Силовой ключ [База знаний «УмныеЭлементы»]

Что такое электронный ключ?

Ключ – это, если упростить, обыкновенный выключатель. С его помощью замыкается и размыкается электрическая цепь. У биполярного транзистора имеется три вывода:

  1. Коллектор.
  2. Эмиттер.
  3. База.

На биполярных полупроводниках строятся электронные ключи – конструкция простая, не требует наличия большого количества элементов. При помощи переключателя осуществляется замыкание и размыкание участка цепи. Происходит это с помощью сигнала управления (который вырабатывает микроконтроллер), подаваемого на базу транзистора.

Описание

Силовой ключ представляет из себя модуль, который с помощью низкого напряжения ардуино (и других платформ) может управлять более высокой нагрузкой.

Модуль управляет нагрузкой постоянного тока. Это может быть очень удобно для управления устройствами, которые потребляют значительно больший ток, в отличии от того, который может выдать на выходе контроллер. Также силовой ключ будет полезен в проектах, где нужно управлять устройством (например, мотором или помпой), для которого требуется превышающий предельные характеристики контроллера ток.

Силовой ключ по принципу действия аналогичен реле, но, в отличии от него, имеет возможность управления с помощью ШИМ, не имеет подвижных частей, поэтому не издаёт звук. Силовой ключ управляет только постоянным током.

Взаимосвязь между временемпереключения и зарядом затвора

Расчет времени переключения часто выполняется по переходной характеристике заряда затвора первого порядка, последовательному сопротивлению затвора Rs и входной емкости Ciss. Rs равно сумме сопротивления затвора Rg и подключенного к затвору внешнего резистора.

Напряжение затвора Vgsв данный момент времени t выражается через напряжение возбуждения затвора VGS следующим образом:

Vgs(t)= VGS{1–e↑(–t/(Ciss×Rs))}. (4)

Следовательно, t определяется выражением:

Постоянная времени при 63,2% от VGS определяется формулой:

t = (Сiss×Rs). (6)

Подставляя Qg = Ciss×Vgs в уравнение (5), получаем:

Из уравнения (7) следует, что разность между t2 и t1 определяется выражением:

Указанные в технических характеристиках транзистора значения Td(on), Tr,Tf и Td(off) рассчитываются по формуле (8) путем подстановки соответствующих значений: напряжения затвора, напряжения стока и зависимости тока стока от Qg.

Уравнения с (9) по (12) определяют временные характеристики переключения в зависимости от напряжения затвора и напряжения стока.

  • Задержка открытия, Td(on): от 10% от VGS до 90% от VDS:
  • Время нарастания, Tr: от 90% от VGS до 10% от VDS:
  • Задержка закрытия, Td(off): от 90% от VGS до 90% от VDS:
  • Время спада, Tf: от 10% от VD до 90% от VDS:

Взаимосвязь между коммутационными потерями и зарядом затвора

Коммутационный заряд Qsw определяется как общий заряд за период, в течение которого напряжение стока пересекается с током стока. Он приблизительно равен зеркальному заряду Qgd1 из уравнения (1).

Qsw равен произведению тока затвора Ig на время переключения (Tsw(on) или Tsw(off)) и позволяет рассчитать коммутационные потери в момент открытия и закрытия ключа.

В случае чисто резистивной нагрузки Id и Vds пересекаются в середине. В случае индуктивной нагрузки фазы тока и напряжения отличаются, и коэффициент потерь изменяется. Графически этот процесс представлен на рис. 8.

Измерение параметров транзистора с помощью agilent b1506a

Анализатор параметров силовых полупроводниковых приборов B1506A компании Agilent Technologies может измерять все необходимые параметры в широком диапазоне рабочих условий. Он является первым в отрасли настольным прибором, способным измерять зависимость Qg в диапазоне до 1500 A/3 кВ и может строить полные графики зависимости Qg вдиапазоне от 1 нКл до 100 мкКл с помощью инновационного метода, использующего точное управление током затвора в сочетании с функцией подачи и измерения большого тока/низкого напряжения и высокого напряжения/малого тока.

