Свежие обсуждения
Электроника в автомобиле

Замена автомобильных реле на полевые транзисторы?

1 8 14

Очень просто...
Берёте полевик тебуемой мощности, и смотрите в даташите его пороговое напряжение и зависимость от температуры.
Кстати, современные полевики отличаются меньшим напряжением порога и большей его стабильностью...
А потом - простая пропорция:
R1/R2=Ucт/Uпор-1,

где:
R1 - сопротивление между стоком и затвором,
R2 - сопротивление между затвором и истоком,
Uст - требуемое напряжение стабилизации,
Uпор - пороговое напряжение полевика.

Например, берём транзистор 2N7002. Закоротив затвор со стоком, меряем китайским тестером его порогове напряжение. У меня первый попавшийся экземпляр показал 1,69В при комнатной температуре.
Резистор R2 берём на... ну, на 1000КОм.
При напряжении стабилизации 15,5В сопротивление резистора R2 должно быть равно:
R2=R1/(Ucт/Uпор-1)=1000КОм/(15,5В/1,69В-1)=122,4КОм=120КОм+2,4КОм.
Можно поиграть номиналами, добиваясь их попадания в стандартный ряд, если нет точных резисторов или не хочется ставить два резистора...

Смотрим зависимость напряжния стабилизации от температуры.
По даташиту, пороговое напряжение 2N7002 меняется на +-0,1 от номинального в диапазоне, примерно, от -45 до +85 градусов. То есть, в пределах 1,69В+-(1,69В*0,1)=1,859В...1,521В.
В результате, напряжение стабилизации будет меняться в пределах:
Ucт=(R1/R2+1)*Uпор=(1000КОм/122,4КОм+1)*1,859В...1,521В=17В...14В.

Немного хуже по сравнению со стабилитроном, у которого напряжение менялось бы в пределах 16В...15В в том же диапазоне температур. Зато нет ограничения по выбору требуемого напряжения и мощности.
В общем, для ограничителя - думаю, подойдёт.

При необходимости можно улучшить термостабильность добавлением ещё одного резистора и диода, как в вариантах микромощных стабилизаторов ( http://pro-radio.ru/user/uploads/187236.djvu ).

P.S.
Хм... где-то я ошибся...
Помню, когда моделировал эту схемку, то температурная стабильность была получше.
Попробовал только что - показывает напряжение стабилизации 15,5В+-0,1В в диапазоне
-45...+85 градусов.
В то время как выше приведенная прикидка дала результат 15,5В+-1,5В в том же диапазоне.

 

DWD: В общем, для ограничителя - думаю, подойдёт

Именно для ограничителя. Такое включение полевика взамен стабилитрона неэквивалентно, т.к. у последнего дифференциальное сопротивление заметно ниже. "Хужесть" "полевой" схемы обусловлена тем, что стоко-затворная характеристика полевого транзистора далека от ВАХ стабилитрона. Она более похожа на прямую ветвь ВАХ диода, сдвинутую на величину порогового напряжения. Именно такой вид будет иметь и ВАХ "полевого стабилитрона".

 

журнал EPE 12/2002 там же или не там, но подправте http:// в ссылке, или на deposit files

birua: подавать на затвор под максимум
DWD: взять полевики с меньшим пороговым напряжением - есть от 0,5В
я читал, мол - технология кристалла такова, что наиболее полное открытие канала достигается очень близко к верхней границе предельного потенциала затвора, поэтому на значительных токах нам желательно быть в верхней части диапазона затворного напряжения, хотя если всё зависит от тока, то под него и полевик не напрягающийся найдётся: ведь нас динамика не поджимает - реле, да DWD: N-канальных мощных - море

DWD: В отличие от сапрессора, имеющим довольно значительный разброс напряжения срабатывания, полевик срабатывает точно при установленном значении и делает это быстрее

