Многие боятся кажущейся сложности изготовления такого ключа. Хотя по затратам материальным и временным практически ничем не отличается от тиристорного. Кроме того отсутствуют такие громоздкие детали как: конденсатор и дроссель. Соответствено небольшие габариты. Все ключи представленные в этом обзоре универсальные. То есть они могут работать как верхние, так и нижние. Итак первый ключ:
Схема испытана в водах Днепра и на реках Урала, показала свою работоспособность и живучесть. Она разрабатывалась когда драйверов от IR не было и в помине а самые простенькие IGBT стоили 5-10 зеленых президентов. Идея триггерной защиты выходного ключа была высказана мной еще на конфе Данилы-мастера и была раскритикована монументальным грандом удочкостроения SLONIC-ом. Хотя в дальнейшем он сам же ее и применил. (См. схему16-1.Схема работоспособна весьма условно). Особенность схемы скважность 10 - постоянная во всем диапазоне частот и защита по падению напряжения на ключе. Выходной ключ включается по фронту импульса с 3 ноги ИЕ8. Если за время действия импульса перегрузки ключа не произойдет, то по фронту импульса со 2 ноги счетчика триггер переключится в исходное положение. Элементы схемы защиты не указаны, тут уж смотрите даташиты и включайте голову. Как только падение на ключе + падение на диоде превысят порог открывания транзистора сработает защита. Зависимость: падение напряжения и рассеиваемая мощность - величина линейная, поэтому такое построение защиты рекомендуется фирмами изготовителями.
Появление драйверов от IR позволило упростить схему и уменьшить количество элементов. Переходим ко второму ключу.
Как видно все, что было собрано на триггере и транзисторах запихнуто в маленький 8-ножный корпус. В этой схеме работают драйверы верхнего IR2127,IR2125 и нижнего IR2121 плеча. Никаких особенностей эта схема не имеет. Испытано как на столе, так и на воде. Статус неубиваемости полностью подтвержден. Данная схема - фрагмент схемы электроудочки. Обратите внимание на величину накопительной емкости - 220 мкФ. Величина емкости выбрана на основе моделей и расчетов BBL, которые полностью подтвердились на практике. Огромное ему спасибо за построение компьютерной модели и теоретическую проработку моего первого ключа. Эта величина очень влияет на мощность рассеиваемую на транзисторах преобразователя. Все эти загадочные взрывы транзисторов на воде, а также спонтанное открывание ими крышек находят свое обьяснение. Не вдаваясь в расчеты и математику скажу что как и увеличение, так и уменьшение накопительной емкости ведут к увеличению рассеиваемой мощности на транзисторах преобразователя. К дросселю перед ключем у меня тоже было легкомысленное отношение. Сейчас могу сказать что он нужен, причем обязательно. Но мотать его нужно не на замкнутом ферритовом кольце. Лучше на МП-140, броневике, распиленном кольце, стержне или вообще без сердечника. Изготовление этой схемы, а также нюансы лова со скважностью 10 заставило задуматься о еще большем уменьшении габаритов ключа и изменении его параметров. При скважности 10 обязательно нужно уменьшать выходное напряжение. Лучше всего его регулировать с шагом 50 вольт в пределах 200-400 вольт.
Тут то и пришел на помощь старый добрый трудяга таймер NE555 (КР1006ВИ1).
Читая очередной номер журнала Радио - наткнулся на утверждение, что выходной ток таймера составляет 200 мА. Начал копать даташиты. Посмотрел что у него внутри:) и между ног. И вот что получилось: Здесь уже регулируется и длительность импульса 0,5-2 мсек, и частота 10-100 Гц. Также отлично срабатывает защита, что защищает выходной ключ. Некоторые экземпляры таймеров не до конца разряжают гейтовую емкость затвора, что приводит к задержке закрывания транзистора и его перегреву. Поэтому между таймером и транзистором желательно поставить драйвер. Но схема полностью работоспособна и испробована.
Дальнейшие размышления а также модельки BBL заставили обратить внимание на великолепную микросхему UC3842(43). Ее кстати можно использовать вместо дорогих IR-овских драйверов.
К сожалению эта микросхема имеет только потактовый ШИМ. Что не позволяет на ней собрать ключ с абсолютно любой формой импульса. Приведенная здесь схема навеяна моделями BBL, а также количеством выпитого пива. RC цепочкой по 4 ноге регулируется частота. Длительность импульса регулируется посредством изменения времени зарядки конденсатора по 3 ноге. Через диоды в обход конденсатора отрабатывается перегрузка по току и КЗ. Схема лежит на столе и работает, поэтому номиналов не привожу. На основе этой схемы можно построить автоматический ключ с самонастраивающимися параметрами. А именно длительностью импульса в зависимости от состояния воды или глубины. Сейчас разрабатывается чопперный ключ. Частота около 100 кГц. Это позволит уменьшить габариты, увеличить КПД, плавно регулировать уровень от нуля до максимума и самое главное получить абсолютно любую форму выходного сигнала. Хочу поблагодарить также Владимира, внесшего свой вклад в глобальное потепление мирового климата и нанесшего непоправимый урон фирме IR. Чьими стараниями были испытаны мои ключи в железе на столе и на воде. В качестве эквивалента нагрузки был применен железный лом.
