перенапряжения нагрузки (OVP) выше источника смещения. Когда V SENSEP > V CC + 0,7 В в течение 65 мкс, активируется внутренняя схема OVP, при этом на выводе GATE устанавливается низкий уровень и выключается внешний полевой МОП-транзистор. Схема OVP защищает систему от неправильного подключения, когда напряжение питания V IN намного выше, чем напряжение смещения V CC .Цепь OVP также отключает нагрузку от источника питания при любых длительных условиях перенапряжения. Задержка в 65 мкс предотвращает срабатывание схемы OVP из-за быстрого переходного шума. Тем не менее, если быстрые скачки напряжения представляют угрозу для системы, следует установить внешний входной байпасный конденсатор и / или ограничитель переходных процессов.

Применение типового электронного автоматического выключателя (ECB)

На рис. 1 показан LTC4213 в приложении ECB с двойным питанием. Рекомендуется использовать входной байпасный конденсатор для предотвращения скачков напряжения при включении питания V IN или при реагировании ECB на условия перегрузки по току.На рисунке 2 показана нормальная последовательность включения питания. LTC4213 выходит из режима сброса, когда вывод V CC превышает внутренний порог блокировки при пониженном напряжении, а вывод ON поднимается выше 0,8 В (см. Кривую 1 на рисунке 2). После внутреннего цикла устранения дребезга 60 мкс емкость вывода GATE заряжается от земли внутренним источником тока 100 мкА (см. График 2). Когда вывод GATE и затвор MOSFET заряжаются, внешний MOSFET включается, когда V GATE превышает пороговое значение MOSFET. Автоматический выключатель включается, когда V GATE превышает ΔV GSARM , напряжение, при котором внешний полевой МОП-транзистор считается полностью повышенным, а R DS (ON) минимизирован.

Рис. 1. LTC4213 в электронном автоматическом выключателе.

Рисунок 2. Обычная последовательность включения.

Затем, через 50 мкс после включения автоматического выключателя и перехода READY на высокий уровень (см. График 3), источник питания V IN начинает подавать питание. Чтобы предотвратить сбои при включении питания, напряжение питания V IN должно возрастать с такой скоростью, которая поддерживает пусковой ток ниже уровня отключения ECB. На графике 4 показан сигнал V OUT во время включения питания V IN .Наконец, напряжение затвора достигает пика ΔV GSMAX + V SENSEN . Напряжение перегрузки затвора MOSFET составляет ΔV GSMAX , что выше, чем ΔV GSARM . Это гарантирует, что внешний полевой МОП-транзистор полностью улучшен, а R DSON еще больше уменьшен. Выберите полевой МОП-транзистор с требуемым R DSON при V GS , примерно равным ΔV GSMAX . LTC4213 контролирует ток нагрузки, когда напряжение перегрузки затвора превышает ΔV GSARM .

Типичное приложение для горячей замены

На рис. 3 показан LTC4213 в приложении «горячей замены» с одним источником питания, в котором нагрузка может оставаться в режиме отключения до завершения операции «горячей замены». В приложениях с горячей заменой следует избегать использования больших входных байпасных конденсаторов, поскольку они вызывают большие пусковые токи. Вместо этого следует использовать ограничитель переходного напряжения для ограничения и защиты от быстрых переходных скачков напряжения.

Рисунок 3. LTC4213 в приложении «горячей замены».

В этом приложении объединительная плата запускается с низким уровнем сигнала RESET. Когда длинная дорожка печатной платы входит в контакт, вывод ON удерживается ниже 0,4 В диодом Шоттки D1. Это сохраняет LTC4213 в режиме сброса. Источник питания V IN подключается к карте, когда короткая дорожка замыкается. Вывод V CC смещается через фильтр R1-C1, а выход V OUT предварительно заряжается резистором R5. Для успешного включения резистор R5 должен обеспечивать достаточный начальный пусковой ток для цепи нагрузки отключения и источника тока потребления 280 мкА на выводе SENSEN.С другой стороны, значение резистора R5 должно ограничивать импульсный ток нагрузки во время вставки платы и при возникновении неисправности. Когда RESET сигнализирует высокий уровень на объединительной плате, конденсатор C2 на выводе ON заряжается через резистивный делитель R3 / R2. Когда напряжение на выводе ON превышает 0,8 В, вывод GATE увеличивается. Наконец, напряжение GATE достигает пика, и внешний полевой МОП-транзистор полностью включается, чтобы уменьшить падение напряжения между V IN и V OUT . LTC4213 контролирует ток нагрузки, когда напряжение перегрузки затвора превышает ΔV GSARM .

Заключение

LTC4213 представляет собой небольшой корпус, № R Электронный автоматический выключатель SENSE , который идеально подходит для низковольтных приложений с низкими вносимыми потерями на полевых МОП-транзисторах. Он включает в себя функции автоматического выключателя с возможностью выбора двойного уровня тока и двойного времени срабатывания. Автоматический выключатель имеет широкий рабочий синфазный диапазон на входе от земли до V CC .

S8V-CP | OMRON, Европа

Характеристики ввода / вывода Номинальная потребляемая мощность напряжение (допустимый диапазон входного напряжения) 24 В постоянного тока (от 20 до 30 В постоянного тока) 24 В постоянного тока (от 20 до 28.8 В постоянного тока) 24 В постоянного тока (от 20 до 30 В постоянного тока)
Допустимо входной ток 40 А 15,2 А 70 А
Макс. оцененный выходной ток (на выход) 10 А 3,8 А 10 А
Внутренний падение напряжения 200 мВ макс. 150 мВ макс. 200 мВ макс.
Утечка на выходе текущий 10 мА макс.
Потребляемая мощность Когда все выходы подключены
10 Вт макс.(при 10 А) 3,1 Вт макс. (при 3,8 А) 20 Вт макс. (при 10 А)
Когда отключены все выходные ветви
0,84 Вт тип. 0,82 Вт тип. 1,32 Вт тип.
Ввод в эксплуатацию время Время инициализации 250 мс типично
Время задержки пуска от 50 мс до 5 с
Функции Текущий функция отключения Номинальный выходной ток 2 А, 3 А, 4 А, 6 А, 8 А, 10 А 3.8 А 2 А, 3 А, 4 А, 6 А, 8 А, 10 А
Ток отключения 2,5 А, 3,5 А, 4,5 А, 6,5 А,
8,5 А, 10,5 А
3,8 А 2,5 А, 3,5 А, 4,5 А, 6,5 А,
8,5 А, 10,5 А
Перенапряжение функция отключения Есть
Нажимная кнопка (ВКЛ / ВЫКЛ / СБРОС) с индикатором Да (цвета светодиода: красный / зеленый / желтый)
Сигнал сброса вход (RST) Да (высокий уровень: от 15 до 30 В постоянного тока, Низкий уровень: от 0 до 5 В постоянного тока)
Сигнал тревоги выход (ALM1 / ALM2) Да (релейный выход MOS FET 30 В постоянного тока Максимум., Макс.50 мА)
Изоляция Диэлектрик прочность 1,0 кВ переменного тока в течение 1 мин (между всеми клеммы и детали для монтажа на DIN-рейку), отсечка по току 20 мА
Изоляция сопротивление 100 МОм мин. (между всеми терминалами и детали для монтажа на DIN-рейку) при 500 В постоянного тока
Окружающая среда Работа в условиях окружающей среды температура от –25 до 70 ° C (требуется снижение номинальных характеристик в зависимости от температуры.) (без конденсации или обледенения)
Температура хранения от –40 до 85 ° C (без конденсации или обледенение)
Окружающая среда влажность от 5% до 96% (влажность при хранении: 5% до 96%)
Вибрация сопротивление от 10 до 55 Гц, максимум 5 G, 0.42 на половину амплитуды мм в течение 2 часов в направлениях X, Y и Z
Ударопрочность 294 м / с2, по 3 раза по ± X, ± Y, ± Z направления
Надежность Среднее время безотказной работы 13,5000 часов тип. 60 000 часов тип. 13,5000 часов тип.
Ожидаемая продолжительность жизни 10 лет мин.
Строительство Вес 160 г макс. 170 г макс. 420 г макс.
Вентилятор охлаждения
Степень защита IP20 согласно EN / IEC 60529
Стандарты EMI Соответствует EN 61000-6-3
EMS Соответствует EN 61000-6-2
Стандарты безопасности UL 508 (CSA22.2 № 14-10) Объявление Pol2
Распознавание UL 2367 (макс. 100 Вт на выход, в соответствии с ограничениями класса 2) Pol2
CE (EN 61000-6-2, EN 61000-6-3)

Как первый в мире цифровой автоматический выключатель может полностью изменить наш энергетический мир

На этой неделе первый и единственный в мире цифровой автоматический выключатель был сертифицирован для коммерческого использования.Технология, изобретенная Atom Power, внесена в список Underwriters Laboratories (UL), который является мировым стандартом безопасности потребителей. Этот новый выключатель упрощает управление мощностью и в 3000 раз быстрее, чем самый быстрый механический выключатель, что является одним из самых радикальных достижений в области распределения мощности со времен Томаса Эдисона.