Вы хотели сказать, полевик начинает срабатывать. Насчёт скорости. Трансилы специально разработаны для реакции на фронт импульса, поэтому имеют пикосекундный Fast response time: typically less than 1.0 ps from 0 volts to Breakdown Voltage for unidirectional and 5.0 ns for bidirectional

DWD: склоняюсь к полной замене обычных стабилитронов на схемку с полевиком
стабилитронов - это да, саппрессоров - никак нет, имхо. Выяснить бы, что там с затворным напряжением происходит, когда на дрейн приходит импульс с нарастанием, скажем 100 В/мкс, вплоть до тех 60 вольт, при которых канал 2N7002 потихоньку начнёт самопроизвольно приоткрываться

 

ВиНи: Именно для ограничителя. Такое включение полевика взамен стабилитрона неэквивалентно, т.к. у последнего дифференциальное сопротивление заметно ниже.

А это уже от крутизны полевика зависит.
Если у 2N7002 крутизна в среднем равна 0.2, а у IRFZ44 - не меньше 19, то и дифференциальное сопротивление у второго полевика будет значительно меньше и станет равно обычному стабилитрону.

Модеривание показывает следующее:
стабилитрон 1N759 (12В) - 4,07Ом,
полевик 2N7002 (крутизна 0,2) - 89,7Ом,
полевик IRFZ44 (крутизна 19) - 5,25Ом.

При параллельном включении полевиков крутизна увеличивается:
2 полевика 2N7002 - 64Ом,
2 полевика IRFZ44 - 3,7Ом.
То есть, при параллельном включении двух полевиков с крутизной не менее 19 дифференциальное сопротивление становится меньше, чем у стабилитрона.

Так это полевики всё очень старые. А если взять немного поновее, с крутизной 35, 56 или 80...
Правда, обычно с ростом крутизны полевика растёт и его мощность.

 

birua: журнал EPE 12/2002... на deposit files

Спасибо, уже качаю.

birua: ...наиболее полное открытие канала достигается очень близко к верхней границе предельного потенциала затвора...

Да, но свыше какого-то значения напряжения на затворе наступает насыщение, когда дальнейшее приращение напряжения уже слабо уменьшает сопротивление канала.
Зависимости приводятся в даташитах на полевики.

У низкопороговых полевиков такое насыщение наступает ещё быстрее. У не очень старых полевиков сопротивление канала может уменьшаться до десятков миллиом при напряжении 2,7В и до 10мОм и менее при напряжении 4,5В. То есть они уже полностью открыты при управлении от 5-и вольтовой логики.

birua: Трансилы специально разработаны для реакции на фронт импульса...

Да, тут я не смогу сравнить из-за отсутствия модели трансила. Разве что косвенно - посмотреть, как отреагирует полевик при параметрах импульса, специфицированного для трансила.
Задержка срабатывания полевика может быть достаточно большой из-за больших соротивления резистора между стоком и затвором и ёмкости затвора, но это можно скомпенсировать шунтированием этого резистора дополнительным конденсатором.

birua: Выяснить бы, что там с затворным напряжением происходит, когда на дрейн приходит импульс с нарастанием, скажем 100 В/мкс...

Это можно...

 

DWD: Берёте полевик тебуемой мощности

Спасибо за разъяснения.

 

DWD: зависимости приводятся ... насыщение ... сопротивление канала ... полностью открыт

Когда-то я разбирался с вопросами полноты открытия MOSFET-ов и понял, что в площади канала установившееся из-за действия напряжения открытие корнеквадратично потенциалу (лихо завернулось ), т.е. имея 10.5 мОм @ 4.5В мы получим 7.0 мОм @ 10В, другими словами: если удвоим напряжение затвора, то можно будет гнать ток, больший в корень из двух. Приблизительно. И на токе, близком к предельно-продолжительному или импульсному - ещё большему. Правда, с совсем низкопороговыми (0.5В) я не разбирался, но там и пробойное напряжение затвора меньше, имхо - т.ч. подход к проблеме тот же, только с другого конца - не увеличиваем потенциал затвора, но прикладываем его к "тонкому" каналу. Чтобы мощнотоковая рабочая точка была посередине разрешенного GS-диапазона, как минимум. Ладно - не важно, ибо вернее всего - брать суперпупермиллиоммный, а не дожимать предельные режимы: N-полевиков и вправду - окиянь

