Сучасні потужні ключові польові транзистори відрізняються дуже низьким опором каналу у відкритому стані, часто навіть нижче опору замкнутих контактів електромагнітного реле або механічного вимикача, адже на опір механічних контактів впливає корозія, забруднення, підгорання. Цих недоліків у ключового польового транзистора немає. До того ж низький опір відкритого каналу, навіть при значному струмі і великий потужності навантаження, робить рассеиваемую потужність на транзисторі самої мінімальною. Тому, найчастіше, для комутації кіловатних навантажень ключовому польового транзистору не потрібно навіть найпростішого радіатора.
Тут наводиться схема електронного перемикача двох навантажень напругою живлення від 5 до 20 В при струмі до 20 А. Основою схеми є два ключових польових транзистора APM2556NU, у яких опір відкритого каналу не перевищує 0,006 Ом. Це означає, що при напрузі 20 В і струмі навантаження 20 А (тобто, при потужності навантаження 400 Вт) потужність на відкритому каналі транзистора не перевищить 2...4 Вт.
Перемикач управляється двома квазисенсорными (без фіксації) кнопками, короткочасним натисканням яких можна перемикати навантаження. Одночасно навантаження включити не можна, навіть при одночасному натисканні обох кнопок обидві навантаження вимикаються. Є аварійний вхід блокування, при подачі на який напруги від напруги живлення до 50 В вимикаються обидві навантаження. Цей вхід можна використовувати в різних захисних ланцюгах, коли потрібно негайно відключити будь-яку з включених навантажень, і можливість їх включення кнопками заблокувати.
Навантаження підключаються між плюсом харчування та відповідним виходом схеми. Стан перемикача відображається двома світлодіодами.
Принципова схема показана на малюнку.
Управління пристроєм служить RS-тригер на мікросхемі D1 Висновки 2 і 12 служать для перемикання стійких станів тригера. Ці висновки через резистори R1 і R3 підтягнуті до нулю. Опір резисторів взято відносно маленьким (зазвичай в таких схемах використовують резистори на десятки-сотні килоом). У першому варіанті стояли резистори на 56 кОм, але згодом з'ясувалося, що у момент включення потужної навантаження виникає імульс-перешкода яка скидає тригер і переводить схему в автоколивальний режим. Щоб цього не відбувалося опір входів тригера довелося зменшити шляхом зниження опору підтягуючих резисторів, а так додатково встановити конденсатори С2 і С3, що підвищують стабільність роботи тригера в умовах імпульсних перешкод.
Натискання кнопки S2 призводить до появи логічної одиниці на виводі 13. Транзистор VT2 відкривається і включає навантаження 2. При цьому на виводі 1 - нуль, тому VT1 вимкнений і навантаження 1 відповідно теж вимкнена. При натисканні кнопки S1 одиниця з'являється на виводі 1 D1 і відкривається транзистор VT1 навантаження 1 включається, а на виводі 13 з'являється нуль, тому навантаження 2 вимикається. Резистори R6 і R7 потрібні для зниження впливу ємності затвора польового транзистора на вихід мікросхеми. Ємність затвора досить висока, тому при різкій зміні на ньому напруги має місце досить великий струм зарядки цієї ємності. Резистори обмежують цей струм до безпечного для мікросхеми рівня. Діоди VD3 і VD4 допомагають розряджати ємність затвора при закриванні транзистора.
Сполучені разом висновки 3 і 11 використовуються для створення точки блокування. Ці висновки резистором R2 підтягнуті до нуля, тому поки на вході блокування немає напруги (або це напруга мало) вони не впливають на роботу тригера. Але при подачі на них напруги рівня логічної одиниці відбувається примусовий переклад обох елементів D1.1 і D1.2 в стан логічного нуля на виході. То є, коли на даній точці логічна одиниця обидві навантаження вимкнені незалежно від попереднього стану.
Напруга, що надходить на вхід блокування може надходити від якоїсь схеми або системи блокування. Величина цієї напруги, бажано, не повинна бути більше напруги живлення схеми. Однак, наявність стабілітрона VD1 і резистора R4 дозволяє використовувати для блокування напругу до 50 В включно (можна і більше, але є небезпека пошкодження стабілітрона, а слідом за ним, і мікросхеми).
Напруга живлення навантаження може бути від 5 до 20 Ст. При цьому напруга живлення мікросхеми не повинно перевищувати 15 Ст. Для зменшення максимальної напруги харчування D1 встановлена ланцюг R5-VD2. Цей ланцюг при живленні від джерела більше 15 В працює як параметричний стабілізатор і не допускає перевищення напруги на мікросхемі. При живленні напругою нижче 15 схема не працює як стабілізатор, так як стабілітрон закритий, а тільки спільно з С1 як блокувальна RC-ланцюжок по ланцюгу живлення.
Знижувати напругу нижче 5 не можна, так як при цьому напруга на затворі відкритого транзистора виявиться недостатнім для його повного відкривання. Канал транзистора відкриється не повністю, тобто буде мати більш високу опір, а це призведе до того, що потужність, що розсіюється на ньому різко зросте, що може призвести до пошкодження транзистора.
При монтажі потрібно забезпечити достатню ширину доріжок, що йдуть до стоку і витоку транзисторів від навантаження і від мінуса харчування. Монтажні провідники теж повинні бути досить товстими. Провідники схеми управління на D1 можуть бути тонкі, то є, будь розумною товщини, так як там невеликий струм.
Транзистори APM2556NU можна замінити іншими з аналогічними характеристиками. Якщо транзисторів з настільки низьким опір відкритого каналу набути не вдається, але є транзистори з удвічі більшою опір - можна замість одного транзистора використовувати два включених паралельно. Або працювати на більш низькому максимальному струмі, або використовувати радіатор для відведення надлишку тепла.
Стабілітрони BZV55C15 можна замінити на 1N4744A, КС215, КС515, Д814Д. В принципі, тут можна використовувати будь-які стабілітрони на напругу не нижче 10 і не більше 15 Ст.
Мікросхему К561ЛЕ6 можна замінити аналогом CD4002 або мікросхемою К561ЛЕ10 (аналог CD4025). Мікросхема К561ЛЕ10 відрізняється тим, що у неї є три трьох-входовых елементів АБО-НЕ. Два використовуються в цій схемі, а один зайвий залишається вільним. Щоб він не пошкодився статичною електрикою входи вільного елемента потрібно з'єднати з 7 або 14 висновком мікросхеми. Всі елементи мікросхеми фізично взаємопов'язані, тому навіть пошкодження непотрібного елементу може негативно позначитися і на інших елементах мікросхеми. Ще можна використовувати мікросхему К561ЛП4, в ній є два трьох-входовых елемента АБО-НЕ і один одне-входовий інвертор, він залишається вільним (його вхід з'єднати з висновком 7 або 14).
Діоди 1N4148 можна замінити практично будь-якими малопотужними імпульсними діодами, наприклад КД522.
Варистор FNR05K220 можна замінити будь-яким варистором на напругу близько 20 Ст.
Світлодіоди - будь-які індикаторні.
Зібране без помилок пристрій, при справності всіх деталей налагодження не вимагає.
Автор: Лыжин Р.