Modeli i përdorshëm "Ndërprerës polariteti për burimin e energjisë DC" i përket fushës së komutimit elektronik pa kontakt dhe mund të përdoret në prodhimin e elektrik, në disqet elektrike DC dhe në pajisjet termoelektrike ngrohje-ftohje.

Qëllimi i modelit të shërbimeve është të thjeshtojë qarkun e kontrollit dhe të mbrojë kundër rrymave të ndërprerësve të energjisë me izolim optik, të kombinuar në një qark urë të përbërë nga dy çifte të lidhura paralelisht të transistorëve me efekt në terren të lidhur në seri, si dhe të zvogëlojë dimensionet duke reduktuar humbjet e nxehtësisë.

Për të arritur rezultatin teknik, transistorët me efekt në terren me rezistencë të ulët të burimit të kullimit në gjendje të hapur përdoren si ndërprerës të rrymës dhe secila prej çifteve të lidhura paralelisht formohet nga dy tranzistorë me efekt në terren me n- kanalet e tipit dhe të tipit p, kullimet e transistorëve me të njëjtin lloj kanalesh janë të lidhura me njëri-tjetrin dhe me terminalet e lidhjes së furnizimit me energji elektrike, burimet e transistorëve me lloje të ndryshme kanalesh janë të lidhura me njëri-tjetrin dhe me terminalet e lidhjes së ngarkesës, dhe qarqet hyrëse të optoçiftuesve të shkëputjes janë të lidhura krah për krah nëpërmjet diodave dhe rezistorëve kufizues me njëri-tjetrin dhe me terminalet e kontrollit të ndërprerësit.

Modeli i shërbimeve ka të bëjë me fushën e ndërrimit elektronik pa kontakt dhe mund të përdoret, për shembull, në disqet elektrike DC, në prodhimin e pllakave elektrike, në pajisjet termoelektrike të ngrohjes dhe ftohjes, domethënë në rastet kur ndërrimi i polaritetit është i nevojshëm për normale. funksionimin e pajisjeve elektrike ose të proceseve teknologjike të tensionit të furnizimit.

Dihet një ndërprerës kthimi, që përmban një qark urë në katër transistorë fuqie me përçueshmëri të ndryshme dhe një qark për të parandaluar kalimin e rrymave, që përmban katër transistorë shtesë, dy dioda, katër rezistorë dhe një grup elementësh logjikë "dhe" (Patenta RU 2140128, C1 , klasa N03K 017/66, 2001 G.). Sidoqoftë, ky ndërprerës funksionon në mënyrë efektive vetëm në një ngarkesë induktive, e cila nuk e lejon atë të përdoret, për shembull, në pajisjet termoelektrike.

Releja e gjendjes së ngurtë "Moduli i gjysmë urës së energjisë me izolim optik 5P64.GD", i prodhuar nga Proton-Impulse CJSC, Orel, u miratua si prototip (një përshkrim i modulit është bashkangjitur në seksionin "Dokumentet e tjera"). Ky modul përmban një palë dy tranzistorë IGBT të lidhur në seri, portat e të cilave janë të lidhura me një qark kontrolli dhe mbrojtjeje të lidhur përmes optoçiftuesve në një qark logjik hyrës të lidhur me qarqet e daljes së mikroprocesorit. Për të funksionuar si një ndërprerës polariteti për një burim të tensionit DC, është e nevojshme të përdoren dy module të tilla duke lidhur paralelisht të njëjtat terminale të burimit të ndërprerë.

Disavantazhet e prototipit janë kompleksiteti i qarqeve të kontrollit të ndërprerësve të rrymës dhe mbrojtja e tyre nga rrjedhat, si dhe humbjet e mëdha në fuqinë termike të shpërndara, gjë që rezulton në nevojën për të përdorur zhytës mjaft të rëndë të nxehtësisë.

Qëllimi i modelit të shërbimeve është të thjeshtojë qarkun e kontrollit dhe të mbrojë tranzistorët e fuqisë nga rrymat e kalimit dhe të zvogëlojë dimensionet duke reduktuar fuqinë termike të hequr nga transistorët.

