Схема управления нагрузкой
«Умный» ключ управления нагрузкой на транзисторе МОСФЕТ
Статья предназначается для радиолюбителей, которые занимаются собственной разработкой электронных схем. В современных электронных схемах стали часто применяться так называемые интеллектуальные ключи, коммутаторы, драйверы управления нагрузкой. Эти устройства должны работать в широком диапазоне токов нагрузки, от десятков миллиампер до десятков ампер. Они должны быть защищены от коротких замыканий в цепях нагрузки и иметь возможность анализировать свою работу. Схема такого «умного» коммутатора нагрузки показана на рисунке 1.
В данной схеме я специально не привожу конкретных наименований радиокомпонентов. Их выбор зависит от параметров, которые вы заложите в данную схему. Напряжение питания схемы может быть и больше 12 вольт, например 24 вольта, но тогда потребуется стабилизатор напряжения питания микроконтроллера, с входным напряжением не ниже 24В, например, LM7805.
При напряжении питания 12В подойдет КР142ЕН5А. Для примера в схеме указан микроконтроллер PIC12F675, но естественно можно применить любой микроконтроллер. Транзистор применен полевой с каналом типа Р. Оптрон тоже любой, например РС817.
Алгоритм работы схемы
В подпрограмме начальной установки конфигурации микроконтроллера вывод GP2 должен быть сконфигурирован на вход. При этом он будет иметь высокоимпедансное состояние. То есть, ни какого влияния на схему ключа микроконтроллер оказывать не будет. Теперь предположим, программа добралась до того места, где надо подать напряжение на определенную нагрузку. Для этого переключаем вывод GP2 на вывод и формируем на нем импульс отрицательной полярности, длительность которого зависит от инертности оптрона. И так, на выводе GP2 появляется «0», т.е. микроконтроллер выводом GP2 прижимает левый вывод резистора R2 к минусовой шине. Таким образом, с минуса источника питания через этот резистор и резистор R3 на затвор мощного ключевого транзистора подается открывающее напряжение. Транзистор открывается, на его стоке появляется напряжение, начинает светиться светодиод оптрона, который является в этой схеме цепью положительной обратной связи. Далее открывается транзистор оптрона и шунтирует собой первичную цепь включения. Точка соединения резисторов R2,R3 окажется прижатой к минусу ИП. Ключ остается во включенном состоянии уже без участия контроллера. Теперь можно вывод GP2 опять перевести в высокоимпедансное состояние. При этом на левом выводе резистора R2 и на выводе GP2, «0» останется, запомните это состояние, оно нам пригодиться. В таком состоянии схема может находиться сколь угодно долго. Импульс отрицательной полярности формирует не сам контроллер, а он получается на его выводе, т.к. резисторы R1,R3 и R2, являются в данном случае подтягивающими этот вывод к шине питания +5В. Когда этот вывод имеет высокоимпедансное состояние, на нем присутствует напряжение питания 5В. Когда вывод перенастроен на вывод нуля, на нем естественно будет «0», после перенастройки на «ввод», на нем опять будет напряжение 5 вольт. После того, как схема ключа самозаблокировалась, мы не просто переключаем вывод GP2 на ввод, но и конфигурируем его, как вход INT. Но об этом чуть позже.
Не трудно заметить, что эта схема ключа имеет защиту от коротких замыканий. Если в цепи питания нагрузки произойдет режим КЗ, то исчезнет напряжение на светодиоде оптрона, закроется транзистор оптрона. Закроется ключевой транзистор, нагрузка обесточится и вывод GP2 опять подтянется к шине питания 5В. Выше по тексту мы запоминали, что при нормальной работе нагрузки на выводе GP2 был «0». Но так как вывод GP2 настроен, как канал ввода с прерыванием по изменению уровня входного сигнала, прерывание мы разрешили по положительному перепаду напряжения, то контроллер незамедлительно отреагирует на проблемы в нагрузке и примет соответствующее решение. Таким образом, после включения напряжения питания нагрузки, контроллер продолжает заниматься уготовленными ему делами и в это же время всегда находится в курсе, в каком состоянии находится подключенная нагрузка. Еще один большой плюс этой схемы, это использование все одного вывода контроллера. На этом пока все. Удачи. К.В.Ю.