DIY. Do it yourself.


Опубликовано: 07/04/21

Электронные ключи DC/AC.

  • В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.

  • Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.

  • Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.

  • Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.

  • Инверсия входного сигнала.

  • Регулируемая задержка переднего фронта входного сигнала.

  • Генерация импульса заданной длительности по переднему фронту сигнала.

  • Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.

  • Заземление схемы выполняется через крепёжные отверстия.

  • Предусмотрено подключение внешних радиаторов.

  • Через разъём IDC 10 предусмотрено подключение микроконтроллера.

Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату проекта в altium по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник. В архиве gerbers.zip находятся файлы с трассировкой печатной платы. Данный файл подготовлен для размещения на https://www.pcbway.ru/ по расценкам 5USD за 10 штук.

Противопоказаний использовать в верхнем ключе транзисторы N-типа не существует. Но Вы должны обеспечить чтобы напряжение срабатывания на затворе было выше напряжения на стоке. Как правило за Вас эту работу делает драйвер верхнего ключа.

Питание драйвера TC4452 выполнено от преобразователя с гальванической развязкой от исходного напряжения. "Минус" полученного напряжения 12 вольт соединён с истоком транзистора через резистор с нулевым сопротивлением по схеме. В результате на затворе управляющее напряжение будет всегда выше напряжения стока, это значит, что в процессе работы транзистор будет открыт либо закрыт полностью.

В итоге Вы получаете драйвер верхнего ключа на транзисторе N-типа использование которого ограничено напряжением гальванической изоляции преобразователя. Преимуществом является более высокое быстродействие транзисторов N-типа и низкое сопротивление канала сток-исток чему у аналогичных транзистороы P-типа.

Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату, загрузив проект altium по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник.

Если у Вас нет необходимости работать с цепями переменного тока и перед Вами не стоит задача предотвратить возврат ОЭДС в истчник питания, один транзистор можно не ставить. В этом случае выходы на плате исток и сток транзистора следует перемкнуть перемычкой.

Драйвер управления тиристорами и транзисторами.

Данная схема является продолжением работы над драйвером управления транзисторами и дополнена функционалом необходимым для включения и выключения тиристоров в цепях постоянного и переменного тока без привзяки к фазе питающего напряжения. Схема и разводка печатной платы доступна по данной ссылке .


Принципиальная схема.

  • В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.

  • Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.

  • Установлен разъём IDC10 для подключения к микроконтроллеру. Выбор порта осуществляется установкой соответсвующей перемычки.

  • Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.

  • Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.

  • Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.

  • Инверсия входного сигнала.

  • Регулируемая задержка переднего фронта сигнала.

  • По переднему фронту формируется импульс заданной длительности.

  • Генерация коротких импульсов с настраиваемыми длительностью импульса и паузами между ними.

Управление тиристорами.

Использование тиристоров в качестве ключей позволяет управлять силовой нагрузкой значительной мощности, превосходящей возможности большинства транзисторов. Для использования тиристоров в качестве силовых ключей в цепях постоянного и переменного тока прорабатывается схемотехника управления тиристорами.



Если замкнуть катод и анод тиристора, то ток идущий через тиристор снижается до величины меньшей Iвыкл, в результате тиристор закроется. Если снять напряжение с управляющего электрода тиристора, замкнуть ключ соединяющий анод и катод, то после размыкания ключа тиристор будет заперт, ток через него течь не будет.

Cinque Terre

По спаду управляющего сигнала, формируется импульс запирающий тиристор через замыкание катода и анода тиристора - красный луч. Замыкание анода и катода реализовано через транзисторную пару включенную по схеме нечувствительной к полярности источника питания нагрузки.

Cinque Terre

На осциллограмме ниже показано как соотносится изменение напряжения на нагрузке - синий луч, к управляющему сигналу - жёлтый луч. Сигнал закрытия транзистора формируется по спаду управляющего сигнала, на осциллограмме курсором показано время в течение которого должен быть замкнут катод и анод тиристора для гарантированного закрытия тиристора. Соответственно схема формирующая управляющий сигнал должна учитывать это время.


Cinque Terre

Тиристор допускает прохождение тока только в одном направлении, поэтому для работы в цепи переменного тока требуется два тиристора включенных встречно.

Cinque Terre

Включение тириситора осуществлялось подачей напряжения на его управляющий электрод с импульсного трансформатора B82804A0264A210. При длительности импульса более пятнадцати микросекунд данный импульсный трансформатор греется и после выходит из строя.