Rezultati teknik arrihet nga fakti se, të kombinuara në një qark urë, dy palë të lidhura paralelisht të dy transistorëve me efekt në terren të lidhur në seri të përdorura si ndërprerës të energjisë, portat e të cilëve janë të lidhura përmes optoçiftuesve për të kontrolluar qarqet e lidhura në dalje. qarqet e mikroprocesorit të kontrollit, sipas modelit të përdorimit, ndryshojnë në atë që transistorët me efekt në terren me rezistencë të ulët të burimit të kullimit në gjendje të hapur përdoren si ndërprerës të energjisë, dhe secila prej çifteve të lidhura paralelisht formohet nga dy mbrapa. -Tranzistorët e pasëm të lidhur në seri me kanale të tipit n dhe të tipit p, drenazhet e tranzistorëve me efekt në terren me të njëjtin lloj kanalesh janë të lidhura në çdo çift me njëri-tjetrin dhe me terminalet e lidhjes së furnizimit me energji elektrike, burimet e fushës- transistorët e efektit me lloje të ndryshme kanalesh në secilin çift janë të lidhur me njëri-tjetrin dhe me terminalet e lidhjes së ngarkesës, dhe qarqet hyrëse të optoçiftuesve të shkëputjes përmes diodave dhe rezistorëve kufizues janë të lidhur paralelisht me njëri-tjetrin dhe me ndërprerësi i terminaleve të kontrollit.

Figura 1 tregon një diagram skematik elektrik të çelësit, dhe Figura 2 është një fotografi e një modeli prototip të shërbimeve.

Ndërprerësi përmban dy çifte të lidhura paralelisht të lidhura me terminalet 1 të furnizimit me energji elektrike, secila prej të cilave përbëhet nga dy transistorë MOS të njëpasnjëshëm me kanale të tipit n dhe p të induktuar.

Njëra palë formohet nga transistori 2 me një kanal të tipit n dhe tranzistori 3 me një kanal të tipit p, çifti tjetër formohet nga transistori 4 me një kanal të tipit n dhe tranzistori 5 me një kanal të tipit p. Kullimet e transistorëve me efekt në terren 2 dhe 4 me të njëjtin lloj kanalesh janë të lidhura me njëri-tjetrin dhe të lidhur me terminalin negativ të furnizimit me energji elektrike, përkatësisht, kanalet e transistorëve 3 dhe 5 janë të lidhur me njëri-tjetrin dhe të lidhur me terminali pozitiv i burimit të energjisë. Burimet e transistorëve me efekt në terren 2, 3 dhe, në përputhje me rrethanat, transistorët 4, 5 janë të lidhur me njëri-tjetrin dhe terminalet e lidhjes së ngarkesës 6, dhe portat e këtyre transistorëve janë të lidhur me qarqet e daljes së optoçiftuesve 7, 8, 9, 10, qarqet hyrëse të të cilave janë nëpërmjet rezistorëve kufizues 11 dhe diodave 12 të lidhura krah për krah me njëri-tjetrin dhe terminalet e kontrollit të ndërprerësit 13.

Modeli i shërbimeve funksionon si më poshtë.

Në gjendjen fillestare, kur autobusët e kontrollit nga terminalet 13 nga mikroprocesori i kontrollit nuk furnizohen me tension për të ndezur LED-të e optoçiftuesve 7, 8, 9, 10, transistorët e fuqisë 2, 3, 4, 5 janë të mbyllur dhe për këtë arsye , ngarkesa e lidhur me terminalet 6 shkëputet nga furnizimi me energji elektrike i lidhur me terminalet 1.

