В данной статье приводится пример схемы простого и надёжного прерывателя цепи постоянного тока, устойчиво работающего при напряжении автомобильной бортовой сети 12 В в любое время года. Применение мощных полевых транзисторов позволяет создать бесконтактный коммутатор тока нагрузки, падение напряжения, на ключевом элементе которого во включенном состоянии не превышает единиц-сотен милливольт при токе нагрузки 0,1 ….10 А.
Устройство, принципиальная схема которого показана на Рис.1, работоспособно в интервале напряжений 8 … 18 вольт. Максимальный ток управляемой нагрузки ограничен лишь параметрами применяемых транзисторов и в некоторых случаях может достигать нескольких десятков … сотен ампер.
В качестве источника тактовых импульсов применён мигающий светодиод фирмы “Kinbright” L56BID. Когда HL1 не светится напряжение на его выводах максимально, следовательно напряжение затвор-исток маломощного полевого транзистора VT1 меньше его порогового напряжения открывания, транзистор закрыт, на тактовом входе С, вывод 11, триггера DD1 логическая 1. При каждой вспышке светодиода HL1 открывается транзистор VT1. D-триггеры микросхемы К561ТМ2 включены как делители частоты входных импульсов на 2. Следовательно, на выводе 1 микросхемы прямоугольные импульсы будут следовать с частотой в четыре раза меньше частоты вспышек мигающего светодиода.
Нужно отметить, что из-за того, что светодиод HL1 работает в микротоковом режиме, свет его вспышек можно заметить лишь в темноте. Это сделано для того, что бы обеспечить высокую экономичность устройства. Если это не важно, то ток через светодиод можно увеличить уменьшив сопротивление резистора R1. Каскад на транзисторе VT1 тогда не нужен.
Когда на инвертирующем выходе DD1.2 логическая 1, напряжение затвор-исток мощных полевых р-канальных транзисторов не превышает 1,5 В, транзисторы закрыты, напряжение питания на нагрузку R нагр. Не поступает. Если в качестве её используются лампы накаливания, то в этот момент они не светятся. При смене логического уровня на выводе 1 ИМС DD1 с высокого на низкий, транзисторы VT2, VT3 открываются. На нагрузку поступит всё напряжение питания, вспыхивает контрольный светодиод HL2. При работе прерывателя тока на затворы силовых полевых транзисторов поступают прямоугольные импульсы, следующие со скважностью 2, и с амплитудой равной напряжению питания микросхемы DD1.
Низковольтный варистор R8 защищает полевые транзисторы от повреждения кратковременными всплесками напряжения питания, которые могут быть при неисправности автомобильного оборудования. Стабилитроны VD1, VD3 и резистор R5 чувствительные элементы конструкции от повреждения повышенным напряжением питания. Конденсатор С2 устраняет высокочастотный шум, который образуется при работе мигающего светодиода HL1, что может привести к хаотичному переключению триггеров. Предохранитель FU1 защищает транзисторы при коротком замыкании в цепи нагрузки или при переполюсовке полярности при подключении коммутатора.
О деталях. Резисторы можно взять любые из С1-4, С2-23, МЛТ и т.д. Варистор R8 можно заменить на FNR-10K430, FNR14K430, FNR20K390. Допустимо применять на его месте и стабилитрон, например, Д816В, Д816Г, Д817А, КС539Г, 1N5356. Оксидный конденсатор С3 – К50-35, К50-24 или импортные аналоги. Остальные конденсаторы керамические К10-7, К10-17, КМ6. Диод VD2 подойдёт любой германиевый или кремниевый из серий Д18, Д20, КД503, КД510, КД521, 1N4148. Стабилитрон VD1 можно заменить на КС215Ж, КС508Б, 1N4744A, TZMC-15, VD3 – КС213Б, 1N4743A, BZX/BZV55C-13, TZMC-13. Мигающий светодиод HL1 типа L56BHD, L56BGD, L56BSRD/B, L796BSRC/B, L816BYD или аналогичный. При его монтаже следует учитывать, что если на мигающий светодиод, работающий в коротковолновом режиме, будет падать яркий внешний свет, то возможна остановка генерации. Обычный светодиод HL2 можно использовать любой из серии АЛ307, КИПМ15, КИПД21, КИПД35, L1503, L383 и другие. Маломощный n-канальный полевой транзистор КП501 можно заменить на КТ501Б, КТ501В, ZVN2120, ZN2120. Включённые параллельно для улучшения нагрузочных характеристик транзисторы VT2, VT3 можно заменить на IR9Z34, КП785А, КП784А. Цоколёвка этих транзисторов показана на Рис.2
При работе с током нагрузки до 10 А эти транзисторы устанавливаются на общий теплоотвод, с площадью охлаждающей поверхности не менее 70 см². Так как при увеличении температуры кристалла полевого транзистора, растёт и сопротивление его открытого канала, желательно, чтобы температура корпусов транзисторов при длительной работе на максимальном токе не превышала 60⁰С. Если устройство будет применятся для коммутации ламп накаливания, следует обращать внимание на максимальный импульсный ток, который могут выдерживать выбранные типы транзисторов, т. к. сопротивление холодной вольфрамовой нити лампы накаливания примерно в 10 раз меньше чем разогретой до рабочей температуры. Микросхема К561ТМ2 заменяется на 564ТМ2, КР 1561ТМ2. При монтаже микросхемы и транзисторов обязательно принимать меры по их защите от статического электричества. После того как устройство будет смонтировано и отлажено монтаж необходимо защитить от вибраций и неблагоприятных климатических воздействий, например, покрыв несколькими слоями эпоксидного клея. Подойдёт и покрытие несколькими слоями лака ФЛ-98, МЛ92, цапонлаком или клеем БФ2.
Налаживание безошибочно собранного устройства сводится к подбору сопротивлений резисторов R2, R3 так, чтобы транзистор VT1 полностью открывался и закрывался при вспышках светодиода. Если потребуется эксплуатация этого устройства на автомобилях с напряжением бортовой сети 24 В, то сопротивление резисторов R6, R7 следует увеличить до 2,7 К, а мощность до 1 Вт. Сопротивление резистора R6 – до 1 кОм, последовательно с ним включается любой маломощный стабилитрон на 12 В, и параллельно стабилитрону VD3 подключается резистор на 6,8 К
автор Бутов А. П.
источник: ” РАДИОКОНСТРУКТОР “, 01 – 2004, стр.41-43.