По итогам тестирования индуктивных нагрузок в резонансе времени включения в 10 мкс недостаточно, поэтому в итоговой версии драйвера было принято решение вместо импульсного трансформатора использовать ферритовое кольцо с намотанными на нем 50 витками провода UTP с размещением его непосредственно на управляющем электроде тиристора.

Данная техника работы с тиристорами на стадии тестирования, поэтому для полноценной работы с тиристорами требуется две схемы драйвера. Первый на включение с формированием импульса по переднему фронту на включение и второй с генерацией аналогичного импульса инвертированного входного сигнала на выключение. Установка транзисторов на включение через импульсный трансформатор не требуется. Достаточно токов драйвера.


Cinque Terre

На видео демонстрируется работоспособность схемы в цепи постоянного тока - включение и выключение лампы накаливания 12V и управление нагрузкой в сети 220V с переменным напряжением. На частотах вплоть до 20кГц и работе на нагрузку в 150 ватт нагрев силовых электронных компонентов отсутствует.

Заметки на будущее:

  • В случае ёмкостной или активной нагрузки рассматриваемая схемотехника включения и выключения тиристоров работает идеально. С индуктивной нагрузкой, если та ещё и в резонансе - сложности. Трудно добиться стабильной работы. Частично помогает снаббер. Гарантированному включению тиристора способствует генерация коротких импульсов. Но в любом случае нужна обратная связь.

  • Радует что при ошибках оператора вылетают пробки, а не полупроводниковый прибор как это гарантированно случается с транзисторами не зависимо от цены.

Универсальные электронные ключи DC/AC.

  • В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.

  • Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.

  • Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.

  • Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.

  • Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.

  • Заземление схемы выполняется через крепёжные отверстия.

  • Возможно подключение внешних радиаторов.

  • Плата 85*42мм на двустороннем текстолите FR4 2мм, толщина фольги 105 мкм.

Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату, загрузив проект diptrace по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник.



Противопоказаний использовать в верхнем ключе транзисторы N-типа не существует. Но Вы должны обеспечить чтобы напряжение срабатывания на затворе было выше напряжения на стоке. Как правило за Вас эту работу делает драйвер верхнего ключа.

Питание драйвера TC4452 выполнено от преобразователя с гальванической развязкой от исходного напряжения. "Минус" полученного напряжения 12 вольт соединён с истоком транзистора через резистор с нулевым сопротивлением по схеме. В результате на затворе управляющее напряжение будет всегда выше напряжения стока, это значит, что в процессе работы транзистор будет открыт либо закрыт полностью.

В итоге Вы получаете драйвер верхнего ключа на транзисторе N-типа использование которого ограничено напряжением гальванической изоляции преобразователя. Преимуществом является более высокое быстродействие транзисторов N-типа и низкое сопротивление канала сток-исток чему у аналогичных транзистороы P-типа.

Для приложений может быть критична задержка в распространении сигнала. На осциллограмме далее показана задержка между сигналом с генератора на входе схемы (жёлтый луч) и затвором транзистора (синий луч). Задержка формируется оптроном ACPL-W70L-000E и драйвером управления транзистором TC4452VAT и составляет около 100ns.



В демонстрационном видеоролике показана работа схемы в управлении транзисторными модулями BSM100GB60DLC в цепи переменного тока 220V, но требуется дополнительная установка параллельно внутренним диодам транзисторов внешних, соответсвующей мощности.



Если у Вас нет необходимости работать с цепями переменного тока и перед Вами не стоит задача предотвратить возврат ОЭДС в истчник питания, один транзистор можно не ставить. В этом случае выходы на плате исток и сток транзистора следует перемкнуть перемычкой.

# Элемент Номинал Кол-во
1 С1,C3,C5 0,1 uF 2
2 C2,C4 100 uF 2
3 D1,D3 IDD03SG60C 2
4 D2 MBRAF3200T3G 1
5 HS1,HS2 SK29-38s 2
6 J1-J4 TBH-1x2/5/ 4
7 Q1,Q2 IPW60R080P7 2
8 R1 10 om 1
9 R2 530 om 1
10 R3,R4 10 k 2
11 R5 Zero om 1
12 U1 TMR 3-2412WI 1
13 U2 L78L05 1
14 U3 TC4452VAT 1
15 VO1 ACPL-W70L 1

Мищук Андрей.
Сбербанк: 5469 3800 8271 1366
energy4all@inbox.ru
Буду признателен за поддержку!