DWD: быстродействия я специально не добивался, что бы устранить броски тока нагрузки при включении
так и я о том же, о принудительном медленнодействии , просто для ламп/катушек оно полезно при вкл/выкл соответственно. Думалось, что отдельный разрядный (защитный) ключ в затворе никак не мешает нам играть с частотой и мощностью удвоителя, с тау RC-цепочек в направлении замедления включения.

DWD: цепочку VD2, С5 можно вообще убрать, соединив левый вывод резистора R7 с катодом VD1. Работоспособность не пропадёт, только уменьшится напряжение
интересно, действительно - и сейчас там времена позволяют, да ещё можно растить и R7 и R8. А ещё у Вас ранее был диод параллельно С7 - из каких соображений?

 

birua: ...вернее всего - брать суперпупермиллиоммный, а не дожимать предельные режимы...

Эт точно...

birua: ...о принудительном медленнодействии , просто для ламп/катушек оно полезно при вкл/выкл соответственно.

Это уже от конкретного случая зависит. Я собирался запитывать устройство, которое расчитано на мгновенное включение. Но я предположил, что при уменьшении скорости подачи напряжения уменьшу вероятные броски тока, что само по себе хорошо.

birua: ...ранее был диод параллельно С7 - из каких соображений?

Ну, типа защиты от отрицательных выбросов напряжения при быстром выключении нагрузки, подсоединённой длиными проводами.

 

DWD: Модеривание показывает следующее:
стабилитрон 1N759 (12В) - 4,07Ом,
полевик 2N7002 (крутизна 0,2) - 89,7Ом,
полевик IRFZ44 (крутизна 19) - 5,25Ом.

Опять школа молодого бойца: крутизна выражена в кошках, а ответ предлагается в рублях. Видеть это стало уже привычным. Но главная суть не в этом. Выше говорилось о построении стабилитрона с требуемым напряжением стабилизации из полевого транзистора путём добавления резистивного делителя. Но не отмечалось, что дифференциальное сопротивление такого "полевого стабилитрона" возрастает в n-раз, где n - коэффициент деления резистивного делителя на затворе транзистора. Поэтому иногда стоит задуматься о предлагаемой замене.

 

ВиНи: ...крутизна выражена в кошках, а ответ предлагается в рублях.

Да почему же в "кошках". Понятие крутизны, в чём выражается и как определяется можно найти в любом справочнике - отношение изменения тока стока к изменению напряжения на затворе. Обозначается буквой "S".
В даташитах на импортные транзисторы этот параметр прописан "чёрным по бумаге".

Остаётся взять транзисторы с отличающимся значением крутизны, собрать на них схемку "стабилитрона" и сравнить - как между собой, так и с обычным стабилитроном.

ВиНи: ...дифференциальное сопротивление такого "полевого стабилитрона" возрастает в n-раз, где n - коэффициент деления резистивного делителя на затворе транзистора.

Это верно только для полевиков с малой крутизной. Как уже говорилось выше, при крутизне порядка 19 дифференциальное сопротивление стабилитрона на полевике уже практически равно дифференциальному сопротивлению настоящего стабилитрона.

Так как максимальное значение крутизны достигается при меньшем напряжении затвора, то у более современных полевиков, с низким пороговым напряжением, крутизна выше. Из тех что пападались - до 80.
Получается, что если в качестве стабилитрона использовать полевик с высокой крутизной - более 20, то его дифференциальное сопротивление будет не больше, чем у настоящего стабилитрона.

И ведёт себя стабилитрон на полевике так же, как и настоящий стабилитрон.