В этой ветке форума я хотел поделится своим опытом в коммутации цепей питания при помощи N-канальных полевых транзисторов.
Немного о неудобствах при коммутации питания полевыми транзисторами:
Слева представлена «подобие» классической схемы включения полевого транзистора, которая гуглится на раз два. Справа немного изменённая, но работает данная схема ничуть не хуже. Одна лишь разница – в схеме слева можно использовать для открытия транзистора ПЛЮС с общего питания, а вот на правой схеме – для полного открытия полевого транзистора необходимо иметь независимый или гальванически развязанный источник питания.
В двух словах, для того, чтобы нормально открыть полевой транзистор, необходимо обеспечить между истоком и затвором напряжение в районе 10 Вольт (Этот параметр зависит от конкретной модели транзистора, но в тех. документацию для силовых транзисторов зачастую прописывают сопротивление между стоком и истоком в открытом состоянии при напряжении между истоком и затвором равному 10 Вольт). Как только между истоком и затвором появляется необходимое напряжение, между стоком и истоком «всё замыкается как в механическом реле». Открытый транзистор без проблем будет пропускать ток в любом направлении.
Но что делать, если необходимо коммутировать нагрузку, ну допустим, в бортовой сети автомобиля? Где взять этот самый гальванически развязанный источник питания!?
Поиск источника питания:
В сети я наткнулся на статью в которой упоминались «Фотовольтаические оптопары». В статье были приведены схемы на которых красовалась оптопара tlp590b. Поняв все трудности приобритения данного девайса я начал искать аналоги этой оптопары. Данный поиск навёл меня на отечественную оптопару К293ПП1ВР. Дальше меня занесло на сайт производителя https://optron.proton-orel.ru. Я с большим интересом пролистал каталог их продукции.
Итак, что мне удалось выяснить:
При подаче 1,6 Вольт на вход оптопары К293ПП1ВР – на выходе появляется около 8 Вольт при токе 20 мкА. Для полного открытия силового транзистора недостаточно, но зато в каталоге нашлась оптопара К293ПП3Р, о ней дальше и пойдёт речь.
Я не хочу тут рассказывать как, но я приобрёл 20 таких оптопар. 1 оптопара обошлась мне в районе 65 рублей. Оптопара К293ПП1ВР на 10 рублей дешевле. Ещё я взял пачку симисторных оптопар, по своим характеристикам очень напоминают moс3083, стоят всего около 30 рублей за штуку. Одно могу сказать, я смог их приобрести несмотря на то, что в моём городе нет даже дистрибьютера данного производителя. Через 3 недели после оплаты оптопары лежали на почте. Отдельный «привет» чипдипу, который, являюсь дистрибьютером данного производителя, на своём сайте не имеет всего перечня производимой продукции.
Начинаем эксперименты:
Применимость транзисторного ключа и фотовольтаической оптопары:
Немного о симисторах, или почему я начал смотреть в сторону полевых транзисторов для коммутации слаботочной нагрузки на 220 Вольт.
Года два назад я появился на этом форуме с темой о управлении светом в квартире. Изначально я управлял светом с помощью 16ти канальных Китайских релейных модулей для Ардуино. Не буду говорить о том, что у меня постоянно залипали реле при включении некоторых люстр. Так же не буду говорить о том, что данные модули управляются подтягиванием пина к нулю, что очень весело, когда свет выключают и включают товарищи из энергосбыта, в результате чего Ардуино тратит немного времени на запуск, и в это время все релюшки хлопают контактами и все люстры очень красиво включались на мгновение… но не все выключались
. Правда это я победил, но уже не помню как именно, да это и не важно. Дело постепенно шло к переходу на самодельные твердотельные реле. Я изготовил четыре 8-ми канальных модуля на симисторах и 1 модуль на транзисторах для управления люстрами, блоками питания и светодиодными лентами. Модули подключаются по i2c к Ардуино. Изначально в модули впаял bt139, купленные на али.. Лёжа на столе всё работало отлично, правда нагрузкой была небольшая светодиодная люстра. Симисторы включал через moc3083 по схеме из datashet на данную оптопару. После монтажа всего добра было первое боевое включение… 40% симисторов перегорело сразу, ещё 10% - через час. При этом при сгорании они просто включают люстры и те светились очень радостно и бодро… Было весело! Начался экстренный ремонт. Выпаял мёртвый симистор, вскрыл корпус и понял что они просто подосланные… Ну а как можно было купить 10 симисторов за 100 рублей, что тут поделаешь, винить некого, сам идиот. Было потрачено много денег и куплена пачка bt139 в соседнем магазине. Какое чудо, после включения сгорело всего 2 симистора (потом ещё один, корпуса вскрывал, размер кристалла был как у оригинального). Приобрёл bta24, впаял вместо сгоревших и с тех пор у меня всё отлично работает (прошло полтора года непрерывной эксплуатации).