Биполярным аналогом этого устройства является эмиттерный повторитель (о нем шла речь ). Вот как выглядит простейший повторитель на ПТ:
Ну давайте разбираться что же и как этот повторитель повторяет 😉 Напряжение на выходе:
Ток стока мы можем определить через напряжение затвор-исток следующим образом:
Подставляем в формулу для и получаем вот что:
И если сопротивление нагрузки намного превышает величину , то мы получаем довольно-таки хороший повторитель ().
Но у этой схемы есть парочка существенных недостатков. Во-первых, характеристики ПТ трудно поддаются контролю при изготовлении, поэтому такой истоковый повторитель может иметь непредсказуемое смещение по постоянному току. А во-вторых, такой повторитель имеет довольно-таки большое выходное сопротивление, соответственно, амплитуда выходного сигнала все-таки будет меньше, чем амплитуда сигнала на входе.
Более качественный повторитель получается при использовании согласованных пар ПТ. Такая схема выглядит следующим образом:
Рассмотрим работу данной схемы. Полевик Q2 задает определенный ток. Этот ток соответствует напряжению затвор-исток, равному нулю. Транзисторы включены последовательно, значит через Q1 течет такой же ток, а так как полевики абсолютно одинаковые, то и для Q1 напряжение затвор-исток равно нулю. В то же время:
Вот и получаем, что , то есть напряжение на выходе повторяет сигнал на входе.
Эту схему истокового повторителя можно еще модернизировать, добавив резисторы в цепь истока. С помощью подбора их значений можно установить разные значения тока стока:
На этом заканчиваем с истоковыми повторителями и переходим к некоторым другим схемам на полевых транзисторах)
Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то ПТ перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.
Тут особо и объяснять нечего)
Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:
Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал) То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот. Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот это схема и работает)
Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:
Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.
Есть один большой минус у обеих этих схем – это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать , но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:
Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1 , напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все)
Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках – схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.
Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3 , Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2 , Q1 закрыт. Тогда цепь Q1-Q2-земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.
Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах, мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают) Так что до скорых встреч на нашем сайте!
Индукционный нагреватель — устройство для нагрева металлов, путем воздействия токами Фуко. Сам принцип такого нагревателя известен с давних времен, а сейчас индукционные нагреватели активно применяются во многих областях промышленности. Наш самодельный индуктор прост в использовании, имеет относительно простую конструкцию и не требует никакой настройки. При этом, нагреватель довольно мощный.
Работает схема индуктора по принципу последовательного резонанса. Повысить мощность устройства можно несколькими способами — подбором более мощных полевых ключей, использованием конденсатора большей емкости в контуре, повышением питающего напряжения.
Собирал я такой индуктор своими руками, чисто из любопытства, чтобы проверить работоспособность схемы.
Дроссель — взял готовый от компьютерного блока питания. Намотан на кольце от порошкового железа и содержит 10-25 витков провода 1,5мм.
Полевые транзисторы — тут выбор большой, в моем случае были использованы N-канальные высоковольтные полевые транзисторы серии IRF740, но желательно использовать полевые транзисторы ориентируясь по минимальному сопротивлению открытого перехода, а также максимально допустимого тока. В стандартном варианте советуется использовать силовые ключи серии IRFP250.
Параметры этого транзистора:
Очень мощный и довольно дорогой транзистор, но с ним можно получить высокую мощность, при этом потребление может быть в районе 20-40 Ампер!!!
Контур был намотан на оправе с диаметром 4,5 см и состоит из 2х3 витков. Советую мотать сразу 6 витков, затем с 3 витка снять лак на небольшом участке и там же запаять провод, который будет отводом, на него подается силовой плюс. В моем случае для намотки контура был использован провод 1.5мм, но в идеале нужен провод 3-5мм, мотается по тому же принципу.
Стабилитроны 12-15 Вольт, желательно с мощностью 1-2 ватт, все использованные резисторы 0,5 ватт.
Диоды — обязательно нужны быстрые с обратным напряжением не менее 400 Вольт, можно ставить дешевые ультрафасты UF4007, в моем случае были использованы диоды серии HER305 — с обратным напряжением 400 Вольт, при допустимом токе 3 Ампер.
Увеличить мощность схемы, означает увеличить ток в контуре. Чем больше емкость конденсатора С1, тем больше ток. В моем случае были использованы пленки на 250 Вольт 6 шт 0,33мкФ, но число кол-во конденсаторов в стандартном варианте советуется 15-20 штук с той же емкостью, напряжение конденсаторов 250-400Вольт.
Основной недостаток схемы — немыслимое количество тепловыделения на транзисторах, с моими, довольно хорошими ключами пришлось охлаждать схему двумя кулерами, но даже они не успевали должным образом отводить тепло, поэтому буду думать о водяном охлаждении…
Самодельный индуктор довольно быстро способен разогреть болты стандарта М6, до желтого оттенка.
Рассказать в: