Замена автомобильных реле на полевые транзисторы?
ВиНи: У 2N7002 крутизна (по-вашему) - 0,2, а у КП305 - 5 (по-моему)! Значит мой транзистор круче!
Теперь понял... 
У 2N7002 крутизна - 0,2А/В, только не "по-моему", а по справочнику.
Какая у КП305 - не знаю. Хотя...
Из справочника - меньше 20мА/В. Так что 2N7002 "круче" в 10 раз...
DWD: иметь кучу разных защит
DWD: "интеллектуальные" ключи ... защита самого себя, а не нагрузки ... полная имитация механического реле - контакты замкнулись, а что по ним идёт, уже ни кого не интересует. Может там КЗ в нагрузке, ... бешенные выбросы - плевать
SAK: полевики без защиты по току будут сразу превращаться в хлам
петр1: защитить по КЗ соответствующие цепи
DWD: так как защита от КЗ триггерная, то защита от перегрева не нужна
петр1: это в установившемся режиме, а переходной процесс?
петр1: преимущества защиты от перегрева - обратимость электрического пробоя
DWD: по идее, перегрева, как такового, быть не должно совсем, при открытом ключе перегрев устраняется выбором полевика с низким сопротивлением канала, а при КЗ или повышении тока нагрузки - срабатыванием триггерной защиты по току, принудительно закрывающей полевик и переводящей систему в состояние "выключено"
`
Так вот про защиты. Мне было интересно примеряться на бумаге к двум таким случаям. Защита от КЗ по включению (переходной процесс) и защита по току нагрузки (установившийся режим). И чтоб с ОУ/компараторами, вот. Слегка примерялся 
Для КЗ решил, что хочу приблизительно отследить самый начальный ток включения исходя из конкретного полевика, т.е. подстроится под его характеристики. Задумал усилить до середины напряжения питания как точки срабатывания разность
V(gs)–V(наг) = [V(gate-gnd)–V(source-gnd)] – V(наг) = V(gate-gnd) – 2*V(source-gnd)
При замыкании в нагрузке формула упрощается до V(gate-gnd)*K, а коэффициент усиления (К=2..5) уточняем, исходя из кривых даташита: на какую кривую выехать по V(gs) при полном питании приложенном к транзистору. Это покажет максимальный ток, после которого защита сработает. Разность найдём и усилим инструментальным (измерительным) усилителем из двух дифференциальных ОУ. Такая важная упрощающая деталь: на {+} подадим 1/3*V(gate-gnd), а 2/3*V(source-gnd) - на {–}, организовав два делителя, по три одинаковых резистора в каждом. Тогда при соотношении задающих усиление резисторов 2:1 получаем множитель К=1 для формулы, K=2 @ 5:1, K=3 @ 8:1 и т.д. По включению полевой транзистор будет, неспешно набирая затворное напряжение, уходить вверх и тащить за собой нагрузку. Когда потенциал на ней начнёт расти, то и полевику, согласно формуле, будет разрешатся больший отрыв по затворному напряжению от нагрузочного, т.е. - больший ток (побочный эффект). Тут важен собственно момент старта и начало движения. При бОльших потенциалах выход ИУ прижмётся к нулю, т.к. V(наг) быстро сравняется с V(gs). Последний остановится на 7.5В из-за ограничения стабилитроном, а V(source-gnd) к этому времени уже подойдёт почти к питанию. Т.е., имеем
V(gate-gnd) – 2*V(source-gnd) = V(gs) – V(source-gnd) < 0
И это станет установившимся режимом. Насыщение я вроде отследил - фокусов не увидел. При подаче питания на КЗ-нагрузку, когда затвор достигнет нами выбранного напряжения, потенциал выхода ИУ должен как-то перекинуть триггер в OFF. Тут можно по-разному, в т.ч. варьируя К.
Для защиты по току решил попробовать следить за падением на полевике. Защита приблизительная, точность раза в два получим, ну туда-сюда. Полевик такой выберем, что и не то выдержит, а нагрузка - постарается, подымит. Кстати, похоже температура может по-разному влиять на проводимость, но при большом затворном нагрев вроде бы всегда должен ухудшать (поэкспериментируем с кандидатом на установку).
Так вот, решил прокомпарировать питание и нагрузку, оно же V(drain-gnd) и V(source-gnd). Делители поменьше, например вариант такой же как и выше: 2/3*V(source-gnd). Тогда в цепь для 2/3*V(drain-gnd) ставим после верхнего резистора ещё два меньшего сопротивления (1-4% от одного из одинаковых высокоомных) и чтоб нижний - подстраиваемый, выкручиваем милливольты. Когда накрутимся, то вымерявшись впаяем только постоянные. Но пока с ползунка подаём на {+} компаратора, а ровно 2/3*V(source-gnd) на {–}. В установившемся режиме {–} > {+} на величину Uдел.наг – Uдел.пит. Для этого резисторы подогнаны таким образом, что при нулевом падении на транзисторе вольтажы Uдел. отстоят друг от друга, скажем на 30-150 мВ. Иначе: если V(ds)=0, то Uдел.пит < Uдел.наг на 2/3 (!) от напряжения падения при максимально-разрешенном токе через полевик. В принципе, можно ниже потенциометра поставить прижатый к транзистору NTC-терморезистор (из предположения ухудшения проводимости полевика от нагрева), а стабилитроном - снизить на порядок зависимость от питания.
Итак, {–} > {+}, компараторный выход в нуле и стоящий на нём конденсатор разряжен, а затворный потенциал уже упёрся в потолок. При включении же это не так: {–} < < {+}, выход в единице (ОК) и конденсатор заряжается до порога срабатывания следующего компаратора. Так выполнена задержка срабатывания защиты. Можно очень просто организовать несколько разную задержку по включению и по перегрузке, заряжая параллельными резисторами: основным от ON(лог.1) триггер-выхода, дополнительным через диод от V(s). К конденсатору {–}-ом подключён другой компаратор, {+} которого заведён на верх/низ среднего высокомного резистора делителя V(drain-gnd). Поэтому, если ёмкость разряжена, то выход в ОК. Я думал начинать демпфировать выходным транзистором этого компаратора затворное напряжение полевика, тем самым он прикроется, Uдел.наг упадёт ещё больше (пол. обр.связь) и далее - совсем до нуля. Накачка же будет работать на резистор демпфирования. Выключившийся ON(лог.0) восстановит схему.
Вместо компараторов можно задействовать операционники, что возможно даже лучше, т.к. они скомпенсированы и должны меньше смещаться и дрейфовать вдали от нулевого потенциала. Нам скорость сравнения напряжений по уровню не важна, нам важна точность. То, что выход не ОК - не принципиально, пусть интегрирует токовые импульсы на конденсатор задержки. К последнему, прикидывая, я подключал {+} второго ОУ, на {–} заводил опорное, к выходу – NPN или оптрон на землю, транзистор которого параллелен GS-полевика. Восстанавливается схема через диод от ON(лог.0). Если не гасить затвор, а перекидывать триггер как и в защите от КЗ, то {+}-вход второго каскада можно совместить диодным ИЛИ с напряжением выхода ИУ, формируя единый импульс останова генератора.
В общем – намутил, извините что не разрисовал во всех подробностях. Когда-нибудь руки дойдут и собранные на счетверённом или двух сдвоенных корпусах эти токовые защиты, может быть, неплохо себя покажут. Хотя бы – не в отмороженном состоянии. Во всяком случае: десятки милливольт для усилителей - это ого-го, начальное смещение нуля - нас мало волнует, одинаковость подобных резисторов деления/усиления из разом закупленной партии я лёгко вымеривал тестером (19999 или 1999 во второй половине соответствующего предела), от всплесков и плохой частотной зависимости КОСС должны спасать загрубленность и приторможенность защит, да можно подзатянуть ёмкостями фронты обоих Uдел. или же только одного, в т.ч. ориентируясь по быстродействию выбранных ОУ. Они же определяют температурный вопрос. Ну, и будет промах, если деградация FET-характеристик боком вылезет со временем.
Конечно, можно поставить от Drain к питанию проволочку в пару десятков миллиом и по второму варианту собрать две защиты: быструю на бОльший ток и задержанную на меньший, или только одну. А обмотав полевик - даже взять в оборот температурный коэффициент электрического сопротивления. Но хотелось пораскинуть, ежели не ставить…
Чем закончились поиски замены реле на полевик?
Сейчас также появлилась задача в замене автомобильного реле, которое управляет дальним на мощный полевик. Причем будет как ШИМ, так и постоянное включение.
Родилась такая схема:
Но есть некоторые сомнение в правильности выбора полевого транзистора, учитывая возможные броски в 200 В в борт.сети авто. Для их подавления я решил поставить сапрессор параллельно полевику, но у него емкость почти 1 нФ. ШИМ будет с частотой около 100 Гц. Можно сделать и больше.
2 галогенки по 60 Вт это примерно 10 А.
Смотрел на BTSки. Дороговато. Кто-то использовал их? Нужны ли им защиты от перенапряжения?
Сергей К: Чем закончились поиски замены реле на полевик?
Применением полевиков...
Сергей К:...сапрессор параллельно полевику...
Не ставлю, так как не вижу необходимости.
Сам полевик работает как мощный сапрессор н...
А имея бОльшую площадь кристалла он в состоянии пропустить куда бОльшие токи и импульсы бОльшей длительности, чем сапрессоры.
Сергей К: Смотрел на BTSки. Дороговато. Кто-то использовал их? Нужны ли им защиты от перенапряжения?
Сам не пользовался именно из-за цены. Как уже говорил, на полевике можно сделать точно такие же защиты, как в любой BTS-ке, но стоимость изделия будет неизмеримо меньше. А за такую же цену полевик будет иметь ещё больше защит, а их качество будет выше.
Защита от перенапряжения в BTS-ках встроенная - при превышении порога ключ открывается. При импульсных перенапряжениях пороговое напряжение меньше, чем при медленном нарастании напряжения на ключе.
Р-канальные полевики конечно проще подключаются в качестве ключей, но они имеют большее сопротивление открытого канала. Скажем, с Вашим IRF4905 при сопротивлении канала 20-25мОм при токе 10А на нём будет рассеиваться мощность больше 2Вт. Без радиатора не обойдётесь.
С N-канальными схема хоть и сложнее, но потери меньше. Да и доступность со стоимостью и асортиментом так же немаловажны.