Однако посмотрим ни числа и проведём сравнение транзисторного ключа с симисторами. Не знаю почему, но мне пригляделся транзистор STB23NM50N (цена, сопротивление, напряжение). Данные ниже рассчитаны по элементарным законам физики. (I – ток нагрузки, dV- падение напряжения на ключе, dW - мощность тепловыделения (потреи)).
Из таблицы видно, что даже при управлении нагрузкой мощностью всего 70 Вт симисторы выделяют на себе значительное тепло (кажется, что пол вата мало? Представьте 8 симисторов в одном корпусе, который занимает на DIN рейки всего 4 юнита). На самые весомые нагрузки у меня стоят bta24, можете смеяться, но пусковой ток светодиодной люстры мощностью 220 Вт у меня выбивает 16 амперный симистор, да и дело не в амперах, дело в тепле, которое они выделяют. Симистор BTA24 в полтора раза меньше нагревается, тут уж не поспоришь. Хочешь спать спокойно – ставь BTA. Но смотря на таблицу хочется переделать все свои модули на транзисторы.
Глядя на таблицу понимаешь, что при нагрузке свыше 600 Вт луше использовать симистор bta24 вместо транзисторов, bt139 будет более выгоден (по отношению к транзисторам)только при нагрузке выше 900 Вт.
Один из минусов управления домашнего освещения симисторами:
Допустим дома отключили электричество…. После подачи питания происходит полу секундная вспышка света на нескольких люстрах (5 люстр + парящий потолок) Самое обидное что вспыхивают самые дорогие люстры, те, за которые я отдал больше всего денег. Попытался понять в чём дело.
Далее всё по шагам:
Одно могу сказать, за полтора года эксплуатации данной системы всё отлично работает (не сглазить бы), ни одна люстра не сдохла, даже не так – ни один светодиод ни на одной люстре не помер.
Вытяжки в сан узлах так же включаю через bta24. Все снаберы выкинул к чертям, так как часть маленьких люстр просто через эти снаберы заряжали нас позитивом, устроив дискотеку.
PS:
Данная статья написана по той причине, что ни на одном ресурсе в Интернете я не смог найти опыт людей использования данной отечественной оптопары.
Отдельное спасибо АО Протон. Общение с сотрудниками данной компании вызвало у меня много положительных эмоций.
Немного о неудобствах при коммутации питания полевыми транзисторами:
- Коммутирование цепей питания лучше всего осуществлять N-канальными полевыми транзисторами, так как у транзисторов данного типа сопротивление между стоком и истоком в открытом состоянии значительно ниже, чем сопротивление P-канальных транзисторов (Если смотреть в одной ценовой категории), однако испокон веков принято минус питания «садить на корпус», делать общим или вообще заземлять в розетку, что в современном мире создаёт некоторое количество неудобств.
- Паразитный диод, от которого никак не избавится.