Представьте себе блок предохранителей в подвале, каждый выключатель привязан к разным электрическим компонентам вашего дома. Эти переключатели предназначены для размыкания цепи и предотвращения перегрева перегруженных проводов в стене и возникновения пожара.Когда это происходит, вы спускаетесь в свою механическую комнату и снова включаете выключатели.

Теперь умножьте эту простую систему в вашем доме на городские многоэтажки и промышленные здания, в которых может быть 250 автоматических выключателей на каждом этаже, каждый из которых имеет диапазон от 15 до 4000 ампер при более высоких напряжениях. В этом масштабе ограничения и опасности системы электропитания с ручным управлением становятся гораздо более очевидными и дорогостоящими.

Going Digital

Атом Мощность

Райан Кеннеди, генеральный директор Atom Power, работал над созданием более совершенной электрической системы с тех пор, как начал свою карьеру 25 лет назад, сначала в качестве электрика, а затем в качестве инженера и менеджера проектов по крупным коммерческим проектам в области электротехники.Его основанное на опыте исследование вращалось вокруг центрального утверждения о том, что аналоговая инфраструктура не позволяет нам контролировать нашу мощность так, как мы должны это делать. Эта идея привела к ряду довольно важных вопросов: «Что нужно сделать, чтобы сделать энергетические системы управляемыми?» и «Почему не следует встроить этот элемент управления в сам выключатель?»

В 2014 году технический директор Kennedy и Atom Power Денис Курусси решил ответить на эти вопросы. Они разработали инфраструктуру цифровых автоматических выключателей, в которых используются твердотельные полупроводники и программное обеспечение для управления потоком энергии из множества разрозненных источников, известных инсайдерам отрасли как распределенные энергетические ресурсы или DER.Современная цифровая платформа объединяет входящие потоки в одно гиперинтеллектуальное устройство, динамически регулируя усилители в зависимости от требований и приложений.

«Вместо использования механики для переключения питания мы применяем цифровые входы», - сказал Кеннеди Popular Mechanics . «Теперь у меня нет движущихся частей. Теперь у меня есть возможность подключать такие вещи, как iPhone и iPad, для удаленного управления питанием. что повышает безопасность и эффективность.Я могу настроить распределительную панель по расписанию, чтобы поток энергии был непрерывным, неограниченным и автоматически переключался между источниками.Вы буквально этого не заметите. Даже свет не мигал.

Растущий мир возобновляемых источников энергии
Коммутатор Atom Power сочетает в себе новую твердотельную технологию с мониторингом в реальном времени и сетевыми возможностями, это первый коммутатор такого типа, внесенный в список UL.

Атом Мощность

Если учесть механические сложности переключения между возобновляемыми источниками энергии и централизованными энергосистемами, идея становится еще более убедительной.Иногда это просто невозможно. Кеннеди считает, что статический характер существующих систем распределения электроэнергии является одной из причин, по которым мы не наблюдаем широкого распространения возобновляемых источников энергии на бытовом уровне.

Например, для дома, подключенного к солнечной сети, жильцам иногда приходится отключать солнечную батарею, потому что традиционные энергосистемы (включая автоматические выключатели) недостаточно развиты, чтобы должным образом управлять несколькими меняющимися источниками энергии.

Короче говоря, «современный мир перерос риски и ограничения традиционных автоматических выключателей» - заявление компании, но также и убедительный факт, если учесть эту неэффективность и опасности системы, которая требует ручного устранения скачков напряжения и отказов .

«Старые выключатели просто не могут работать так быстро, как поток энергии», - говорит Кеннеди. «Когда что-то идет не так в больших зданиях, они идут на самом деле неправильно, потому что обычно у вас есть гораздо больший источник, обеспечивающий этот спрос».

