Κύκλωμα χρονοδιακόπτη μονού Mosfet

Το παρακάτω άρθρο ασχολείται με τη χρήση ενός mosfet ως διακόπτη για την αποτελεσματική εναλλαγή φορτίων υψηλού ρεύματος. Το κύκλωμα μπορεί επίσης να μετατραπεί σε κύκλωμα καθυστέρησης OFF με απλές τροποποιήσεις. Ο σχεδιασμός ζητήθηκε από τον κ. Roderel Masibay.

Σύγκριση του Mosfet με το BJT

Ένα τρανζίστορ εφέ πεδίου ή mosfet μπορεί να συγκριθεί με ένα bjt ή τα συνηθισμένα τρανζίστορ, εκτός από μια σημαντική διαφορά.

Ένα mosfet είναι μια συσκευή που εξαρτάται από την τάση σε αντίθεση με τα BJT που είναι εξαρτώμενες από το ρεύμα συσκευές, που σημαίνει ότι ένα mosfet θα ενεργοποιηθεί πλήρως σε απόκριση σε μια τάση πάνω από 5V με σχεδόν μηδενικό ρεύμα κατά μήκος της πύλης και της πηγής του, ενώ ένα συνηθισμένο τρανζίστορ θα ζητούσε σχετικά υψηλότερο ρεύμα για ΕΝΕΡΓΟΠΟΙΗΣΗ.

Επιπλέον, αυτή η απαίτηση ρεύματος αυξάνεται αναλογικά καθώς το συνδεδεμένο ρεύμα φορτίου αυξάνεται στον συλλέκτη του. Τα Mosfets από την άλλη πλευρά θα αλλάξουν οποιοδήποτε καθορισμένο φορτίο ανεξάρτητα από το επίπεδο ρεύματος πύλης που μπορεί να διατηρηθεί στα χαμηλότερα δυνατά επίπεδα.

Γιατί το Mosfet είναι καλύτερο BJT

Ένα άλλο καλό πράγμα για την εναλλαγή mosfet είναι ότι συμπεριφέρονται πλήρως προσφέροντας πολύ χαμηλή αντίσταση σε όλη την τρέχουσα διαδρομή προς το φορτίο.

Επιπλέον, ένα mosfet δεν θα απαιτούσε αντίσταση για ενεργοποίηση πύλης και μπορεί να αλλάξει απευθείας με τη διαθέσιμη τάση τροφοδοσίας, υπό την προϋπόθεση ότι δεν είναι πολύ πέρα ​​από το σήμα 12V

Όλες αυτές οι ιδιότητες που σχετίζονται με τα mosfets το καθιστούν ξεκάθαρο νικητή σε σύγκριση με τα BJTs, ειδικά όταν χρησιμοποιείται σαν διακόπτης για τη λειτουργία ισχυρών φορτίων όπως λαμπτήρες πυρακτώσεως υψηλού ρεύματος, λαμπτήρες αλογόνου, κινητήρες, ηλεκτρομαγνητικά κλπ.

Όπως ζητήθηκε εδώ, θα δούμε πώς ένα mosfet μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως διακόπτης για εναλλαγή ενός συστήματος υαλοκαθαριστήρα. Ένας κινητήρας υαλοκαθαριστήρα καταναλώνει σημαντική ποσότητα ρεύματος και συνήθως αλλάζει μέσω ενός ρυθμιστικού σταδίου όπως ρελέ, SSR κ.λπ. Ωστόσο, τα ρελέ μπορεί να είναι επιρρεπή σε φθορά, ενώ τα SSR μπορεί να είναι πολύ δαπανηρά.

Χρήση του Mosfet ως διακόπτη

Μια απλούστερη επιλογή μπορεί να είναι με τη μορφή ενός διακόπτη mosfet, Ας μάθουμε τις λεπτομέρειες του κυκλώματος του ίδιου.

Όπως φαίνεται στο δεδομένο διάγραμμα κυκλώματος, το mosfet σχηματίζει την κύρια συσκευή ελέγχου χωρίς ουσιαστικά επιπλοκές γύρω από αυτό.

Ένας διακόπτης στην πύλη του που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την ενεργοποίηση του mosfet και μια αντίσταση για τη διατήρηση της πύλης mosfet σε αρνητική λογική όταν ο διακόπτης είναι στη θέση OFF.

Πατώντας το διακόπτη παρέχεται στο mosfet η απαιτούμενη τάση πύλης σε σχέση με την πηγή του η οποία έχει μηδενικό δυναμικό.

Η σκανδάλη ενεργοποιεί αμέσως το mosfet έτσι ώστε το φορτίο που συνδέεται στον βραχίονα αποστράγγισης να γίνει πλήρως ενεργοποιημένο και να λειτουργεί.

Με μια συσκευή υαλοκαθαριστήρα προσαρτημένη σε αυτό το σημείο θα το καθιστούσε για μεγάλο χρονικό διάστημα το διακόπτη παραμένει πιεσμένο.

Ένα σύστημα υαλοκαθαριστήρα μερικές φορές απαιτεί λειτουργία καθυστέρησης για την ενεργοποίηση λίγων λεπτών της δράσης καθαρισμού πριν σταματήσετε.

Με μια μικρή τροποποίηση, το παραπάνω κύκλωμα μπορεί απλά να μετατραπεί σε κύκλωμα καθυστέρησης OFF.

Χρήση του Mosfet ως χρονοδιακόπτη καθυστέρησης

Όπως φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα, ένας πυκνωτής προστίθεται αμέσως μετά το διακόπτη και απέναντι από την αντίσταση 1Μ.

Όταν ο διακόπτης ενεργοποιείται στιγμιαία, το φορτίο ανάβει και ο πυκνωτής φορτίζει και αποθηκεύει τη φόρτιση σε αυτό.

Επίδειξη βίντεο

Όταν ο διακόπτης είναι απενεργοποιημένος, το φορτίο συνεχίζει να λαμβάνει την ισχύ αφού η αποθηκευμένη τάση στον πυκνωτή διατηρεί την τάση της πύλης και τη διατηρεί ενεργοποιημένη.

Ωστόσο, ο πυκνωτής αποφορτίζεται σταδιακά μέσω της αντίστασης 1Μ και όταν η τάση πέσει κάτω από τα 3V, το mosfet δεν είναι πλέον ικανό να κρατήσει και το πλήρες σύστημα απενεργοποιείται.

Η περίοδος καθυστέρησης εξαρτάται από την τιμή του πυκνωτή και τις τιμές της αντίστασης, αυξάνοντας οποιοδήποτε από αυτά ή και τα δύο αυξάνει την περίοδο καθυστέρησης αναλογικά.

Υπολογισμός της καθυστέρησης

Για τον υπολογισμό της καθυστέρησης που παράγεται από τη σταθερά RC μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε τον ακόλουθο τύπο:

V = V0 x ε^{(-t / RC)}

• Το V είναι Τάση κατωφλίου στην οποία υποτίθεται ότι το mosfet απενεργοποιείται ή απλώς αρχίζει να ενεργοποιείται.
• V0 είναι η τάση τροφοδοσίας ή το Vcc
• R είναι η αντίσταση εκφόρτισης (Ω) που συνδέεται παράλληλα με τον πυκνωτή.
• C (Τιμή πυκνωτή (F) στο παράδειγμα 100uF)
• t (χρόνος απόρριψης που θέλουμε να υπολογίσουμε)

θέλουμε να μάθουμε την καθυστέρηση (τ) = είναι^{(-t / RC)} = V / V0

-t / RC = Ln (V / V0)

t = -Ln (V / V0) x R x C

Παράδειγμα Λύσης

Εάν επιλέξουμε την τιμή ενεργοποίησης / απενεργοποίησης κατώτατου ορίου του mosfet ως 2.1V και την τάση τροφοδοσίας ως 12V, την αντίσταση ως 100K και τον πυκνωτή ως 100uF, η καθυστέρηση μετά την οποία το mosfet θα απενεργοποιηθεί θα μπορούσε να υπολογιστεί περίπου με την επίλυση της εξίσωσης ως δινεται παρακατω:

t = -Ln (2.1 / 12) x 100000 x 0.0001

t = 17,42 s

Έτσι, από τα αποτελέσματα διαπιστώνουμε ότι η καθυστέρηση θα είναι περίπου 17 δευτερόλεπτα

Δημιουργία χρονοδιακόπτη μεγάλης διάρκειας

Ένα χρονόμετρο σχετικά μεγάλης διάρκειας μπορεί να σχεδιαστεί χρησιμοποιώντας την παραπάνω επεξηγούμενη ιδέα mosfet για εναλλαγή βαρύτερων φορτίων.

Το παρακάτω διάγραμμα απεικονίζει τις διαδικασίες εφαρμογής του.

Η συμπερίληψη ενός επιπλέον τρανζίστορ PNP και μερικών άλλων παθητικών στοιχείων επιτρέπει στο κύκλωμα να παράγει μεγαλύτερη διάρκεια περιόδου καθυστέρησης. Οι χρονισμοί μπορεί να προσαρμοστούν κατάλληλα μεταβάλλοντας τον πυκνωτή και την αντίσταση που συνδέονται κατά μήκος της βάσης του τρανζίστορ.