- Для полноценного открытия мощных транзисторов необходимо напряжение свыше 10 Вольт.
 |  |
В двух словах, для того, чтобы нормально открыть полевой транзистор, необходимо обеспечить между истоком и затвором напряжение в районе 10 Вольт (Этот параметр зависит от конкретной модели транзистора, но в тех. документацию для силовых транзисторов зачастую прописывают сопротивление между стоком и истоком в открытом состоянии при напряжении между истоком и затвором равному 10 Вольт). Как только между истоком и затвором появляется необходимое напряжение, между стоком и истоком «всё замыкается как в механическом реле». Открытый транзистор без проблем будет пропускать ток в любом направлении.
Но что делать, если необходимо коммутировать нагрузку, ну допустим, в бортовой сети автомобиля? Где взять этот самый гальванически развязанный источник питания!?
Поиск источника питания:
В сети я наткнулся на статью в которой упоминались «Фотовольтаические оптопары». В статье были приведены схемы на которых красовалась оптопара tlp590b. Поняв все трудности приобритения данного девайса я начал искать аналоги этой оптопары. Данный поиск навёл меня на отечественную оптопару К293ПП1ВР. Дальше меня занесло на сайт производителя https://optron.proton-orel.ru. Я с большим интересом пролистал каталог их продукции.
Итак, что мне удалось выяснить:
При подаче 1,6 Вольт на вход оптопары К293ПП1ВР – на выходе появляется около 8 Вольт при токе 20 мкА. Для полного открытия силового транзистора недостаточно, но зато в каталоге нашлась оптопара К293ПП3Р, о ней дальше и пойдёт речь.
Я не хочу тут рассказывать как, но я приобрёл 20 таких оптопар. 1 оптопара обошлась мне в районе 65 рублей. Оптопара К293ПП1ВР на 10 рублей дешевле. Ещё я взял пачку симисторных оптопар, по своим характеристикам очень напоминают moс3083, стоят всего около 30 рублей за штуку. Одно могу сказать, я смог их приобрести несмотря на то, что в моём городе нет даже дистрибьютера данного производителя. Через 3 недели после оплаты оптопары лежали на почте. Отдельный «привет» чипдипу, который, являюсь дистрибьютером данного производителя, на своём сайте не имеет всего перечня производимой продукции.
Начинаем эксперименты:
- Источник питания – компьютерный блок питания на 12 Вольт, 300Вт. Нагрузка – несколько метров RGB ленты наклеенной на алюминиевую рамку, транзистор IRF3205 (По всем признакам транзистор мне попался оригинальный). Начинаю плавно подавать на вход оптопары напряжение с лабораторного блока питания. Оптопара открылась при напряжении 1,41 В, ток потребления 9 мА. Добавил напряжение до 1.43, ток подрос до 10. Между затвором и истоком появилось напряжение в районе 13 Вольт. Лента засветилась в полный накал. Пошёл пить чай и смотреть новости. Вернулся минут через 15. Рамка на ленте значительно нагрелась, транзистор же остался комнатной температуры. Выключаю питание с оптопары, лента моментально гаснет.
- Меняем условия. На входе переменное напряжение 11 Вольт (просто с трансформатора), нагрузка – резистор в 1 кОм (просто рядом лежал), добавляем ещё один такой же транзистор. Подаём питание, тыкаем осциллограф параллельно нагрузки…. Идеальная синусоида. Убираем питание, всё пропало. Подозреваю в этом нет никакой магии, мерить потери на транзисторах не буду. Данное поведение вполне предсказуемо, любой владелец осциллографа спокойно сможет на это посмотреть, используя вместо оптопары обычную крону.
