В статье рассматривается схема электронного коммутирующего устройства на полевом транзисторе в положительной шине питания с опцией отсечки цепи по превышения значения тока нагрузки. Схема устройства показана на рисунке 1.

В качестве коммутирующего транзистора VT3 в схеме применен IRF4905 с Р каналом. Максимальное напряжение сток – исток этого транзистора – VDSS = -55V, максимальный ток стока — ID = -74A. Сопротивление открытого канала — RDS (on) = 0.02Ω, при напряжении на затворе — VGS = -10V. Поэтому коммутируемое напряжение не должно быть менее 10 вольт. Максимальное напряжение затвор – исток этого транзистора — Gate-to-Source Voltage ± 20 V. Отсюда следует, что максимальное напряжение коммутации не должно быть выше двадцати вольт. Для увеличения величины коммутируемого напряжения необходимо параллельно резистору R6 подключить стабилитрон 12 вольт, катодом к затвору VT3. Если необходимо коммутировать напряжение от 5 вольт, то необходимо транзистор IRF4905 заменить транзистором с меньшим напряжением отсечки. Например — SUD50P06-15L. Он имеет сопротивление открытого канала две сотых Ома при напряжение между затвором и истоком 4,5 вольта при токе коммутации – 14А. На таблице ниже подчеркнуто красным цветом.

При подаче напряжения на вход схемы на ее выходе напряжение будет отсутствовать, так как при отсутствии сигнала управления на базе транзистора VT4, будет отсутствовать открывающее отрицательное напряжение на затворе коммутирующего транзистора VT3 – транзистор будет закрыт. При появлении сигнала включения устройства (обычно сигналы управления по величине выбираются сопоставимые с сигналами ТТЛ логики, т.е. равными +5В) открывается транзистор VT4. При этом через его переход коллектор – эмиттер и через ограничительный резистор R7 на затвор ключевого, полевого транзистора VT3 поступит открывающее отрицательное напряжение с шины –U вх. Транзистор VT3 откроется и на выходе устройства появится напряжение питания нагрузки. Резистор R6 позволяет ускорить закрывание транзистора при снятии напряжения управления.

Схема имеет защиту по превышению тока нагрузки, датчиком тока является низкоомный резистор R3. От величины этого резистора зависит величина тока отсечки схемы. Формула определения тока защиты выглядит следующим образом: I защ. = 0,7/R3; При величине датчика тока равной 0,1 Ом, ток срабатывания защиты будет находиться в районе семи ампер. Схема включения транзисторов VT1 и VT2 является не чем иным, как аналогом тиристора. То есть защита является триггерной. После подачи на схему напряжения питания транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в закрытом состоянии. При прохождении тока нагрузки через датчик тока R3, на нем образуется падение напряжения, которое через резистор R5 подается на базу транзистора VT1. При увеличении тока до определенной величины, напряжение на переходе база – эмиттер транзистора VT1 так же будет увеличиваться. Транзистор VT1 начнет открываться, через открывающийся транзистор и резистор R1 начнет поступать открывающее напряжение на базу транзистора VT2. Через открывающийся транзистор VT2 и резистор R4 на базу транзистора VT1 начнет поступать дополнительное отрицательное открывающее напряжение, что приведет к еще большему его открыванию. Возникает лавинообразный процесс, оба транзистора мгновенно откроются. Такое состояние схемы является устойчивым, и выйти из его она может только после снятия напряжения питания. В таком режиме открытый транзистор VT1 через разделительный диод VD1 шунтирует переход затвор – исток полевого транзистора VT3. Транзистор мгновенно закрывается и обесточивает нагрузку. Подразумевается, что ранее присутствовал сигнал включения, и транзистор VT3 был открыт.

Конденсатор С1 сглаживает всплески напряжения на базе VT1, так же от величины его емкости зависит время реакции схемы защиты на изменения тока. Это обстоятельство может быть актуально, если нагрузка ключа будет иметь емкостной характер. Время реакции защиты должно быть выбрано чуть больше времени действия тока заряда емкости нагрузки.

Всем удачи. К.В.Ю.