MIS晶体管上的强大开关。方案、说明

MIS 晶体管的强大开关。无线电电子电气工程百科全书

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上图。图 1 显示了功能强大的电子继电器选项之一的示意图，该继电器设计用于在 20 ... 栅源 5 V 电压下切换高达 20 A 的负载电流，或在 2556 V 电压下切换不超过 5,7 mΩ。开放通道的低电阻使得可以使用该器件来切换大电流，并且通常不需要以低切换频率（单位 - 数十千赫兹）在散热器上安装晶体管。例如，该器件可用作强大电源中的电子输出电压开关、可充电手电筒中的强大光源、低压电动机、牵引电磁体以及许多其他应用。

与电磁继电器相比，使用强大的MIS晶体管作为主要开关元件，可以获得较低的“闭合触点”电阻，没有烧坏和火花干扰，并且具有更高的速度（电子控制）。此外，这种电子开关的尺寸和重量比电流为 10 ... 20 A 的电磁继电器更小，并且控制电路消耗的电流也显着降低。

电子开关可由两个小型非锁定按钮控制，例如簧片、薄膜或具有导电涂层的橡胶。

MIS晶体管上的强大开关
图。 1

上图。图2的尺寸比较显示了欧姆龙的电磁继电器G7L-2A-P，其触点设计用于20A的开关电流，以及电子继电器在MIS晶体管上的布局。即使安装相对宽敞，电子单元也只占体积的四分之一（按钮和LED安装在板外）并且重量轻得多。

MIS晶体管上的强大开关
图。 2

当电压施加到器件的输入端时，场效应晶体管VT2保持闭合状态，连接到输出端的负载断电，HL1 LED熄灭。要向负载施加电压，必须短按按钮 SB1。这将打开晶体管 VT1，随后打开晶体管 VT2。

打开的 LED HL1 将通知负载的电压。电容器C3和C4以及C1、C2、C5、C6消除各种干扰可能对晶体管状态的影响。二极管VD2-VD5设计用于当输入电压降至3V左右时强制器件关断，从而保护场效应晶体管VT2免于过热。

事实是，晶体管VT2的栅极-源极电压的如此深度的降低会急剧增加沟道电阻，从而导致其中释放的热功率，特别是在高负载电流下。为了防止场效应晶体管过热，提供了一个 R5VD2-VD5 电路来关闭两个晶体管。

变阻器 RU1 和齐纳二极管 VD1 保护相对低压的场效应晶体管免受电压浪涌的影响，例如，免受连接到设备输入或输出的电动机的自感 EMF 的影响，或者例如免受意外电压的影响。用螺丝刀（或其他金属物体）接触晶体管VT2的栅极时，会因静电而损坏。

要关闭设备，短期关闭 SB2 按钮的触点就足够了。您不仅可以使用低功耗微型按钮来控制晶体管 VT2 的状态，还可以使用例如两个光耦合器或低功耗簧片继电器来控制。应该注意的是，在关闭状态下，开关实际上不消耗能量。

该装置的实验样品通过表面安装安装在尺寸为 46x27 mm 的玻璃纤维安装板上。高电流电路由横截面至少为 1,2 毫米的短安装线制成。

微型 T2556 晶体管 APM0252NU 允许的最大漏源电压为 25V。漏极电流为 40A，栅源电压为 10V，栅源电压为 20V 时栅源电压为 4,5A ，明渠电阻的典型值分别不超过4,5和7,5 mΩ。外壳温度25℃时晶体管漏极最大允许直流电流为60A。

为了在低电源电压和高负载电流下工作，晶体管应焊接到可用表面积至少为 7 cm2 的散热器上。安装晶体管时，必须采取措施防止静电击穿。

APM2556NU 晶体管专为降压开关稳压器而设计，现已广泛应用于现代高性能显卡和计算机主板中。该晶体管可以替换为两个并联的微型晶体管，但具有两倍的开路电阻、APM2510NU 晶体管 (8,5 MΩ 10 V) 或其他类似的低压栅源控制晶体管。当使用沟道电阻高于APM2556NU的晶体管时，为了保持开关元件的电阻较低，可以打开并联的多个相同类型的场效应晶体管。

我们可以用2SA733、2SA733、SS2、KT992、KT9015系列中的任何一个晶体管替换3107SA6112B晶体管。可以使用齐纳二极管 55 N15A、TZMC-1、4744S15Zh、KS2ZhA 代替 BZV215C215，也可以使用二极管 1 N4148（或任何 KD1、KD914 系列）代替 522N521。 LED - 任何一般应用，最好具有增加的光输出，例如 KIPD40、KIPD66 系列。对于负载上的每个特定电压，应选择电阻器 R6，以免超过 LED 的额定电流。

氧化物电容——K50-68、K53-19或进口。其余 - K10-17、K10-50。 FNR-05K220 压敏电阻可以替换为任何低功率 18...22 V 压敏电阻，例如 FNR-05K180。

该设备由可维修部件精确组装而成，无需调整。

根据应用的具体特征，可以简化或改进建议用于重复的开关。例如，如果排除来自电源或连接负载的电压浪涌，则可以不使用压敏电阻 RU1。如果电源电压不超过1V并且排除对晶体管VT15栅极的任何接触，您也可以拒绝保护齐纳二极管VD2。

如果将自制干簧继电器的绕组串入负载电路中，其开路触点与SB2按钮的触点并联，则当消耗的电流达到时，负载电源将自动关闭。它增加到指定值以上。为了制造这样的继电器，需要在 KEMZ 簧片开关圆筒上缠绕几圈粗（直径 0,7 ... 1,2 mm）绕组线。因此，例如，使用 2 匝 PEV-0,68 线 5 的线圈，继电器将在大约 XNUMX A 的电流下工作。特定簧片开关的所需保护操作电流所需的匝数是通过实验确定的。

作者：A. Butov

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