Kur një tension kontrolli pozitiv aplikohet në një nga autobusët e terminaleve 13, për shembull, në autobusin e sipërm në Fig. 1, aktivizohen optoçiftuesit 7 dhe 10 dhe hapen transistorët 2 dhe 5, duke lidhur kështu ngarkesën me burimin; në këtë rast, terminali pozitiv 1 i burimit të energjisë lidhet me terminalin 6 të ngarkesës së djathtë (sipas Fig. 1), dhe në përputhje me rrethanat, terminali negativ 1 i burimit të energjisë do të lidhet me terminalin e majtë 6 të ngarkesa sipas diagramit. Kur voltazhi i kontrollit aplikohet në autobusin e poshtëm të terminaleve 13, optoçiftuesit 8 dhe 9 do të funksionojnë në të njëjtën mënyrë, transistorët 3 dhe 4 do të hapen, si rezultat i të cilave polariteti i burimit të energjisë në terminalet e ngarkesës 6 është i kundërt.

Falë lidhjes paralele të pasme të qarqeve hyrëse të optoçiftuesve 7, 8, 9, 10 përmes diodave 12 dhe rezistencave 11 me autobusët e kontrollit, nëse mikroprocesori i kontrollit dështon, kur sinjalet pozitive mund të shfaqen në të dy autobusët e kontrollit, Rrymat hyrëse të të gjithë optoçiftuesve bëhen të barabartë me zero, gjë që çon në shkëputjen e ngarkesës nga burimi i energjisë. Shfaqja në autobusin e kontrollit "zero" e një zhurme pulsuese me polaritet pozitiv me një amplitudë të barabartë ose që tejkalon amplituda e sinjaleve të kontrollit, ose shfaqja në një autobus kontrolli pune të një zhurme pulsuese me polaritet negativ me amplituda përkatëse; gjithashtu çon në një shkëputje afatshkurtër (për kohëzgjatjen e pulsit të zhurmës) të ngarkesës nga ushqimi i burimit. Në këtë rast, rezistorët 11 kufizojnë rrymën hyrëse të LED-ve të optoçiftuesve 7, 8, 9, 10 nga impulset e zhurmës pozitive me një amplitudë që tejkalon tensionin e kontrollit, dhe diodat 12 sigurojnë mbrojtje për këto LED në prani të zhurmës së pulsit negativ. polariteti me një amplitudë që tejkalon vlerat e lejuara të tensioneve të kundërta të këtyre LED-ve. Në mënyrë të ngjashme, një qark urë i transistorëve 2, 3 dhe 4, 5 të lidhur në seri me lloje të ndryshme kanalesh të përdorura në modelin e shërbimeve siguron mbrojtje efektive kundër rrymave të rrymave kur portat e këtyre transistorëve ekspozohen ndaj zhurmës së pulsit të shkaktuar në qarkun e furnizimit me energji elektrike. . Nëse të gjithë transistorët 2, 3, 4, 5 janë të mbyllur (ngarkesa është shkëputur nga burimi i energjisë), zhurma pulsuese e polaritetit pozitiv mund të shkaktojë hapjen e njëkohshme të transistorëve 2 dhe 4 dhe në të njëjtën kohë një rritje të njëkohshme të tensionit të mbylljes. të transistorëve të mbyllur 3 dhe 5, ndërsa ngarkesa mbetet e shkëputur nga furnizimi me energji elektrike. Në mënyrë të ngjashme, kur ekspozohen ndaj zhurmës së pulsit të polaritetit negativ, transistorët 3 dhe 5 hapen dhe transistorët 2 dhe 4 mbeten të mbyllur nëse ngarkesa është e lidhur me një burim energjie, d.m.th. transistorët 3 dhe 4, ose 2 dhe 5 janë të hapur, atëherë një zhurmë pulsuese e çdo polariteti mund të shkaktojë vetëm mbylljen e transistorit të hapur përkatës, gjë që do të çojë në një shkëputje afatshkurtër të ngarkesës për kohëzgjatjen e pulsit të zhurmës, gjë që nuk ndodh çojnë në përkeqësim të funksionimit të proceseve inerciale ose pajisjeve të përmendura në fushën e përdorimit të këtij modeli të shërbimeve.

Përdorimi i tranzistorëve me efekt në terren me rezistencë jashtëzakonisht të ulët ndaj burimit të kullimit në gjendje të hapur, të bërë me një strukturë kristalore HEXFET dhe të quajtur transistorë MOSFET, si ndërprerës të energjisë bën të mundur reduktimin e humbjeve të energjisë dhe eliminimin e përdorimit të thithësve të rëndë të nxehtësisë në modeli i shërbimeve (përshkrimi "Tranzistorë të rinj MOSFET të familjes IRFP4" është bashkangjitur në seksionin "Dokumentet e tjera"). Për shembull, kur përdorni transistorët NP100 (transistorët 3, 5) dhe transistorët IRF1404 (transistorët 2, 4), që kanë një rezistencë në gjendje prej 0,004 Ohms në një rrymë ngarkese prej 20 A, rënia e tensionit në një tranzistor do të jetë 0,004 × 20 = 0,08 V, dhe fuqia e gjenerimit të nxehtësisë nuk do të kalojë 0,08V×20A=1,6 W, ndërsa fuqia termike e lejuar gjatë funksionimit të këtyre transistorëve pa radiatorë është 2 W. Për krahasim, vërejmë se fuqia termike e gjeneruar nga prototipi kur kaloni një rrymë direkte prej 20 A do të jetë (shih specifikimet teknike të bashkangjitura) 3.2V × 20A = 64 W. Në këtë rast, dimensionet e dy gjysmë urave të prototipit të kombinuara në një qark urë do të jenë 150×93×42 mm, ndërsa dimensionet e modelit prototip të përdorimit të paraqitur në Fig. 2 janë 90×60×18 (mm).

Siç mund të shihet nga Fig. 2, lartësia e modelit të shërbimeve përcaktohet nga lartësia e blloqeve të terminalit 1 dhe 6. Transistorët e fuqisë së modelit të shërbimeve janë montuar në seksionet e zhytjes së nxehtësisë të tabelës së qarkut të printuar, gjë që lejon ndërrimin rryma deri në 40 A me temperaturën e lejuar të funksionimit të transistorëve. Kur instaloni radiatorë në këto zona që nuk rrisin lartësinë e modelit të shërbimeve, ky i fundit siguron rryma kalimi deri në 100 A.

Kështu, avantazhet e modelit të përdorimit të pretenduar në krahasim me prototipin janë një qark kontrolli më i thjeshtë dhe, për rrjedhojë, më i besueshëm dhe mbrojtja e tranzistorëve të energjisë nga rrymat, humbjet më të ulëta të nxehtësisë dhe, si pasojë, një dizajn më kompakt.

Një çelës polariteti i një burimi energjie DC që përmban dy çifte të lidhura paralelisht të dy transistorëve të lidhur në seri të përdorur si ndërprerës të energjisë, të kombinuar në një qark urë, portat e të cilit janë të lidhura përmes optoçiftuesve për të kontrolluar qarqet e lidhura me qarqet dalëse të kontrollit mikroprocesor, i karakterizuar në atë që si ndërprerës të energjisë, përdoren transistorë me efekt në terren me rezistencë të ulët të burimit kullues në gjendje të hapur, dhe secila prej çifteve të lidhura paralelisht formohet nga dy transistorë krah për krah të lidhur në seri me n -kanalet e tipit dhe te tipit p, drenat e tranzistorëve me efekt fushor me të njëjtin lloj kanalesh në secilin çift janë të lidhura me njëri-tjetrin dhe me terminalet për lidhjen e furnizimit me energji elektrike, burimet e tranzistorëve me efekt në terren me lloje të ndryshme të kanalet në secilën palë janë të lidhura me njëri-tjetrin dhe me terminalet për lidhjen e ngarkesës, dhe qarqet hyrëse të optoçiftuesve të shkëputjes përmes diodave dhe rezistorëve kufizues janë të lidhur krah për krah me njëri-tjetrin dhe me terminalet e kontrollit të ndërprerësit.

Shperndaje te:

Qarku është një ndërprerës automatik i polaritetit kur shtypni një buton.

Ku mund të nevojitet kjo? Po kudo. Epo, për shembull, në disa lodra. Makina arriti në mur, shtypi një buton - makina u kthye :) Në fakt, ka shumë aplikime. Ndërkohë, pajisja është jashtëzakonisht e thjeshtë. Përbëhet nga vetëm dy mikroqarqe dhe disa elementë të varur.

Filloje nga e para. Kjo është, nga një buton.

Siç e dini, shpresoj, të gjithë çelsat, butonat, reletë dhe elementët e tjerë të ndërrimit mekanik kanë një veti shumë të pakëndshme: "kërcim" i kontakteve. Shprehet në faktin se kur mbyllet një palë kontaktesh, rryma nuk fillon menjëherë të rrjedhë e qetë nëpër to. Në fillim ajo "tundet" për ca kohë - bën lëkundje të lagura. Kur hapen kontaktet, shfaqet i njëjti problem.

Shpesh askush nuk e vëren ose nuk e merr parasysh muhabetin, pasi për shumicën e qarqeve nuk përbën një problem serioz. Por për skemën tonë ky është një problem real. Sepse kur butoni shtypet një herë, qarku do të "mendojë" se butoni është shtypur disa herë, gjë që, natyrisht, do të çojë në defekte. Kjo do të thotë që ne duhet ta luftojmë atë.

Për të luftuar kërcimin, pajisja jonë ka një qark të zgjuar të përbërë nga dy inverterë të mikroqarkut K561LN2, një kondensator dhe dy rezistorë. Ne nuk do të thellohemi në detajet e punës së tij. Më lejoni të them vetëm se ky qark është një shkas i Schmidt me një vonesë kohore ndezur dhe fikur. Me pak fjalë, pas këtij qarku marrim impulse të bukura drejtkëndëshe pa asnjë muhabet.

Këto impulse të bukura dërgohen në hyrjen e orës së këmbëzës DD2 (561TM2). Në çdo skaj (ndryshoni nga 0 në 1), këmbëza godet gjendjen në hyrjen D. Sinjali në hyrjen D furnizohet nga dalja e përmbysur e të njëjtit këmbëz.

Atëherë gjithçka është shumë e ndërlikuar. Le të supozojmë se dalja e anasjelltë është 1. Në pjesën e përparme tjetër, ai përplaset në këmbëzën, prandaj, "1" shfaqet në daljen direkte të këmbëzës dhe "0" në daljen e kundërt. Kjo do të thotë që në pjesën e përparme tjetër, një zero do të përplaset në këmbëzën! Në këtë rast, "0" do të shfaqet në daljen direkte, "1" do të shfaqet përsëri në daljen e kundërt dhe procesi do të fillojë përsëri.

Kështu, çdo skaj do të ndryshojë gjendjen e flip-flopit në të kundërtën.

Në parim, ne tashmë kemi një ndryshim të polaritetit në daljet e këmbëzës sa herë që shtypet butoni. Dhe nëse ngarkesa është me fuqi të ulët, mund të ndaleni dhe ta varni direkt në daljet e mikroqarkullimit. Sidoqoftë, është më mirë të mos mbingarkoni mikroqarkun me rrymë, por të instaloni amplifikatorët më të zakonshëm të tranzitorit në daljet e tij. Më saktësisht - shoferët.

Një drejtues është një përforcues buferi që amplifikon sinjalin dixhital me rrymë.

Në parim, kjo është ajo që na nevojitet. Ne do të instalojmë një drejtues për çdo dalje të këmbëzës. Çdo drejtues përbëhet nga dy transistorë me përçueshmëri të ndryshme. Kur një tension pozitiv furnizohet në hyrjen e drejtuesit, transistori NPN është i hapur, kur negativ, PNP është i hapur. Kam instaluar transistorët KT502 dhe KT503 (përkatësisht PNP dhe NPN) në qarkun tonë. Këta transistorë mund t'i rezistojnë lehtësisht rrymave deri në 100 mA. Çfarë? Keni nevojë për më shumë? NE RREGULL! Mund të instaloni transistorë më të fuqishëm.

Qarku është një ndërprerës automatik i polaritetit kur shtypni një buton.

Ku mund të nevojitet kjo? Po kudo. Epo, për shembull, në disa lodra. Makina arriti në mur, shtypi një buton - makina u kthye :) Në fakt, ka shumë aplikime. Ndërkohë, pajisja është jashtëzakonisht e thjeshtë. Përbëhet nga vetëm dy mikroqarqe dhe disa elementë të varur.

Filloje nga e para. Kjo është, nga një buton.

Siç e dini, shpresoj, të gjithë çelsat, butonat, reletë dhe elementët e tjerë të ndërrimit mekanik kanë një veti shumë të pakëndshme: "kërcim" i kontakteve. Shprehet në faktin se kur mbyllet një palë kontaktesh, rryma nuk fillon menjëherë të rrjedhë e qetë nëpër to. Në fillim ajo "tundet" për ca kohë - bën lëkundje të lagura. Kur hapen kontaktet, shfaqet i njëjti problem.

Shpesh askush nuk e vëren ose nuk e merr parasysh muhabetin, pasi për shumicën e qarqeve nuk përbën një problem serioz. Por për skemën tonë ky është një problem real. Sepse kur butoni shtypet një herë, qarku do të "mendojë" se butoni është shtypur disa herë, gjë që, natyrisht, do të çojë në defekte. Kjo do të thotë që ne duhet ta luftojmë atë.

Për të luftuar kërcimin, pajisja jonë ka një qark të zgjuar të përbërë nga dy inverterë të mikroqarkut K561LN2, një kondensator dhe dy rezistorë. Ne nuk do të thellohemi në detajet e punës së tij. Më lejoni të them vetëm se ky qark është një shkas i Schmidt me një vonesë kohore ndezur dhe fikur. Me pak fjalë, pas këtij qarku marrim impulse të bukura drejtkëndëshe pa asnjë muhabet.

Këto impulse të bukura dërgohen në hyrjen e orës së këmbëzës DD2 (561TM2). Në çdo skaj (ndryshoni nga 0 në 1), këmbëza godet gjendjen në hyrjen D. Sinjali në hyrjen D furnizohet nga dalja e përmbysur e të njëjtit këmbëz.

Atëherë gjithçka është shumë e ndërlikuar. Le të supozojmë se dalja e anasjelltë është 1. Në pjesën e përparme tjetër, ai përplaset në këmbëzën, prandaj, "1" shfaqet në daljen direkte të këmbëzës dhe "0" në daljen e kundërt. Kjo do të thotë që në pjesën e përparme tjetër, një zero do të përplaset në këmbëzën! Në këtë rast, "0" do të shfaqet në daljen direkte, "1" do të shfaqet përsëri në daljen e kundërt dhe procesi do të fillojë përsëri.

Kështu, çdo skaj do të ndryshojë gjendjen e flip-flopit në të kundërtën.

Në parim, ne tashmë kemi një ndryshim të polaritetit në daljet e këmbëzës sa herë që shtypet butoni. Dhe nëse ngarkesa është me fuqi të ulët, mund të ndaleni dhe ta varni direkt në daljet e mikroqarkullimit. Sidoqoftë, është më mirë të mos mbingarkoni mikroqarkun me rrymë, por të instaloni amplifikatorët më të zakonshëm të tranzitorit në daljet e tij. Më saktësisht - shoferët.

Një drejtues është një përforcues buferi që amplifikon sinjalin dixhital me rrymë.

Në parim, kjo është ajo që na nevojitet. Ne do të instalojmë një drejtues për çdo dalje të këmbëzës. Çdo drejtues përbëhet nga dy transistorë me përçueshmëri të ndryshme. Kur një tension pozitiv furnizohet në hyrjen e drejtuesit, transistori NPN është i hapur, kur negativ, PNP është i hapur. Kam instaluar transistorët KT502 dhe KT503 (përkatësisht PNP dhe NPN) në qarkun tonë. Këta transistorë mund t'i rezistojnë lehtësisht rrymave deri në 100 mA. Çfarë? Keni nevojë për më shumë? NE RREGULL! Mund të instaloni transistorë më të fuqishëm.