Foxiss Полупроводниковое реле NO-NC, стандартные полупроводниковые реле имеют выходы в виде «контактов» NO — без управляющего напряжения они разомкнуты. Между тем в некоторых конструкциях пригодился бы также контакт NC, то есть замкнутый при отсутствии управляющего сигнала.
В электромагнитных реле контакты NO и NC образуются как бы «автоматически», NC замыкается с общим контактом COM при отсутствии питания катушки, а NO соединяется с COM после подачи питания на неё.
Причин для замены их полупроводниковыми аналогами множество, и к главным можно отнести долговечность и отсутствие электромагнитных помех, источником которых является искрение переключающихся контактов.
Однако доступные на рынке имеют в основном лишь «контакт» NO, а полупроводниковые реле с нормально замкнутыми контактами днём с огнём не сыщешь.
Данная схема является ответом на такую потребность. Положительная линия питания переключается между двумя выходами в зависимости от наличия напряжения на управляющем входе. Реализованная таким образом схема, правда, требует питания, но даёт конструктору функциональность, до сих пор практически не встречавшуюся.
Работой силовых транзисторов управляет простая электронная схема, выполненная на дискретных компонентах, благодаря чему она устойчива к помехам.
В отличие от стандартных реле, этой схеме не всё равно, в какую сторону через неё течёт ток. На рисунке представлена схема подключения данного модуля к источникам питания и нагрузкам.
Полупроводниковое реле должно работать в положительной цепи питания, если бы требовалось переключать потенциал массы, то его следовало бы спроектировать иначе.
Конструкция полупроводниковое реле NO-NC
Принципиальная схема полупроводниковое реле представлена на рисунке.
Входом управляющего напряжения являются зажимы разъёма J1. Это напряжение питает светодиод, находящийся в оптроне OK1. Диод D1 защищает этот светодиод от повреждения при обратном подключении напряжения, а резистор R2 ограничивает его ток.
В свою очередь, резистор R1 шунтирует возможный ток утечки, который мог бы вызвать срабатывание светодиода. На практике было замечено, что во многих промышленных устройствах токи утечки цифровых выходов (силой в несколько десятков микроампер) встречаются очень часто, а их источником являются защитные диоды, влага или просто загрязнение разъёмов.
В этой схеме источником вспомогательного напряжения является стабилитрон D4. Поскольку диапазон напряжений, питающих эту схему, может быть очень широким, было решено использовать источник тока. Для этого использованы два биполярных транзистора T6 и T7, работающие во взаимной обратной связи. В этой схеме T6 управляется напряжением база-эмиттер, возникающим на резисторе R11.
Чем оно ниже, тем меньше тока своим коллектором «втягивает» T6, что, в свою очередь, ведёт к увеличению тока базы транзистора T7, а это, в свою очередь, увеличивает ток, протекающий через R11, что вызывает отбор части тока из базы T7. Таким образом, эта очень простая и известная схема сама стабилизируется и работает правильно в очень широком диапазоне питающих напряжений и температур.
В данной схеме нет существенных требований к стабильности установленного тока — важно лишь, чтобы не опускалась ниже 1 мА (номинально даёт 2 мА), что необходимо для обеспечения нормальной работы стабилитрона D4.
Между его выводами поддерживается постоянное напряжение величиной 7,5 В, что необходимо для работы остальной части схемы — этим потенциалом поляризуются базы транзисторов T1 и T4.
Когда появляется управляющий сигнал, выходной транзистор оптрона OK1 насыщается. Падение напряжения на нём составляет около 0,3 В, из-за чего запирается транзистор T3, поскольку его напряжение база-эмиттер падает до такого значения, слишком низкого, чтобы обеспечить проводимость этого перехода. Запертый T3 не проводит ток эмиттера транзистора T4, поэтому ток в этой цепи нулевой. Из-за этого нет падения напряжения на резисторе R8, вследствие чего MOSFET-транзистор T5 заперт.
Зато появляется возможность протекания тока через транзистор T1, поскольку нижний вывод резистора R3 получает потенциал около 0,3 В. Учитывая падение на переходе база-эмиттер транзистора T1, напряжение на этом резисторе составляет около 6,5 В, что вызывает протекание тока силой 3,25 мА.
Ток немного меньшей силы (уменьшенный на ток базы T1) протекает через R4 и вызывает на нём падение напряжения около 14 В — вполне достаточное для полного открытия. Это одновременно напряжение затвор-исток транзистора T2, благодаря чему он открывается, проводя ток от положительного зажима питания к выходу NO. Стабилитрон D2 защищает транзистора T2 от пробоя, вызванного слишком высоким напряжением затвор-исток.
Отключение управляющего сигнала вызывает смену ролей, выходной транзистор оптрона OK1 запирается, поэтому через резистор R3 не может течь ток на массу, а лишь небольшой (ограниченный дополнительно резистором R6 с многократно большим сопротивлением) ток базы транзистора T3.
Проводящий, даже насыщенный T3 обеспечивает протекание тока через R7, что аналогичным образом — вызывая падение напряжения на R8 — открывает MOSFET-транзистор T5. Через R3 тогда течёт ток настолько малой силы (около 0,2 мА), что он не в состоянии вызвать на R4 падение напряжения, достаточное для открытия T2 (менее 0,9 В — ниже порогового напряжения).
Благодаря трём источникам тока, одному постоянному, питающему стабилитрон D4, и двум переключаемым, работающим на T1 и T4, данная схема нечувствительна к питающему напряжению. Оно должно быть лишь настолько высоким, чтобы при нормальной работе стабилитрона D4 можно было обеспечить достаточно высокое напряжение, возникающее на R4 или R8. Избыток напряжения откладывается как напряжение коллектор-эмиттер транзисторов T1, T4 и T6.
Между стоками и истоками силовых транзисторов T2 и T5 включены гасящие RC-цепи, так называемые снабберы. Они должны ограничивать перенапряжения, возникающие при переключении силовых транзисторов, что минимизирует риск их пробоя.
Монтаж и запуск
Полупроводниковое реле NO-NC собрано на односторонней печатной плате размерами 68 мм × 40 мм.
Рисунок дорожек и монтажная схема представлены как вариант на рисунке ниже. На расстоянии 3 мм от края платы расположены крепежные отверстия диаметром 3,2 мм каждое. Расстояние между монтажными отверстиями силовых транзисторов составляет 16 мм — эта информация может облегчить подбор подходящего радиатора.
Управляющий вход можно питать напряжением диапазон которого 3…15 В, и ток потребления 2…15 мА. В свою очередь, силовую часть схемы необходимо питать напряжением не менее 24 В, при этом потребление тока почти не зависит от напряжения и составляет около 6 мА.
Использованные в прототипе транзисторы типа IRF4905 характеризуются сопротивлением открытого канала порядка 20 мОм. Это означает, что без дополнительного охлаждения в виде радиатора через них может протекать ток силой до 7 А (выделяемая мощность 1 Вт), а после установки их на солидный радиатор этот ток можно увеличить.
По оценке, его максимальное значение может достигать до 20 А после увеличения сечений дорожек припоем. При столь высоких токах следует обратить внимание на разъёмы J2 и J3, поскольку их типовые версии рассчитаны на ток до 15.
