Niskonapięciowy mostek H

Niskonapięciowy mostek H
Pobierz PDF Download icon
Na rynku elementów elektronicznych widoczna jest wyraźna nisza w postaci braku scalonych mostków H, które mogłyby sterować obciążeniem pobierającym znaczny prąd (rzędu 2 A) przy małym napięciu zasilania (rzędu 3 V). Ten projekt może stanowić rozwiązanie tego problemu.

Rysunek 1. Schemat ideowy niskonapięciowego mostka H

Jako elementy wykonawcze pracują tranzystory IRF7307 produkcji International Rectifier. W obudowie SO-8 zamknięte zostały dwa tranzystory typu MOSFET: jeden z kanałem P i drugi, z kanałem N. Niektóre ich parametry zostały wymienione w tabeli 1.

Tranzystory te bardzo dobrze nadają się do zastosowania w układach zasilanych niskimi napięciami, przede wszystkim ze względu na napięcie progowe. Dodatkowo, mała rezystancja otwartego kanału poskutkuje niskimi stratami napięcia: obciążenie pobierające prąd 1 A odłoży na tranzystorach mostka nie więcej niż 140 mV przy zasilaniu napięciem 4,5 V, czyli zaledwie 3% całego napięcia zasilania.

Ponadto, zawierają one w swej strukturze szybkie diody, które posłużą zabezpieczeniu tranzystorów przed przebiciem przy przełączaniu obciążeń o charakterze indukcyjnym (np. silników).

Z drugiej zaś strony, tak niska wartość napięcia progowego wymusza, aby napięcie UGS wyłączonego tranzystora było możliwie bliskie zeru - w przeciwnym razie, prąd zacznie płynąć przez obydwa tranzystory źle sterowanej gałęzi mostka; spowoduje to ich nagrzewanie i, w efekcie, spalenie. Na rysunku 1 znajduje się schemat ideowy omawianego układu.

Do sterowania wykorzystane zostały bramki logiczne NAND typu 4093, które zawierają w swej strukturze przerzutnik Schmitta. Maksymalny dropout wyjść tych bramek na poziomie 50 mV (według Texas Instruments) - jest to wartość wystarczająca, aby spowodować całkowite otwarcie lub zatkanie kanałów tranzystorów MOSFET, niezależnie od napięcia sterującego wejście bramki.

Tabela 1. Wybrane parametry tranzystorów w układzie typu IRF7307

W przypadku bramek niezawierających przerzutnika Schmitta, istnieje ryzyko, że napięcie sterujące daną gałęzią ustali się na takiej wartości, że zniszczeniu ulegną tranzystory tej gałęzi oraz źródło zasilania, które zostanie czasowo zwarte.

Dwie nieużywane bramki mają zwarte wejścia dołączone do stałych potencjałów. Oporniki R1 i R2 ustalają potencjał wejść przy niepodłączonym źródle sterującym.

Układ został zmontowany na dwustronnej płytce drukowanej o wymiarach 22×25 mm, której wzór ścieżek widoczny jest na rysunku 2. Nie są wymagane jakiekolwiek czynności uruchomieniowe, układ jest od razu gotowy do pracy.

Rysunek 2. Schemat montażowy niskonapięciowego mostka H

Napięcie zasilania zawiera się w przedziale 3-12 V i jest restrykcyjnie ograniczone przez maksymalne Hnapięcie UGS tranzystorów mocy. W stanie ustalonym, przy braku jakichkolwiek połączeń (poza zasilaniem), układ pobiera prąd mniejszy niż 1 µA. W układzie modelowym zostały użyte złącza kątowe typu goldpin, aby ograniczyć wysokość modułu.

Ponieważ układ sterujący bramkami tranzystorów ma ograniczoną wydajność prądową (rzędu pojedynczych miliamperów), zmiana stanu wyjścia gałęzi trwa stosunkowo długo. Jest to cena prostoty tego układu. W czasie przełączania bramki CMOS na przeciwny stan logiczny, kanały obydwu tranzystorów są otwarte i pobierają duży prąd ze źródła zasilania. Wynika z tego, że warto przełączać je z możliwie małą częstotliwością, najlepiej nieprzekraczającą kilkuset herców.

Michał Kurzela, EP

Artykuł ukazał się w
Październik 2015
DO POBRANIA
Pobierz PDF Download icon
Materiały dodatkowe
Zobacz też
Elektronika Praktyczna Plus lipiec - grudzień 2012

Elektronika Praktyczna Plus

Monograficzne wydania specjalne

Elektronik wrzesień 2020

Elektronik

Magazyn elektroniki profesjonalnej

Raspberry Pi 2015

Raspberry Pi

Wykorzystaj wszystkie możliwości wyjątkowego minikomputera

Świat Radio wrzesień 2020

Świat Radio

Magazyn użytkowników eteru

Automatyka Podzespoły Aplikacje wrzesień 2020

Automatyka Podzespoły Aplikacje

Technika i rynek systemów automatyki

Elektronika Praktyczna wrzesień 2020

Elektronika Praktyczna

Międzynarodowy magazyn elektroników konstruktorów

Praktyczny Kurs Elektroniki 2018

Praktyczny Kurs Elektroniki

24 pasjonujące projekty elektroniczne

Elektronika dla Wszystkich sierpień 2020

Elektronika dla Wszystkich

Interesująca elektronika dla pasjonatów