Безопасность прежде всего
Цифровые автоматические выключатели Atom Power в 3000 раз быстрее и на 100% безопаснее механических автоматических выключателей.

Атом Мощность

Плохое управление энергопотреблением приводит к 30 000 несчастных случаев с поражением электрическим током в год.Вспышки дуги могут разрушить все здание на несколько недель. Благодаря своей способности прерывать 100 000 ампер с беспрецедентной скоростью, цифровые прерыватели эффективно устраняют эти риски, в результате чего получается «самая безопасная, самая быстрая и самая интеллектуальная система на сегодняшний день».

Удивительно, но идея не нова. Производители пытались и безуспешно пытались найти сопоставимое решение, в первую очередь потому, что полупроводниковая технология до недавнего времени была недостаточно развита. Кроме того, многие рассматривали проблему как проблему функционирования выключателя, а не как проблему целостного проектирования системы.

Преодолев это 140-летнее препятствие, которое предполагало соблюдение строгих требований UL к конструкции и долговечности, следующая задача Atom Power - снизить тепловые потери, которые несут цифровые автоматические выключатели, чтобы сделать их такими же эффективными, как и их механические аналоги.

Благодаря инвестициям трех из четырех крупнейших производителей автоматических выключателей, Siemens, ABB и Eaton, Atom Power надеется решить эту проблему и продолжить свою новаторскую работу, формирующую будущее сетевой энергетики.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Astronics выпускает электронный автоматический выключатель для самолетов

Киркланд, Вашингтон, Astronics Advanced Electronic Systems (AES), дочерняя компания Astronics Corp. (стенд C4639), на этой неделе представила свой новый 28-вольтовый электронный выключатель постоянного тока на Heli-Expo 2018 в Лас-Вегасе.Легкий и компактный CorePower 1448, который является частью системы распределения электроэнергии CorePower компании Astronics, выполняет функции выключателя и переключателя для управления нагрузками и заменяет обычные термомеханические выключатели. Он содержит 24 однонаправленных электронных выключателя на 28 В постоянного тока.

«То, что мы анонсируем на Heli-Expo, меньше и легче, чем наши предыдущие продукты», - сказал AIN вице-президент Astronics ACS по бортовой энергетике и управлению Келлси Юстус.«Я думаю, что самым большим преимуществом нашего электронного автоматического выключателя по сравнению с предыдущими четырьмя поколениями продуктов является то, что он более универсален. Мы позволяем заказчику изменять конфигурацию системы питания «самолет за самолетом» и даем им инструменты для ее программирования ».

Основное ценностное предложение твердотельной системы - меньший вес. «Автоматика кабины экипажа интегрируется с авионикой, поэтому вы можете отказаться от тепловых выключателей и большого количества проводки, а также снизить нагрузку на пилотов», - пояснил Юстус.«Что изменилось, так это то, что новый продукт стал меньше по размеру и более рентабельным, чем предыдущий дизайн, и обладает беспрецедентной универсальностью.

«Мы используем блоки одинакового размера для любого самолета, и при необходимости вы можете масштабировать его. У вас может быть одна, две или три печатных платы в стеке. И вы можете иметь до 30 плат в одной сети. ограничьте количество устройств, которые вы можете иметь в самолете, и каждая из печатных плат будет физически идентична ».

Ключевые преимущества продукта: уменьшенный вес и стоимость; ликвидация электромеханических устройств, реле, контакторов и переключателей; и значительное сокращение электромонтажа и трудозатрат, связанных с установкой.Другие особенности включают компактный дизайн для гибкости установки; тот факт, что каждая карта представляет собой полностью автономное устройство с индивидуальной адресацией; параметры конфигурации, контролируемые заказчиком; меньше проводов и комплектующих; системный мониторинг и управление с помощью существующих дисплеев авионики; и проверенная полетом надежность с более чем 10 миллионами безотказных часов.

Заказчиками электронного автоматического выключателя

Astronics являются производители вертолетов и самолетов. Версия агрегата будет сертифицирована на турбовинтовом сингле Textron Denali.

«В будущем, - сказал Юстус, - это семейство продуктов позволит клиентам легко расширять свои системы с помощью компонентов, таких как электронный автоматический выключатель переменного тока или карта ввода-вывода, чтобы создавать индивидуальную архитектуру для различных платформ».

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *