Представлены схемы бистабильных коммутаторов для включения или отключения нагрузки путем нажатия на единственную кнопку управления. Включение устройства производится коротким нажатием на кнопку; отключение – более продолжительным нажатием на эту же кнопку. Также приведена схема силового ключа-таймера с кнопочным управлением и защитой от короткого замыкания нагрузки.
Электронные силовые коммутаторы используют для включения и отключения электрической нагрузки. Существует большое разнообразие устройств аналогичного назначения, часть которых освещена в работах [1, 2]. В работах [1–5] для однокнопочного управления нагрузкой описан принцип временнóго управления процессами включения и отключения за счет различной длительности нажатия на кнопку управления.
Пример похожего устройства описан в статье [6]. При кратковременном нажатии на кнопку управления нагрузка подключалась к источнику питания и при повторном, более продолжительном нажатии, отключалась.
 |
|
| Рисунок 1. | Бистабильный коммутатор нагрузки с однокнопочным управлением. |
На основе технического решения [6] была предложена конструкция устройств подобного назначения с использованием иной элементной базы, Рисунки 1, 2.
На Рисунке 1 приведена схема силового коммутатора нагрузки с использованием для управления силовым ключом на полевом транзисторе VT1 CPH3362 биполярных транзисторов VT1 и VT2 BC547C.
 |
|
| Рисунок 2. | Бистабильный коммутатор нагрузки с однокнопочным управлением. |
Устройство работает следующим образом: при кратковременном нажатии на кнопку SB1 ток управления через резистор R4 поступает на базу транзистора VT2 и открывает его. Затвор силового транзистора VT3 через резистор R6 подключается к общей шине питания. Транзистор VT3 открывается, подключая нагрузку RL к источнику питания. Напряжение, снимаемое со стока транзистора VT3, через резистор R7 поступает на базу транзистора VT2, поддерживая его в открытом состоянии. Таким образом нагрузка оказывается подключенной к источнику питания.
На транзисторе VT1 выполнен элемент задержки отключения коммутатора. При длительном нажатии на кнопку SB1 конденсатор C1 через цепочку резисторов R2 и R3 заряжается с постоянной времени C1(R2+R3). В итоге транзистор VT1 открывается и шунтирует цепь управления транзистором VT2. Транзистор VT2 закрывается, прерывая тем самым подачу управляющего напряжения на затвор транзистора VT3. Нагрузка RL отключается. После отпускания кнопки конденсатор C1 через диод VD1 практически мгновенно разряжается на резистор R1. Устройство готово к повторному использованию.
Коммутатор работает в диапазоне питающих напряжений от 2.4 до 20 В. Максимальный ток нагрузки составляет 700 мА. Недостатком устройства является то, что при изменении напряжения питания для обеспечения оптимального времени нажатия на кнопку SB1 для отключения устройства необходимо подстраивать потенциометр R3. Впрочем, подобного недостатка не лишен и прототип описываемого устройства [6].
На Рисунке 2 приведена схема аналогичного построения, но работающая в более широком диапазоне напряжений питания. Устройство выполнено на биполярных транзисторах VT1 и VT2 BC639, а также силовом транзисторе VT3 BCX42. Коммутатор работает в диапазоне питающих напряжений от 1.8 до 100 В и обеспечивает ток нагрузки до 500 мА. Разумеется, при работе в таком широком диапазоне питающих напряжений необходим индивидуальный выбор резистивных элементов R2 и R4. Так, при минимальном напряжении питания E = 1.8 В сопротивление резистора R2 должно составлять 300 кОм, а R4 – 10 кОм; при напряжении питания 100 В сопротивление резисторов должно быть: R2 = 2.4 МОм, а R4 – 100 кОм.
На Рисунке 3 показана схема бистабильного коммутатора с использованием в качестве элементов управления слаботочных ключей DA1.1 и DA1.2 КМОП микросхемы CD4066. В качестве силового ключа использован транзистор VT1 BC638, что обеспечивает максимальный ток нагрузки до 200 мА.
 |
|
| Рисунок 3. | Бистабильный коммутатор нагрузки с управлением от КМОП ключей CD4066. |
Схема коммутатора, реализованного на основе силового ключа-таймера [7], приведена на Рисунке 4. Схема управления силовым ключом, как и ранее, выполнена с применением кнопок, управляющих работой КМОП-ключей микросхемы DA1 CD4066. В качестве силового ключа использован транзистор VT1 BD237G. Максимальный ток нагрузки устройства составляет 1 А.
 |
|
| Рисунок 4. | Таймер-коммутатор нагрузки с защитой от короткого замыкания. |
Устройство работает следующим образом: при нажатии на кнопку SB1 напряжение питания через резистор R1 поступает на входы параллельно включенных управляющих ключей DA1.1 и DA1.2. Транзистор VT1 открывается, и на сопротивление нагрузки поступает напряжение питания. Одновременно через диод VD2 и резисторы R5 и R7 напряжение через переключатель SA1 поступает на входы управляющих ключей DA1.1 и DA1.2, поддерживая транзистор VT1 в открытом состоянии. Для отключения нагрузки необходимо нажать на кнопку SB2. Напряжение на входах управляющих ключей DA1.1 и DA1.2 исчезает, отключая тем самым ток управления силовым ключом VT1. Нагрузка RL отключается.
На элементах DA1.3 и DA1.4 КМОП-ключей микросхемы CD4066 выполнен узел защиты силового транзистора от перегрузки. Устройство защиты работает следующим образом. При понижении выходного напряжения на управляющем входе ключа DA1.4 напряжение снижается ниже порога переключения. Силовой коммутатор отключается, обесточивая нагрузку.
При коротком замыкании нагрузки управляющее напряжение на входах ключей DA1.1 и DA1.2 исчезает, ключи DA1.1 и DA1.2 размыкаются, защищая тем самым силовой транзистор VT1.
Устройство может работать также в качестве таймера, обеспечивающего регулируемое время отключения нагрузки. Для этого переключатель SA1 переводят в положение «Таймер». Время подачи на нагрузку питающего напряжения определяется постоянной цепи C1(R2+R3). После того как конденсатор C1 разрядится на резистивную цепочку R2+R3, коммутатор автоматически отключается.
Литература
- Шустов М.А. Основы силовой электроники. СПб.: Наука и Техника, 2017. 336 с.
- Шустов М.А. Силовая электроника в электропитании и освещении. От азов до создания практических устройств. СПб.: Наука и Техника, 2024. 560 с.
- Shustov M.A. The electronic analogue of the push-button switcher // EDN. January 12, 2023.
- Shustov M.A. Switches controlled by the duration of the input control signal // EDN. November 8, 2023.
- Shustov M.A. Single-button load switches on the chip 222 // EDN. March 18, 2024.
- Cornford Nick. Нажать или удерживать? Это делает и то, и другое. РадиоЛоцман. 2024. № 9–10. С. 67–69.
- Shustov M.A. Automatic load switch and timer // Electronics World Incorporating Wireless World. 1999. V. 105. № 9 (1761). P. 776.
Купить BC638 на РадиоЛоцман.Цены