Таблица 2. Измерительный диапазон B1506A

Измеряемый/управляемый параметр

Диапазон

Минимальное разрешение

Qg

1 нКл – 100 мкКл

10 пКл

Vdd

±0–3000 В

100 мкВ

Предельное значение Id

±1–1100 A

2 мА

Ig

±1 нА–1 A

10 пА

Vg

±30 В

40 мкВ

Время открытия

50–950 мкс

2 мкс

Сигнал Vg для токовой нагрузки

±30 В

40 мкВ

Кроме вольт-амперных характеристик, B1506A может измерять паразитные параметры транзистора: Rg, Ciss, Crss, Coss, Cgs, Cds.

Таким образом, он может проверять силовые ключи с разных точек зрения. Кроме того, он может рассчитывать время переключения (td, tr, tf), потери мощности (потери на управление, коммутационные потери и потери на электропроводность) по кривым Qg и другим измеренным параметрам. И, наконец, он может измерять температурные зависимости в диапазоне –50… 250 °C.

Использование транзисторов в конструкциях

Нужно изучать все требования к полупроводникам, которые собираетесь использовать в конструкции. Если планируете проводить управление обмоткой электромагнитного реле, то нужно обращать внимание на его мощность. Если она высокая, то использовать миниатюрные транзисторы типа КТ315 вряд ли получится: они не смогут обеспечить ток, необходимый для питания обмотки.

Не стоит применять для коммутации слабых нагрузок мощные реле: это неразумно. Обязательно используйте качественные источники питания, старайтесь напряжение выбирать таким, чтобы реле работало в нормальном режиме. Если напряжение окажется слишком низким, то контакты не притянутся и не произойдет включение: величина магнитного поля окажется маленькой. Но если применить источник с большим напряжением, обмотка начнет греться, а может и вовсе выйти из строя.

Обязательно используйте в качестве буферов транзисторы малой и средней мощности при работе с микроконтроллерами, если необходимо включать мощные нагрузки. В качестве силовых устройств лучше применять MOSFET-элементы. Схема подключения к микроконтроллеру такая же, как и у биполярного элемента, но имеются небольшие отличия.

Как работает электромагнитное реле

Принцип работы электромагнитного реле довольно простой:

  1. Обмотка через кнопку соединяется с питанием.
  2. В разрыв цепи питания потребителя включаются силовые контакты реле.
  3. При нажатии на кнопку подается питание на обмотку, происходит притягивание пластины и замыкание группы контактов.
  4. Подается ток на потребителя.

Примерно по такой же схеме транзисторные ключи работают – нет только группы контактов. Их функции выполняет кристалл полупроводника.

Коммутация нагрузки

Простыми схемами на транзисторных ключах можно производить коммутацию токов в интервале 0,15… 14 А, напряжений 50… 500 В. Все зависит от конкретного типа транзистора. Ключ может производить коммутацию нагрузки 5-7 кВт при помощи управляющего сигнала, мощность которого не превышает сотни милливатт.

Можно применять вместо транзисторных ключей простые электромагнитные реле. У них имеется достоинство – при работе не происходит нагрев. Но вот частота циклов включения и отключения ограничена, поэтому использовать в инверторах или импульсных блоках питания для создания синусоиды их нельзя. Но в общем принцип действия ключа на полупроводниковом транзисторе и электромагнитного реле одинаков.

Комплектация

  • 1× Плата-модуль
  • 1× Трёхпроводной шлейф

Начинка и управление

Наш силовой ключ содержит полевой транзистор с P-каналом и дополительную обвязку, которая позволяет управлять им точно так же, как N-каналом. Для этого подойдёт любая управляющая плата с напряжением логических уровней 3,3–5 В — то есть, подключив силовой ключ P-Channel к Arduino, вы не заметите никакой разницы, кроме управления плюсовым контактом.

Читайте также:  электронный ключ-карта на АлиЭкспресс — купить онлайн по выгодной цене

При логическом нуле на управляющем контакте ключ разомкнут. При подаче логической единицы ключ замыкается, и через транзистор начитает протекать ток. На модуле силового ключа присутствует светодиод для индикации состояния: он горит при открытом транзисторе и гаснет при закрытом. При использовании ШИМ-сигнала яркость светодиода пропорциональна коэффициенту заполнения ШИМ.

Новый и передовой способ измерения qg

Компания Agilent Technologies разработала новый метод получения характеристики заряда затвора Qg (кривая 3 на рис. 10). Этот общий график складывается из двух разных зависимостей Qg. Первая зависимость (кривая 1) измеряется прибором, рассчитанным на большой ток и малое напряжение, тогда как вторая зависимость (кривая 2) измеряется прибором, рассчитанным на малый ток и большое напряжение.

Прибор, рассчитанный на большой ток и малое напряжение, регистрирует зависимость изменения Qg во время открытия ключа, а прибор, рассчитанный на большое напряжение и малый ток, регистрирует изменения Qg, показывая ее зависимость от емкости Crss.

Компания Agilent Technologies разработала контрольно-измерительную систему, в которой сигнал на затвор транзистора поступает от источника тока. В системе используются ИП, обеспечивающий большой ток и низкое напряжение, и источник с высоким напряжением и малым током стока (коллектора), а также средства одновременного измерения тока и напряжения. Такая уникальная система позволяет измерять заряд затвора, время переключения и рассчитывать результирующие потери.

В таблице 1 приведены характеристики IGBT и полевого МОП-транзистора с суперпереходом, полученные путем измерения Ron/Qg/Rg/Crss. При прочих равных условиях полевой МОП-транзистор с суперпереходом демонстрирует меньшие коммутационные потери по сравнению с IGBT на частотах коммутации выше 20 кГц.

Таблица 1. Сравнение коммутационных потерь IGBT/МОП

Условия измерения

VDS, В

480

ID, А

20

Vgs, В

0–10

Частота коммутации, кГц

10/20

Коэффициент заполнения, %

10

Последовательное сопротивление затвора, Ом

27

Тип ключа

IGBT

Полевой МОП-транзистор с суперпереходом

IRG4PC40WPBF

FMW20N60S1HF

Измеренные значения

Qg, нКл

63

42

Qgd, нКл

36

22

Qsw (= Qgd1), нКл

12,2

10,0

Rg, Ом

0,7

3,5

Vce_sat/ Rds_on при 20 А, В

1,95

183

Рассчитанные значения

Td(on), нс

39

15

Tr, нс

47

28

Tf, нс

28

36

Td(off), нс

162

170

P (потери на управление), мВт

6,3

4,2

P (коммутационные потери) с индуктивной нагрузкой, Вт

9,0/18,1

5,8/11,5

P (потери на проводимость), Вт

3,9

7,3

Суммарные потери, Вт

12,9/22,0

13,1/18,8

Отличия n- и p-канальных силовых ключей

Силовые ключи на полевых транзисторах с переходом N- и P-типа решают похожие задачи, но у них отличается принцип управления нагрузкой.

Оценка, необходимая для оптимального выбора силового ключа

Выбор нужного силового ключа для импульсного ИП требует детальной оценки множества параметров. Напряжение насыщения, пороговое напряжение, крутизна передаточной характеристики и пиковый ток влияют на рабочие характеристики, а запирающее напряжение, ток утечки и тепловые характеристики оказывают существенное влияние на надежность устройства.

Потери энергии в силовых ключах можно разбить на три основные категории: потери на управление, возникающие при подаче сигнала на силовой ключ, коммутационные потери, возникающие при открытии и закрытии силового ключа, и потери на проводимость, возникающие в открытом состоянии ключа (рис. 1).

Потери каждого типа можно рассчитать по известным характеристикам полупроводникового прибора: на управление — по заряду затвора Qg; коммутационные — по сопротивлению затвора Rg и паразитным емкостям прибора Ciss (входная)

, Coss(выходная) и Crss (емкость обратной передачи) или по характеристикам заряда затвора; на проводимость — по сопротивлению в открытом состоянии Ron. И сопротивление в открытом состоянии, и паразитные емкости очень важны в работающих на высокой частоте силовых ключах с низкой добротностью, которая определяется как произведение Qg на Ron. Таким образом, для оценки потерь нужны приборы, способные измерять эти характеристики.

Первым этапом проектирования эффективного ИП является выбор силового ключа с хорошим балансом между сопротивлением в открытом состоянии и паразитными емкостями. Заряд затвора определяется как заряд, необходимый для полного открытия силового ключа. Также его можно рассматривать как параметр, представляющий нелинейные характеристики входной емкости (Ciss = Cgs Cgd).