- Вместо 11 Вольт будем подавать 220 из розетки. Меняем транзисторы на IRF740. Вместо нагрузки – лампа накаливания мощностью 100 ВТ. Всё как в сказке. Всё включается, выключается. Напряжение между стоками транзисторов 1,6 Вольт. Дал немного поработать лампочки, вытащил из розетки…. Потрогал транзисторы, вполне приемлемо, пальцы не обжог. Суммарное сопротивление двух транзисторов должно было равняться 1,1 Ом, однако при 100ВТ расчётное падение не должно было превысить 0,5 Вольт. Либо транзисторы подосланные (не исключено, брал на али очень давно, ещё зелёный был, всё выбирал подешевле), либо есть нюансы при измерении переменного напряжения. При падении 1,6 В и токе 0,45 А, тепловыделение на транзисторе всего 0,36 Вт. Даже если подосланные транзисторы, то данные показатели сравнимы с симистором bt139. Только у симистора на корпусе уже было бы тепловыделение 0,72 Вт, а это уже горячо. Бросил всё, так как на работе есть пачка полумёртвых блоков питания, но зато в них есть нормальных высоковольтные транзисторы. Утро Вечера мудренее…
- Следующий вечер начался с демонтажа элементов из блока питания FOXCONN FX-450. Добыто куча всего интересного, но главное – 2 транзистора TF8N50 со странной надписью на корпусе “EVIL13”. По технической документации типовой Rds = 0,63, максимальный - 0,85. Подкинул данные транзисторы вместо вышеупомянутых. Подал 220, подкинул напряжение с лабораторника на оптопару, всё стандартно отработало, лампочка зажглась. Мерю падение напряжения на стоках транзисторов, получаю – 0,79 В. Уже прямо отличная новость. Мои измерения попали в максимальный Rds(on). Сопротивление каждого транзистора приблизительно 0,88 Ом (0,85 по документации). Значит всё таки есть смысл их использовать. При токе в пол ампера суммарное тепловыделение на транзисторном ключе не с самыми хорошими параметрами ниже чем на симисторе bta24.
Применимость транзисторного ключа и фотовольтаической оптопары:
- Если речь о коммутации постоянного напряжении, то данную схему включения можно применять в тех случаях, когда коммутировать нужно именно по положительному напряжению и без этого никак не обойтись. Ещё одна прелесть в том, что с напряжением 1,5 Вольт можно полностью открывать мощные транзисторы. Однако для ШИМ сигнала эта оптопара никуда не годится.
- Коммутация переменного напряжения. Особенно, если данное напряжение в районе 12 Вольт, Коммутировать низкое переменное напряжение симистором не очень хорошая идея, так как не зависимо от тока на симисторе будет падать от 1 до 2 Вольт (я даже не говорю о том, что форма синусоиды претерпит изменения). А если ток при это будет в районе 10 Ампер – радиатор для этого коммутатора надо будет очень знатный. Даже 2 подосланных транзистора справятся с этой задачей гораздо лучше.
- Возможно ли коммутировать различные аналоговые или цифровые сигналы я пока не знаю, думаю недолжно быть проблем с этим вопросом, но транзисторы придётся подбирать под параметры сигнала.
Немного о симисторах, или почему я начал смотреть в сторону полевых транзисторов для коммутации слаботочной нагрузки на 220 Вольт.
Года два назад я появился на этом форуме с темой о управлении светом в квартире. Изначально я управлял светом с помощью 16ти канальных Китайских релейных модулей для Ардуино. Не буду говорить о том, что у меня постоянно залипали реле при включении некоторых люстр. Так же не буду говорить о том, что данные модули управляются подтягиванием пина к нулю, что очень весело, когда свет выключают и включают товарищи из энергосбыта, в результате чего Ардуино тратит немного времени на запуск, и в это время все релюшки хлопают контактами и все люстры очень красиво включались на мгновение… но не все выключались
. Правда это я победил, но уже не помню как именно, да это и не важно. Дело постепенно шло к переходу на самодельные твердотельные реле. Я изготовил четыре 8-ми канальных модуля на симисторах и 1 модуль на транзисторах для управления люстрами, блоками питания и светодиодными лентами. Модули подключаются по i2c к Ардуино. Изначально в модули впаял bt139, купленные на али.. Лёжа на столе всё работало отлично, правда нагрузкой была небольшая светодиодная люстра. Симисторы включал через moc3083 по схеме из datashet на данную оптопару. После монтажа всего добра было первое боевое включение… 40% симисторов перегорело сразу, ещё 10% - через час. При этом при сгорании они просто включают люстры и те светились очень радостно и бодро… Было весело! Начался экстренный ремонт. Выпаял мёртвый симистор, вскрыл корпус и понял что они просто подосланные… Ну а как можно было купить 10 симисторов за 100 рублей, что тут поделаешь, винить некого, сам идиот. Было потрачено много денег и куплена пачка bt139 в соседнем магазине. Какое чудо, после включения сгорело всего 2 симистора (потом ещё один, корпуса вскрывал, размер кристалла был как у оригинального). Приобрёл bta24, впаял вместо сгоревших и с тех пор у меня всё отлично работает (прошло полтора года непрерывной эксплуатации).Однако посмотрим ни числа и проведём сравнение транзисторного ключа с симисторами. Не знаю почему, но мне пригляделся транзистор STB23NM50N (цена, сопротивление, напряжение). Данные ниже рассчитаны по элементарным законам физики. (I – ток нагрузки, dV- падение напряжения на ключе, dW - мощность тепловыделения (потреи)).
Из таблицы видно, что даже при управлении нагрузкой мощностью всего 70 Вт симисторы выделяют на себе значительное тепло (кажется, что пол вата мало? Представьте 8 симисторов в одном корпусе, который занимает на DIN рейки всего 4 юнита). На самые весомые нагрузки у меня стоят bta24, можете смеяться, но пусковой ток светодиодной люстры мощностью 220 Вт у меня выбивает 16 амперный симистор, да и дело не в амперах, дело в тепле, которое они выделяют. Симистор BTA24 в полтора раза меньше нагревается, тут уж не поспоришь. Хочешь спать спокойно – ставь BTA. Но смотря на таблицу хочется переделать все свои модули на транзисторы.
Глядя на таблицу понимаешь, что при нагрузке свыше 600 Вт луше использовать симистор bta24 вместо транзисторов, bt139 будет более выгоден (по отношению к транзисторам)только при нагрузке выше 900 Вт.
Один из минусов управления домашнего освещения симисторами:
Допустим дома отключили электричество…. После подачи питания происходит полу секундная вспышка света на нескольких люстрах (5 люстр + парящий потолок) Самое обидное что вспыхивают самые дорогие люстры, те, за которые я отдал больше всего денег. Попытался понять в чём дело.
Далее всё по шагам:
- Подключаю симистор последовательно люстре (эксперимент с bta24). Подаю питание – ничего не происходит, всё отлично.
- Подключаю оптопару moc3083 по схеме из технической документации. Подаю питание – вспышка света, тишина… Снимаю питание, подаю снова – никаких вспышек нет. Снимаю питание, жду минут 15, включаю, опять вспышка.
- Добавляю снабер, ничего не меняется. Видать при первом включении происходят некие процессы зарядки богатого внутреннего мира оптопары (оптопара с контролем перехода через ноль, так что там должен быть внутренний мир). Пока оптопара не возьмёт нужный ей заряд она срабатывает как проводник и при первом включении приоткрывает симистор, что и даёт вспышку света.
- Побороть данный эффект мне не удалось (судя по Интернету не я один такой), возможно смена оптопары могла бы помочь, но я не стал с этим далее экспериментировать. Если у кого-то есть положительный опыт борьбы с этой проблемой, буду рад увидеть его ниже в комментариях.
Одно могу сказать, за полтора года эксплуатации данной системы всё отлично работает (не сглазить бы), ни одна люстра не сдохла, даже не так – ни один светодиод ни на одной люстре не помер.
Вытяжки в сан узлах так же включаю через bta24. Все снаберы выкинул к чертям, так как часть маленьких люстр просто через эти снаберы заряжали нас позитивом, устроив дискотеку.
PS:
Данная статья написана по той причине, что ни на одном ресурсе в Интернете я не смог найти опыт людей использования данной отечественной оптопары.
Отдельное спасибо АО Протон. Общение с сотрудниками данной компании вызвало у меня много положительных эмоций.