Заряд затвора — это общее количество заряда, необходимое для полного открытия силового ключа. Его можно рассчитать как интеграл по времени от тока, протекающего через затвор при переходе ключа в открытое состояние. Потери на управление рассчитываются при этом как произведение заряда затвора, напряжения затвора и частоты (рис. 3).

Как показано на рис. 4, заряд затвора описывается непрерывной кривой, состоящей из трех участков с разным наклоном.

Если ток затвора Ig постоянен, то заряд затвора равен произведению Ig на время t. При этом кривую Qg можно получить, измеряя напряжение на затворе Vgs.

Первый участок кривой Qg представляет нарастание Vgs, во время которого емкость Ciss_off заряжается током Ig, и ключ находится в закрытом состоянии. Этот участок кривой описывается уравнением Vgs = (1/Ciss_off) ×Qg.

Поскольку Cgs обычно значительно больше, чем Crss, формулу можно упростить: Vgs = (1/Cgs) × Qg. Заряд затвора для этого участка обозначен как Qgs.

Когда Vgs становится выше порогового напряжения (Vth), начинает протекать ток стока (или коллектора). В этом участке Vgs нарастает до тех пор, пока ток стока не достигнет номинального тока по характеристике Id–Vgs.

На втором участке (горизонтальном), когда ключ переходит в полностью открытое состояние, Vgs не нарастает, поскольку весь ток Ig втекает в Crss.

На рис. 5 показаны емкостные характеристики транзистора, а на рис. 5г — зависимость Crss от напряжения. Изменения Crss можно разделить на две четко отличающиеся области:

  • Vds>Vgs, Crss растет с уменьшением Vds. Увеличение заряда Qgd1 описывается формулой:

где Qgd1 называется зеркальным зарядом.

  • В области Vgs >VgdCrss существенно увеличивается из-за возникновения канала под затвором в результате открытия ключа. Увеличение заряда Qgd2 описывается формулой:

Значение Ciss_on получается из характеристики Vgs–Ciss, как показано на рис. 5в. На этом участке заряд называется Qgd. Величина Qgd зависит от напряжения стока (или коллектора) в закрытом состоянии и от Crss — в открытом.

Qgd = Qgd1 Qgd2.        (3)

Значение Qgd ограничивает ключевые характеристики полупровод­никового прибора.

На последнем участке ключ полностью открыт, и заряд Ciss_on продолжается. Vgs описывается уравнением Vgs = (1/Ciss_on) ×Qg.

Читайте также:  Шифрование в MySQL: хранилище ключей / Блог компании OTUS. Онлайн-образование / Хабр

Подключение

Модуль подключается у управляющей платформе через группу Troyka-контактов.

  • Сигнальный (S) — управляющий контакт силового ключа, подключаемый к цифровому пину микроконтроллера.
  • Питание (V) — соединяется с рабочим напряжением контроллера.
  • Земля (G) — соединяется с землёй микроконтроллера.

Для подключения к Arduino пригодится Troyka Shield и приложенный в комплекте трёхпроводной шлейф. Чтобы вовсе избавиться от проводов, воспользуйтесь Troyka Slot Shield. А для управления ключом с микрокомпьютера Raspberry Pi используйте Troyka HAT.

Контакты нагрузки подключаются к колодкам под винт L и L- с соблюдением полярности. Источник питания нагрузки подключается к колодкам под винт P и P-.

Обратите внимание, что контакты L− и P− на модуле объединены, а силовой ключ коммутирует контакты L и P .

Практические конструкции

Практических схем использования транзисторов в режиме ключа очень много. Нередко их используют для включения и отключения светодиодов с целью создания спецэффектов. Принцип работы транзисторных ключей позволяет не только делать «игрушки», но и реализовывать сложные схемы управления.

Но обязательно в конструкциях необходимо использовать резисторы для ограничения тока (они устанавливаются между источником управляющего сигнала и базой транзистора). А вот источником сигнала может быть что угодно – датчик, кнопочный выключатель, микроконтроллер и т. д.

Пример №1. насосная станция

Описание: Соберём насосную станцию, которая по нажатию кнопки может перекачивать воду из одного резервуара в другой. Это устройство можно использовать для умного полива, умных теплиц и подобных проектов.

Пример №2. кондиционер

Описание: Соберём микрокондиционер. Подключим к силовому ключу мотор, и будем его вращать с помощью кнопок включения (зелёная) и выключения (красная). В отличии от предыдущего примера мы будем подавать на силовой ключ ШИМ-сигнал. В таком случае, вал мотора будет вращаться с разной скоростью.

Пример работы транзистора в режиме ключа

Коэффициент усиления – это одна из основных характеристик транзистора. Именно этот параметр показывает, во сколько раз ток, протекающий по каналу «эмиттер — коллектор», выше базового. Допустим, коэффициент равен 100 (обозначается этот параметр h21Э).

При работе транзистор нагревается, поэтому он нуждается в пассивном или активном охлаждении – радиаторах и кулерах. Но нагрев происходит только в том случае, когда проход «коллектор — эмиттер» открывается не полностью. В этом случае большая мощность рассеивается – ее нужно куда-то девать, приходится «жертвовать» КПД и выпускать ее в виде тепла. Нагрев будет минимальным только в тех случаях, когда транзистор закрыт или открыт полностью.

Принцип работы транзистора

Элемент работает точно так же, как и в режиме усилителя мощности. По сути, к входу подается небольшой ток управления, который усиливается в несколько сотен раз за счет того, что изменяется сопротивление между эмиттером и коллектором. Причем это сопротивление зависит от величины тока, протекающего между эмиттером и базой.

В зависимости от типа транзистора меняется цоколевка. Поэтому, если вам нужно определить выводы элемента, нужно обратиться к справочнику или даташиту. Если нет возможности обратиться к литературе, можно воспользоваться справочниками для определения выводов.

Проводимость транзисторов

Один из режимов работы транзистора – ключевой. По сути, он выполняет функции выключателя. Затрагивать схемы усилительных каскадов нет смысла, они не относятся к этому режиму работы. Полупроводниковые триоды применяются во всех типах устройств – в автомобильной технике, в быту, в промышленности. Все биполярные транзисторы могут иметь такой тип проводимости:

  1. P-N-P.
  2. N-P-N.

К первому типу относятся полупроводники, изготовленные на основе германия. Эти элементы получили широкое распространение более полувека назад. Чуть позже в качестве активного элемента начали использовать кремний, у которого проводимость обратная – n-p-n.

Принцип работы у приборов одинаков, отличаются они только лишь полярностью питающего напряжения, а также отдельными параметрами. Популярность у кремниевых полупроводников на данный момент выше, они почти полностью вытеснили германиевые. И большая часть устройств, включая транзисторные ключи, изготавливаются на биполярных кремниевых элементах с проводимостью n-p-n.

Работа с микроконтроллерами

При расчете транзисторного ключа нужно учитывать все особенности работы элемента. Для того чтобы работала система управления на микроконтроллере, используются усилительные каскады на транзисторах. Проблема в том, что выходной сигнал у контроллера очень слабый, его не хватит для того, чтобы включить питание на обмотку электромагнитного реле (или же открыть переход очень мощного силового ключа). Лучше применить биполярный транзисторный ключ, которым произвести управление MOSFET-элементом.

Применяются несложные конструкции, состоящие из таких элементов:

  1. Биполярный транзистор.
  2. Резистор для ограничения входного тока.
  3. Полупроводниковый диод.
  4. Электромагнитное реле.
  5. Источник питания 12 вольт.

Диод устанавливается параллельно обмотке реле, он необходим для того, чтобы предотвратить пробой транзистора импульсом с высоким ЭДС, который появляется в момент отключения обмотки.

Сигнал управления вырабатывается микроконтроллером, поступает на базу транзистора и усиливается. При этом происходит подача питания на обмотку электромагнитного реле – канал «коллектор — эмиттер» открывается. При замыкании силовых контактов происходит включение нагрузки.

Расчет цепи управления затвора igbt

При проектировании цепи управления затвора IGBT и расчета потерь на управление конструкторы должны учитывать характеристики заряда затвора силового транзистора. С этой целью они выбирают рабочее напряжение на затворе, учитывая характеристики ключа, их разброс, зону самопроизвольного открытия ключа, и рассчитывают общий заряд по кривой Qg.

Предположим, например, что кривая Qg, показанная на рис. 6, получена при Vds = 600 В и Id = 100 A. Если на затвор подается напряжение 0–15 В, то Qg получается равным 500 нКл. Если частота коммутации равна 20 кГц, потери на управление составляют 0,15 Вт:

P = f × Qg ×Vg = 20 кГц × 500 нКл × 15 В.

Кроме того, если необходимо получить длительность фронта 100 нс, то потребуется ток управления не меньше 5 А (500 нКл/100 нс). Недостаточный ток управления снижает скорость переключения и увеличивает коммутационные потери. Максимальный подъем тока управления является важным аспектом проектирования драйвера.

В общем случае рекомендуется, чтобы входное напряжение IGBT начиналось с отрицательного значения, что позволяет избежать произвольного открытия. Корректное общее значение Qg получается из суммы значений в области отрицательных и положительных напряжений.

P = 20 кГц × (400 нКл 500 нКл) × 15 В.

Кривая Qg в сочетании с выходным напряжением ключа позволяет детально проанализировать и оптимизировать силовой транзистор, работающий в ключевом режиме.

Режим насыщения

У всех транзисторов имеется определенный порог входного значения тока. Как только произойдет достижение этого значения, коэффициент усиления перестает играть большую роль. При этом выходной ток не изменяется вообще. Напряжение на контактах «база — эмиттер» может быть выше, нежели между коллектором и эмиттером.

Читайте также:  Электронная подпись для Росреестра: какая нужна, как получить ЭЦП

Это состояние насыщения, транзистор открывается полностью. Режим ключа говорит о том, что транзистор работает в двух режимах – либо он полностью открыт, либо же закрыт. Когда полностью перекрывается подача тока управления, транзистор закрывается и перестает пропускать ток.

Силовой электронный ключ на алиэкспресс — купить онлайн по выгодной цене

Перед покупкой сравните цены на силовой электронный ключ, прочитайте реальные отзывы покупателей, ознакомьтесь с техническими характеристиками.

Закажите силовой электронный ключ онлайн с доставкой по России: товары с пометкой Plus доступны с ускоренной доставкой и улучшенными условиями возврата.

На Алиэкспресс силовой электронный ключ всегда в наличии в большом ассортименте: на площадке представлены как надежные мировые бренды, так и перспективные молодые.

Силовые электронные ключи

После изучения материала данной главы студент должен:

знать

  • • преимущества и недостатки электронных ключей в сравнении с механическими контактами;
  • • принцип действия, схемотехническое применение и основные характеристики силовых полупроводниковых приборов;
  • • особенности работы ключей при периодической коммутации;
  • • схемы замещения электронных ключей в статическом и динамическом режиме работы для оценки тепловых потерь;
  • • схемотехнические методы обеспечения безопасной работы ключей при коммутации;

уметь

  • • определять действующее и среднее значения тока в электрических схемах с электронными ключами;
  • • определять прямое и обратное напряжения на электронных ключах в статическом и динамическом режимах;
  • • определять потери мощности в ключах;

владеть

  • • терминологией, связанной с применением силовых полупроводниковых приборов в качестве электронных ключей;
  • • стандартными графическими отображениями полупроводниковых приборов в электрических схемах;
  • • методами расчета токов и напряжений в электрических схемах для оценки тепловых потерь в электронных ключах;
  • • методами расчета токов и напряжений в электрических схемах для обеспечения безопасной работы электронных ключей;
  • • навыками поиска информации о характеристиках силовых полупроводниковых приборов, в том числе с использованием Интернета.

Ключевые термины: идеальный ключ; вольт-амперная характеристика (ВАХ); диод; тиристор; биполярный транзистор; полевой транзистор; биполярный транзистор с изолированным затвором; статические потери; динамические потери; траектория переключения; динамическая ВАХ; область безопасной работы (ОБР); цепь формирования траектории переключения (ЦФТП); снаббер.

Сложности измерения заряда затвора

В технических характеристиках часто приводится схема измерения кривой Qg. На рис. 9а показана схема с ИП тока, на рис. 9б — схема с резистивной нагрузкой, на рис. 9в — схема с индуктивной нагрузкой. В случае, показанном на рис. 9б, трудно получить угловую точку между первым и вторым склоном, поскольку ток зависит от напряжения.

Хотя все три схемы выглядят простыми, систему для измерения Qg создать достаточно сложно по следующим причинам: во-первых, необходим стабильный ИП, способный обеспечить точную зависимость выходного тока и напряжения от времени, а во-вторых, необходимо точно измерять подаваемые на затвор ток и напряжение в зависимости от времени.

Для измерения Qg необходим стабильный и мощный ИП. Например, для подачи мощности 120 кВт при напряжении 600 В источник должен выдавать ток 200 A. Проектирование ИП с такими характеристиками сопряжено с определенными трудностями.

Но для измерения Qg достаточно импульсного питания для захвата переходной импульсной характеристики. Поэтому в качестве ИП можно использовать большой конденсатор, обеспечивающий высокий разрядный ток. Тем не менее изготовить такую систему весьма непросто.

Для точной оценки Qg необходим источник постоянного тока, подающий сигнал на затвор. Qg равен произведению постоянного тока на время. Кривую Qg можно получить, делая выборки Vgs по времени.

Многие производители полупроводниковых приборов имеют собственные динамические контрольно-измерительные системы для измерения Qg. Тем не менее доступ разработчиков к таким системам ограничен из-за их высокой стоимости и размера.

Транзистор в режиме ключа

Транзистор в режиме ключа выполняет те же функции, что и электромагнитное реле или выключатель. Ток управления протекает следующим образом:

  1. От микроконтроллера через переход «база — эмиттер».
  2. При этом канал «коллектор — эмиттер» открывается.
  3. Через канал «коллектор — эмиттер» можно пропустить ток, величина которого в сотни раз больше, нежели базового.

Особенность транзисторных переключателей в том, что частота коммутации намного выше, нежели у реле. Кристалл полупроводника способен за одну секунду совершить тысячи переходов из открытого состояния в закрытое и обратно. Так, скорость переключения у самых простых биполярных транзисторов — около 1 млн раз в секунду. По этой причине транзисторы используют в инверторах для создания синусоиды.

Характеристики

  • Транзистор: IRFR5305PBF (P-канальный)
  • Рабочее напряжение: 3,3–5 В
  • Потребляемый ток: до 100 мА
  • Максимальное коммутируемое напряжение: 30 В
  • Максимальный коммутируемый ток: 20 А
  • Габариты: 25,4×25,4 мм

Шаг 4. результат.

Чтобы кондиционер включить, нужно нажать на зелёную кнопку. Для выключения кондиционера — нажмите красную кнопку. Скорость вращения мотора регулируется с помощью потенциометра. Попробуйте кондиционер в действии. На мотор можно прикрепить пропеллер для большей наглядности.

Электромагнитное реле

Реле – это электромагнит, которым производится управление группой контактов. Можно провести аналогию с обычным кнопочным выключателем. Только в случае с реле усилие берется не от руки, а от магнитного поля, которое находится вокруг катушки возбуждения.

Контактами можно коммутировать очень большую нагрузку – все зависит от типа электромагнитного реле. Очень большое распространение эти устройства получили в автомобильной технике – с их помощью производится включение всех мощных потребителей электроэнергии.

Это позволяет разделить все электрооборудование автомобиля на силовую часть и управляющую. Ток потребления у обмотки возбуждения реле очень маленький. А силовые контакты имеют напыление из драгоценных или полудрагоценных металлов, что исключает вероятность появления дуги.

Выводы электромагнитного реле

Обычно в электромагнитных реле имеется 5 выводов:

  1. Два контакта, предназначенных для управления. К ним подключается обмотка возбуждения.
  2. Три контакта, предназначенных для коммутации. Один общий контакт, который нормально замкнут и нормально разомкнут с остальными.

В зависимости от того, какая схема коммутации применяется, используются группы контактов. Полевой транзисторный ключ имеет 3-4 контакта, но функционирование происходит таким же примерно образом.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector