Защита бп от кз на полевом транзисторе: Защита блока питания от КЗ

Защита блока питания от КЗ

Схема защиты блока питания
  Предлагается вашему вниманию схема одного из вариантов защиты блока питания построенных на базе интегральных стабилизаторов из серии 78ХХ.
  Схема защиты работает просто, в повторении не вызовет трудностей и не содержит дефицитных деталей. За основу взят обычный триггер на двух биполярных транзисторах. При подаче питания транзистор Q2 открывается быстрее Q1 и триггер переходит в одно из двух стабильных своих состояний, это достигается благодаря конденсатору C1 включенному в цепь базы транзистора Q1. На коллекторе транзистора Q1 (он находится в запертом состоянии) появляется высокий уровень напряжения, который передаётся на базу транзистора Q3, отпирает его и следом отпирается силовой транзистор Q4 (составной, Дарлингтона). Таким образом питание начинает поступать в интегральный стабилизатор из серии 78ХХ и далее в нагрузку. При возникновении короткого замыкания в нагрузке база транзистора Q2 оказывается подключена к отрицательной шине питания через диод (Шоттки) D1, это приводит триггер во второе своё состояние, в следствие чего транзистор Q1 отпирается, на его коллекторе оказывается низкий уровень напряжения и далее запираются транзисторы Q3 и Q4, нагрузка обесточивается. После снятия причин возникновения короткого замыкания схема возвращается в исходное рабочее состояние путём нажатия кнопки Reset. Некоторые возразят, что в интегральных стабилизаторах серии 78ХХ уже имеется встроенная защита от перегрузки, зачем эта схема? Но при коротком замыкании микросхема будет ограничивать выходной ток, нагреется и уйдёт в защиту, не факт, что у вас качественный оригинальный экземпляр будет и микросхема не сгорит, со всеми печальными последствиями. В схеме вместо указанных маломощных транзисторов можно использовать и любые другие отечественные с подходящим рабочим напряжением. Вместо транзистора Q4 можно установить КТ825 или аналогичный.

Схемы электронных предохранителей для защиты от КЗ и перегрузки по току

Эффективные средства защиты источников питания от КЗ и перегрузки по току на
мощных полевых переключающих МОП-транзисторах.
Плавный пуск (Soft Start) — нужен ли он блоку питания с быстродействующей защитой.

На странице (ссылка на страницу) мы познакомились с несколькими простыми схемами электронных предохранителей, предназначенных для работы в составе блоков питания. Главное назначение этих устройств — защита как самих БП, так и подключаемых к ним узлов от короткого замыкания (КЗ) или превышения тока, которое может возникнуть в них в силу той или иной причины.

Основными преимуществами таких устройств защиты (по сравнению с плавкими предохранителями) являются возможность введения регулировки тока срабатывания и высокое быстродействие, позволяющее в большинстве случаев предотвратить выход из строя электронного оборудования.

Основной недостаток, как не странно, тот же самый — высокое быстродействие, приводящее к ложным срабатываниям в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке значительной ёмкостной составляющей (например, могучих электролитов, часто являющихся обязательным атрибутом многих усилителей мощности).
Перемещение этих электролитов с выхода на вход электронного предохранителя во многих случаях приводит к положительному результату, однако, если мы хотим поиметь универсальный блок питания с возможностью работы с различными устройствами, в том числе и с электролитами на борту, приходится озадачиваться и таким прибамбасом, как плавный пуск (или Soft Start по буржуйски).

Давайте более подробно рассмотрим две, на мой взгляд, наиболее удачные схемы электронных предохранителей, бегло описанных на странице по ссылке.
Схема, приведённая на Рис.1, относится к устройствам с резистивным датчиком тока, позволяющим заранее произвести точный расчёт номиналов элементов, а также ввести плавную (посредством переменного резистора) или ступенчатую (посредством переключателя) регулировку тока срабатывания.


Рис.1 Схема электронного предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки по току

На элементах Т1 и Т2 выполнен транзисторный аналог тиристора со стабильным напряжением срабатывания ~ 0,6В. Ток срабатывания этого тиристора, а соответственно и всего предохранителя зависит от номинала резистора R4, который рассчитывается по формуле: R4 (Ом) ≈ 0,6/Iср (А).
При желании ввести в электронный предохранитель плавную регулировку тока срабатывания, R4 следует заменить на цепочку из последовательно соединённых: постоянного резистора, рассчитанного на максимальный ток, и проволочного переменного номиналом, рассчитанным под минимальный ток срабатывания.

Суммарная мощность, рассеиваемая на этих резисторах при максимальном токе, равна Р(Вт) ≈ 0,6 * Iср (А).

При включении блока питания и условии отсутствия в нагрузке недопустимых токов предохранитель автоматически устанавливается в рабочее (открытое) состояние. При превышении тока напряжение на R4 достигает уровня открывания Т1 и транзисторный эквивалент тиристора (Т1, Т2) срабатывает и притягивает уровень напряжения на затворе Т3 к напряжению на его истоке, что приводит к закрыванию полевика.
Для возврата электронного предохранителя в рабочее (открытое) состояние необходимо: либо выключить и снова включить источник питания, дождавшись, когда напряжение на его выходе упадёт до нуля, либо нажать кнопку сброса S1.

Если входное напряжение, подаваемое на предохранитель, не превышает 20В, то цепочку R1 D1 допустимо исключить, а нижний вывод R3 подключить к минусу.

Применение источника тока на полевом транзисторе Т4 обусловлено желанием обеспечить ток через светодиод Led1 (индикатор наличия выходного напряжения) на постоянном уровне, независимо от приложенного к предохранителю напряжения. Если электронный предохранитель предполагается использовать при фиксированном напряжении питания, то для простоты этот транзистор можно заменить резистором.

Посредством несложных манипуляций в приведённое выше устройство можно добавить функцию плавный пуск (Soft Start), позволяющую электронному предохранителю избегать ложных срабатываний в начальный момент включения источника питания при наличии в нагрузке электролитических конденсаторов значительной ёмкости. Рассмотрим получившуюся схему на Рис.2.

Рис.2 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (положительная полярность)

В начальный момент включения источника питания конденсатор С3 замыкает цепь затвора полевого транзистора Т3 на его исток, заставляя его находиться в закрытом состоянии. По мере заряда конденсатора напряжение на нём (а соответственно и разница потенциалов между истоком и затвором) плавно растёт, что приводит к постепенному открыванию полевика. Длительность данного переходного процесса (от полного закрытия до полного открывания) составляет 15…20 миллисекунд, чего вполне достаточно для значительного снижения стартовых токов заряда даже очень ёмких электролитов, расположенных в нагрузке.

Для того чтобы после срабатывания защиты вернуть предохранитель в рабочее состояние и сохранить функцию плавного пуска, необходимо не только сбросить транзисторный аналог тиристора, но и дождаться полного разряда конденсатора С3. В связи с этим кнопка сброса перенесена в цепь питания и выполняет функцию обесточивания всего устройства, а дополнительный резистор R7 ускоряет разряд С3 до комфортных 0,3…0,4 секунд.

Диод D3 выполняет функцию устранения выбросов отрицательной полярности, возникающих на конденсаторе С3 при размыкании S1, а D2 — функцию отсечения этого конденсатора от цепи затвора при срабатывании защиты, что позволяет обойтись без потери быстродействия предохранителя. Диоды могут быть любыми с допустимыми напряжениями, превышающими величину напряжения питания.

Включение датчика тока и коммутирующего транзистора в цепь питания (в нашем случае — в положительную цепь), а не земляную шину позволяет с лёгкостью осуществить релизацию защитного устройства для двуполярных источников. Приведём схему предохранителя и для отрицательной шины двуполяного блока питания.

Рис.3 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки (отрицательная полярность)

Всем хороши эти устройства защиты с резистивными датчиками, особенно для цепей с умеренными токами (до 10А). Однако если возникает необходимость предохранять устройства, для которых рабочими являются токи в несколько десятков, а то и сотен ампер, то мощность, рассеиваемая на резистивном датчике, может оказаться чрезмерно высокой. Так, при максимальном токе в нагрузке равном 20А, на резисторе рассеется около 12Вт, а при токе 100А — 60Вт.

Уменьшать уровень срабатывания электронного предохранителя (скажем до 100мВ) посредством введения в схему чувствительного элемента ОУ или компаратора — не самая хорошая затея, ввиду того, что помехи, гуляющие по шинам земли и питания, в сильноточных цепях могут превышать эти пресловутые 100мВ. В таких ситуациях приходится искать другие решения.
Датчик магнитного поля — геркон и несколько сантиметров толстого провода могут стать выходом из положения в источниках питания с максимальными токами вплоть до десятков и сотен ампер.

Рис.4 Датчик тока на герконе

При прохождении тока через обмотку, намотанную поверх датчика (Рис.4), внутри неё возникает магнитное поле, которое приводит к замыканию контактов геркона.

Намотав обмотку из десяти (или любого другого количества) витков и измерив ток срабатывания геркона, можно масштабировать это значение на любой интересующий нас ток.
Так например, если геркон КЭМ-1 при десяти витках замыкается при токе через обмотку около 15А, то, намотав 2 витка, мы увеличим ток срабатывания в 5 раз, т. е. до 75 А, а перемещая геркон внутри катушки, сможем регулировать это ток в некоторых пределах вплоть до 85…90 А.
К достоинствам герконов также можно отнести и относительно высокое быстродействие. Время срабатывания у них, как правило, не превышает 1…2 миллисекунд.
Всё, что теперь остаётся — это нарисовать триггерную схему мощного транзисторного ключа, управляемого герконовым токовым датчиком.

Рис.5 Электронный предохранителя для защиты от КЗ и перегрузки с датчиком тока на герконе

Схема, приведённая на Рис.4, довольно универсальна и позволяет осуществлять защиту устройств от перегрузки в широком диапазоне входных напряжений (9…80 вольт) без изменения номиналов элементов.
Устройство состоит из транзисторной защёлки, выполненной на элементах Т1 и Т2, и находится в устойчивом состоянии до момента подачи на базу транзистора Т2 короткого положительного или отрицательного импульса.
Для того, чтобы включить электронный предохранитель необходимо нажать на нефиксируемый включатель S1, подав на базу Т2 импульс положительной полярности.
Срабатывает защита от импульса отрицательной полярности, который формируют контакты геркона SF1.
Мощный P-канальный полевой транзистор Т1 следует выбирать с некоторым запасом, исходя из тока срабатывания электронного предохранителя. Если транзистор не удовлетворяет токовым и мощностным характеристикам — допустимо использовать параллельное включение нескольких полупроводников.
Цепочка D1 R6 защищает полевик от недопустимых уровней Uзи при входных напряжениях свыше 20В. Если предохранитель предполагается использовать с меньшими подаваемыми напряжениями, то эту цепочку вполне допустимо исключить.

 

Блок питания с защитой от короткого замыкания

Сегодня бензиновые культиваторы пользуются большим спросом и их защита играет очень важную роль!

Для поиска короткого замыкания своими руками, не всегда нужно иметь при себе специальные приборы. В некоторых случаях можно обойтись и без проф. инструмента. Конечно на практике наших электриков бывали случаи, когда замыкание найти не удавалось. Но мы напишем про эти случаи в самом конце.

Визуальный осмотр Оплавления, запах
По хлопку Способ для опытных электриков с большими ушами
Вскрытие Разбор всей электрики и щитов
Прозвонка Вызванивание цепей мультиметром
Трассоискатель Проф оборудование и специально обученный человек

Визуальный осмотр

Первый и самый гуманный способ поиска короткого замыкания, – это визуальный осмотр. Конечно если вы не профессиональный электрик, то время так называемого визульного осмотра, может затянуться не на один день. Но, начать осмотр в первую очередь необходимо с «сердца» проводки — электрического щита. Потом необходимо выключить все электроприборы из розеток и перевести выключатели света в положение выкл. Внимательно осмотреть все розетки и открытые места коммутации. Также рекомендуется осмотреть распаечные коробки, при свободном доступе к ним. Характерным наличием КЗ может являться запах гари, например из розетки.

Сгоревшие розетки

Второй способ – по хлопку

Это самый простой и быстрый способ найти короткое замыкание. Многие, даже матёрые электрики, про него частенько забывают. Если в месте кроме щита с автоматом, происходит хлопок — значит замыкание нужно искать там. Конечно же у этого способа есть и свои минусы, которые нужно знать и понимать. При использовании такого метода главное не испортить оборудование или не сжечь всю проводку или квартиру.

Электрик большое ухо

Третий способ – Вскрытие

Не пугайтесь, вскрытие означает то, что вам необходимо вскрыть все розетки, распаечные коробки и другие места коммутации (люстры, светильники, выключатели). Конечно нужно учесть, что потом их придется собирать обратно.

Четвертый способ — прозвонка

Если визуальный поиск и вскрытие не помогает, следующим этапом поиска может быть прозвонка всех электрических цепей мультиметром. При помощи прозвонки можно локализовать проблемный участок цепи. При прозвонке, все цепи рассоединяются (то есть разбирается всё): размыкаются розетки, отключаются линии от автоматов, отсоединяются люстры, распутываются провода в распаечных коробках. После чего каждый участок цепи вызванивается на наличие короткого замыкания ОТДЕЛЬНО. Всё это необходимо делать последовательно – от простого к сложному.

Способ №5 — спец оборудование

Ну и высшей точкой профессионального поиска коротких замыканий, является поиск при помощи профессионального инструмента (и натренированного мозга). Профессиональный поиск замыкания осуществляется трассоискателем. Волшебный прибор сможет достаточно точно показать место замыкания. Конечно перед работой с трассоискателем, необходимо произвести подготовительные работы и обладать некоторыми навыками хорошего электрика.

Какими бывают защитные устройства

Классификация устройств, которые делают безопасными электрические сети, довольно сложна. По той причине, что одно и то же устройство применяется в различных областях и с разными целями. А алгоритм их работы нередко состоит из нескольких этапов, каждый из которых может быть использован для защиты как единственный метод. Основными критериями классификации являются:

  • По сфере применения – для защиты людей или технических устройств.
  • По способу реакции – пассивные и активные.

В подавляющем большинстве случаев принцип их работы основан на физическом проявлении действия электрического тока – нагреве или притягивании металлических деталей в поле действия магнитного поля, им порожденного.

Устройство и принцип действия

Принцип работы заключается в срабатывании датчика (реле) тока при превышении Iуставки на защищаемом участки линии, после чего для обеспечения селективности с определенной задержкой срабатывает реле времени.

Где она применяется? Максимальную токовую защиту устанавливают в начале линии, то есть со стороны генератора или трансформатора питающей подстанции.

Важно! Зона действия МТЗ лежит в пределах между источником питания (ТП или генератором) и потребителем (ТП или другим ВВ оборудованием). При этом она устанавливается со стороны источника, а не потребителя

Но зоны действия ступеней могут пересекаться друг с другом. Например, 1 ступень часто перекрывает зону действия второй ступени вблизи от разъединителя, где Iкз почти равны с предыдущим участком линии.

Выдержка времени срабатывания защиты подбирается так, что первая ступень (на питающей ТП) срабатывает через самый большой промежуток времени, а каждая последующая быстрее предыдущей.

Интересно: разница выдержки времени срабатывания на ближайшей к источнику питания от следующей после нее МТЗ называется ступенью селективности.

Обеспечение селективности важно для бесперебойной подачи электропитания по как можно большему количеству электрических линий. С её помощью отключаемая часть уменьшается и локализуется на участке между коммутационными аппаратами как можно ближайшими к поврежденному участку

При этом, при возникновении кратковременных самоустраняемых перегрузок, связанных с пуском мощных электродвигателей, выдержка времени и отключение по минимальному напряжению должны обеспечить подачу электроэнергии в сеть без её отключения. При КЗ, напряжения резко уменьшаются, а при пуске двигателей такой просадки обычно не происходит.

Выбор уставок по току происходит по наименьшему Iкз из всей цепи, учитывая особенности работы подключенного оборудования. Это нужно опять же для того, чтобы максимальная токовая защита не сработала при самозапуске электродвигателей.

Перегрузка может возникнуть по трем причинам:

  1. При однофазном замыкании на землю.
  2. При многофазном замыкании.
  3. При перегрузки линии из-за повышенного потребления мощности.

Итак, максимальная токовая защита необходима для предотвращения разрушения линий электропередач, жил кабелей и шин на подстанциях и потребителях электроэнергии, таких как мощные электродвигатели 6 или 10 кВ и прочие электроустановки.

Организация контура заземления в частном секторе

Не секрет, что сегодня многие квартируют в собственных домах. Не всегда проектирующие организации предусматривают все. В электрическом проекте дома может отсутствовать проверка контура заземления. Можно достаточно качественно собрать эту конструкцию самостоятельно. Для этого понадобятся немного арматуры, хорошая лопата и умелые руки. Необходимо вырыть во дворе ров любой формы глубиной порядка одного метра и шириной около трети метра. Длина ямы должна быть не менее 8 метров. Через каждые полтора метра в дно ямы вбиваются стержни арматуры длиной 50 см. Вся конструкция напоминает ленточно-свайный фундамент, поэтому для людей, следующих в строительстве, сама картина не будет нова.

Контур заземления

Вбитые стержни арматуры нужно объединить между собой стальным профилем любой формы и достаточно большого сечения. Как правило, подойдут практически любые уголки

Важно, чтобы в месте сварки был надежный электрический контакт. Можно ли соединить углы проволокой, как делают с арматурой наливного фундамента? Мы не гарантируем, что через какое-то время такая конструкция не выйдет из строя

Наверняка углы проржавеют, и электрический контакт потеряется.

Собранную конструкцию нужно соединить с домовой шиной заземления достаточно толстым медным проводом. Не имеет значения одна жила имеется или несколько, главное, чтобы сопротивление было достаточно малым. Это может быть, к примеру, обычный медный провод для внешнего монтажа сравнительно большого сечения. Допустим, 6 квадратных миллиметров.

После сборки контура заземления необходимо проверить его сопротивление. Нормальное значение должно составлять доли Ома. Наверняка у многих не имеется дома специального оборудования для измерения сопротивления заземления. На этот случай радиолюбители предлагают использовать весьма оригинальный метод. Для этого неплохо бы под рукой иметь трансформатор, чтобы не перегрузить сеть. Выходное напряжение его может быть достаточно стандартным, например, 9, 12 или 27 вольт. Через сопротивление небольшого номинала допустим, 50 ом, мы начинаем пропускать ток сквозь наш контур заземления. В результате образуется резистивный делитель, значения плеч которого пропорциональны падающему здесь напряжению.

Затем нужно измерить падение напряжения на нашем сопротивлении. Допустим, что при номинале 27 вольт у нас получился значение 26,8. Теперь мы можем посчитать сопротивление нашего заземления из простой пропорции. 26,8/0,2 = 50/R, где R и является искомым значением. В результате получается 0,37 Ом. Вычисленная величина немного превышает желаемое значение. Поэтому со стороны присоединения шины контура заземления можно выкопать ров в другую сторону и дополнительно в контур вбить арматуру и сварить стальным профилем. Это увеличит контакт конструкции с землей, что приведет к снижению сопротивления до заданного значения. Напоминаем, что это 0,1 Ома.

Внутри помещений лепесток каждой розетки должен присоединяться к смонтированной шине заземления. Отдельно нужно поговорить про кухню и ванную комнату. В этих местах полагается по стандарту монтировать системы уравнивания потенциалов. Столь грозно звучащие слова на самом деле означают лишь то, что все металлические части, контактирующие с водой, объединяются между собой медными жилами достаточно большого сечения. В свою очередь оба контура уравнивания потенциалов объединяются между собой и вместе присоединяются к шине заземления дома.

Короткое замыкание

Когда найти замыкание не предоставляется возможным

Иногда найти короткое замыкание просто невозможно. И в некоторых случаях даже профессиональный трассоискатель не сможет помочь. Приходиться прокладывать новую линию, менять автоматы или менять проводку целиком. Обычно это бывает из-за сверх неквалифицированного монтажа электрики. Например большие скрутки различных проводов прячутся под толстым слоем раствора и замурованы где-нибудь глубоко в стене (или полу). При чем эти скрутки служат, так называемым коммутационным узлом, от которого во все стороны расходится проводка по квартире.  Сверху можно добавить нарушенную изоляцию проводов и растекание тока по перекрытиям. Такие чудеса случаются, и к несчастью владельцев таких ремонтов — это не лечиться никакими приборами и электриками.

Подпишись на RSS и получай обновления блога!

Получать обновления по электронной почте:

    • Транзисторный ключ с ограничением тока
      3 июня 2020
    • Зарядное для аккумуляторов шуруповерта на базе XL4015
      5 апреля 2020
    • Зарядное для авто со стабилизацией тока на L200
      19 марта 2020
    • Индикатор шестиразрядный на TM1637
      13 марта 2020
    • Регулируемый стабилизатор тока на L200
      11 марта 2020
    • Зарядное устройство для автомобильных аккумуляторов — 237 415 просмотров
    • Стабилизатор тока на LM317 — 173 565 просмотров
    • Стабилизатор напряжения на КР142ЕН12А — 124 884 просмотров
    • Реверсирование электродвигателей — 101 711 просмотров
    • Зарядное для аккумуляторов шуруповерта — 98 414 просмотров
    • Карта сайта — 96 063 просмотров
    • Зарядное для шуруповерта — 88 427 просмотров
    • Самодельный сварочный аппарат — 87 815 просмотров
    • Схема транзистора КТ827 — 82 457 просмотров
    • Регулируемый стабилизатор тока — 81 416 просмотров
    • DC-DC (4)
    • Автомат откачки воды из дренажного колодца (5)
    • Автоматика (34)
    • Автомобиль (3)
    • Антенны (2)
    • Ассемблер для PIC16 (3)
    • Блоки питания (30)
    • Бурение скважин (6)
    • Быт (11)
    • Генераторы (1)
    • Генераторы сигналов (8)
    • Датчики (4)
    • Двигатели (7)
    • Для сада-огорода (11)
    • Зарядные (17)
    • Защита радиоаппаратуры (8)
    • Зимний водопровод для бани (2)
    • Измерения (34)
    • Импульсные блоки питания (2)
    • Индикаторы (6)
    • Индикация (10)
    • Как говаривал мой дед … (1)
    • Коммутаторы (6)
    • Логические схемы (1)
    • Обратная связь (1)
    • Освещение (3)
    • Программирование для начинающих (16)
    • Программы (1)
    • Работы посетителей (7)
    • Радиопередатчики (2)
    • Радиостанции (1)
    • Регуляторы (5)
    • Ремонт (1)
    • Самоделки (12)
    • Самодельная мобильная пилорама (3)
    • Самодельный водопровод (7)
    • Самостоятельные расчеты (37)
    • Сварка (1)
    • Сигнализаторы (5)
    • Справочник (13)
    • Стабилизаторы (16)
    • Строительство (2)
    • Таймеры (4)
    • Термометры, термостаты (27)
    • Технологии (21)
    • УНЧ (2)
    • Формирователи сигналов (1)
    • Электричество (4)
    • Это пригодится (12)
  • Архивы
    Выберите месяц Июнь 2020  (1) Апрель 2020  (1) Март 2020  (3) Февраль 2020  (2) Декабрь 2019  (2) Октябрь 2019  (3) Сентябрь 2019  (3) Август 2019  (4) Июнь 2019  (4) Февраль 2019  (2) Январь 2019  (2) Декабрь 2018  (2) Ноябрь 2018  (2) Октябрь 2018  (3) Сентябрь 2018  (2) Август 2018  (3) Июль 2018  (2) Апрель 2018  (2) Март 2018  (1) Февраль 2018  (2) Январь 2018  (1) Декабрь 2017  (2) Ноябрь 2017  (2) Октябрь 2017  (2) Сентябрь 2017  (4) Август 2017  (5) Июль 2017  (1) Июнь 2017  (3) Май 2017  (1) Апрель 2017  (6) Февраль 2017  (2) Январь 2017  (2) Декабрь 2016  (3) Октябрь 2016  (1) Сентябрь 2016  (3) Август 2016  (1) Июль 2016  (9) Июнь 2016  (3) Апрель 2016  (5) Март 2016  (1) Февраль 2016  (3) Январь 2016  (3) Декабрь 2015  (3) Ноябрь 2015  (4) Октябрь 2015  (6) Сентябрь 2015  (5) Август 2015  (1) Июль 2015  (1) Июнь 2015  (3) Май 2015  (3) Апрель 2015  (3) Март 2015  (2) Январь 2015  (4) Декабрь 2014  (9) Ноябрь 2014  (4) Октябрь 2014  (4) Сентябрь 2014  (7) Август 2014  (3) Июль 2014  (2) Июнь 2014  (6) Май 2014  (4) Апрель 2014  (2) Март 2014  (2) Февраль 2014  (5) Январь 2014  (4) Декабрь 2013  (7) Ноябрь 2013  (6) Октябрь 2013  (7) Сентябрь 2013  (8) Август 2013  (2) Июль 2013  (1) Июнь 2013  (2) Май 2013  (4) Апрель 2013  (7) Март 2013  (7) Февраль 2013  (7) Январь 2013  (11) Декабрь 2012  (7) Ноябрь 2012  (5) Октябрь 2012  (2) Сентябрь 2012  (10) Август 2012  (14) Июль 2012  (5) Июнь 2012  (21) Май 2012  (13) Апрель 2012  (4) Февраль 2012  (6) Январь 2012  (6) Декабрь 2011  (2) Ноябрь 2011  (9) Октябрь 2011  (14) Сентябрь 2011  (22) Август 2011  (1) Июль 2011  (5)

Устройство защиты от короткого замыкания

Устройство может быть электронным, электромеханическим или простым предохранителем. Электронные устройства в основном применяются в сложных электронных приборах, и мы рассматривать в рамках этой статьи их не будем. Остановимся на предохранителях и электромеханических устройствах. Для защиты бытовой электросети сначала применялись предохранители. Мы привыкли их видеть в виде «пробок» в электрощите.

Их было несколько типов, но вся защита сводилась к тому, что внутри этой «пробки» находился тонкий медный проводок, который перегорал, когда происходило короткое замыкание. Нужно было бежать в магазин, покупать предохранитель или хранить дома, возможно, не скоро потребующийся запас предохранителей. Это было неудобно. И на свет появились автоматические выключатели, которые сначала выглядели тоже как «пробки».

Это был простейший электромеханический автоматический выключатель. Выпускались они на разные токи, но максимальным значением было 16 ампер. Вскоре потребовались более высокие значения, да и технический прогресс позволил выпускать автоматы такими, какими мы сейчас их видим в большинстве электрических щитков наших домов.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в , стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности . В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Как предотвратить КЗ, защита от него

Так как КЗ – это аварийный режим, то существуют способы защиты от этого опасного процесса и его предотвращения:

  • Быстродействующая электромагнитная или электронная защита от мгновенного увеличения тока в нагрузке или линии, которая максимально быстро отключит аварийный участок цепи от напряжения. Для этого используются автоматические выключатели, предохранители, дифференциальные автоматы. В домашних условиях для защиты от КЗ достаточно установить на группу приборов правильно рассчитанный автоматический выключатель (АВ).
  • Для высоковольтных линий и силовых цепей подстанций используются масляные (вакуумные и другие) аппараты коммутации с настроенной и проверенной защитой от резкого увеличения тока на отходящих линиях.

Способ предотвращения короткого замыкания в тот момент, когда этот процесс уже произошел, простой: он заключается в немедленном автоматическом отключении участка цепи от напряжения. В принципе, любой автоматический выключатель имеет внутри конструкции электромагнитный разцепитель, который при превышении номинального тока разрывает цепь нагрузки достаточно эффективно и быстро.

Важно! Защита от КЗ должна быть надёжной и быстродействующей, это два основных правила безопасной эксплуатации электрических цепей

Итог

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

Прикрепленные файлы:

Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank

Практически каждый начинающий радиолюбитель стремится вначале своего творчества сконструировать сетевой блок питания, чтобы впоследствии использовать его для питания различных экспериментальных устройств. И конечно, хотелось бы, чтобы этот блок питания «подсказывал» об опасности выхода из строя отдельных узлов при ошибках или неисправностях монтажа.

На сегодняшний день существует множество схем, в том числе и с индикацией короткого замыкания на выходе. Подобным индикатором в большинстве случаев обычно служит лампа накаливания, включенная в разрыв нагрузки. Но подобным включением мы увеличиваем входное сопротивление источника питания или, проще говоря, ограничиваем ток, что в большинстве случаев, конечно, допустимо, но совсем не желательно.

Схема, изображенная на рис.1, не только сигнализирует о коротком замыкании, абсолютно не влияя на выходное сопротивление устройства, но и автоматически отключает нагрузку при закорачивании выхода. Кроме того, светодиод HL1 напоминает, что устройство включено в сеть, a HL2 светится при перегорании плавкого предохранителя FU1, указывая на необходимость его замены.

Электрическая принципиальная схема самодельного блока питания с защитой от коротких замыканий

Рассмотрим работу самодельного блока питания
. Переменное напряжение, снимаемое со вторичной обмотки Т1, выпрямляется диодами VD1…VD4, собранными по мостовой схеме. Конденсатеры С1 и С2 препятствуют проникновению в сети высокочастотных помех, а оксидный конденсатор С3 сглаживает пульсации напряжения, поступающего на вход компенсационного стабилизатора, собранного на VD6, VT2, VT3 и обеспечивающего на выходе стабильное напряжение 9 В.

Напряжение стабилизации можно изменить, подбирая стабилитрон VD6, например, при КС156А оно составит 5 В, при Д814А — 6 В, при ДВ14Б — В В, при ДВ14Г -10 В, при ДВ14Д -12 В. При желании выходное напряжение можно сделать регулируемым, для этого между анодом и катодом VD6 включают переменный резистор сопротивлением 3-5 кОм, а базу VT2 подключают к движку этого резистора.

Рассмотрим работу защитного устройстваблока питания
. Узел защиты от КЗ в нагрузке состоит из германиевого п-р-п транзистора VT1, электромагнитного реле К1, резистора R3 и диода VD5. Последний в данном случае выполняет функцию стабистора, поддерживающего на базе VT1 неизменное напряжение около 0,6 — 0,7 В относительно общего.

В обычном режиме работы стабилизатора транзистор узла защиты надежно закрыт, так как напряжение на его базе относительно эмиттера отрицательное. При возникновении короткого замыкания эмиттер VT1, как и эмиттер регулирующего VT3, оказывается соединенным с общим минусовым проводом выпрямителя.

Другими словами, напряжение на его базе относительно эмиттера становится положительным, вследствие чего VT1 открывается, срабатывает К1 и своими контактами отключает нагрузку, светится светодиод HL3. После устранения короткого замыкания напряжение смещения на эмиттерном переходе VT1 снова становится отрицательным и он закрывается, реле К1 обесточивается, подключая нагрузку к выходу стабилизатора.

Детали для изготовления блока питания.
Электромагнитное реле любое с возможно меньшим напряжением срабатывания. В любом случае должно соблюдаться одно непременное условие: вторичная обмотка Т1 должна выдавать напряжение, равное сумме напряжений стабилизации и срабатывания реле, т.е. если напряжение стабилизации, как в данном случае 9 В, а U
сраб реле 6 В, то на вторичной обмотке должно быть не менее 15 В, но и не превышать допустимое на коллекторе-эмиттере применяемого транзистора. В качестве Т1 на опытном образце автор использовал ТВК-110Л2. Печатная плата устройства изображена на рис.2.

Печатная плата блока питания

Это невероятно полезное приспособление, которое защитит ваш дом от короткого замыкания при проверке каких-либо тестируемых приборов. Бывают случаи, когда необходимо проверить электроприбор на отсутствие КЗ, к примеру, после ремонта. И чтобы не подвергать свою сеть опасности, подстраховаться и избежать неприятных последствий, как раз и поможет это очень простое устройство.

Помогла ли вам статья?

Задать вопрос

Пишите ваши рекомендации и задавайте вопросы в комментариях

Схемы защиты блоков питания. Защита от кз на полевом транзисторе. Добавляем реализм в систему защиты

Интегральная микросхема (ИМС) КР142ЕН12А представляет собой регулируемый стабилизатор напряжения компенсационного типа в корпусе КТ-28-2, который позволяет питать устройства током до 1,5 А в диапазоне напряжений 1,2…37 В. Этот интегральный стабилизатор имеет термостабильную защиту по току и защиту выхода от короткого замыкания.

На основе ИМС КР142ЕН12А можно построить регулируемый блок питания, схема которого (без трансформатора и диодного моста) показана на рис.2 . Выпрямленное входное напряжение подается с диодного моста на конденсатор С1. Транзистор VT2 и микросхема DA1 должны располагаться на радиаторе.

Теплоотводящий фланец DA1 электрически соединен с выводом 2, поэтому если DAT и транзистор VD2 расположены на одном радиаторе, то их нужно изолировать друг от друга.

В авторском варианте DA1 ус-тановлена на отдельном небольшом радиаторе, который гальванически не связан с радиатором и транзистором VT2. Мощность, рассеиваемая микросхемой с теплоотводом, не должна превышать 10 Вт. Резисторы R3 и R5 образуют делитель напряжения, входящий в измерительный элемент стабилизатора. На конденсатор С2 и резистор R2 (служит для подбора термостабильной точки VD1) подается стабилизированное отрицательное напряжение -5 В. В авторском варианте напряжение подается от диод-ного моста КЦ407А и стабилизатора79L05, питающихся от отдельной обмотки силового трансформатора.

Для защиты от замыкания выходной цепи стабилизатора достаточно подключить параллельно резистору R3 электролитический конденсатор емкостью не менее 10 мкФ, а резистор R5 зашунтировать диодом КД521А. Расположение деталей некритично, но для хорошей температурной стабильности необходимо применить соответствующие типы резисторов. Их надо располагать как можно дальше от источников тепла. Общая стабильность выходного напряжения складывается из многих факторов и обычно не превышает 0,25% после прогрева.

После включения и прогрева устройства минимальное выходное напряжение 0 В устанавливают резистором Rao6. Резисторы R2 (рис.2 ) и резистор Rno6 (рис.3 ) должны быть многооборотными подстроечными из серии СП5.

Возможности по току у микросхемы КР142ЕН12А ограничены 1,5 А. В настоящее время в продаже имеются микросхемы с аналогичными параметрами, но рассчитанные на больший ток в нагрузке, например LM350 — на ток 3 A, LM338 — на ток 5 А. В последнее время в продаже появились импортные микросхемы из серии LOW DROP (SD, DV, LT1083/1084/1085). Эти микросхемы могут работать при пониженном напряжении между входом и выходом (до 1… 1,3 В) и обеспечивают на выходе стабилизированное напряжение в диапазоне 1,25…30 В при токе в нагрузке7,5/5/3 А соответственно. Ближайший по параметрам отечественный аналог типа КР142ЕН22 имеет максимальный ток стабилизации 7,5 А. При максимальном выходном токе, режим стабилизации гарантируется производителем при напряжении вход-выход не менее 1,5 В. Микросхемы также имеют встроенную защиту от превышения тока в нагрузке допустимой величины и тепловую защиту от перегрева корпуса. Данные стабилизаторы обеспечивают нестабильность выходного напряжения 0,05%/В, нестабильность выходного напряжения при изменении выходного тока от 10 мА до максимального значения не хуже 0,1%/В. На рис.4 показана схема БП для домашней лаборатории, позволяющая обойтись без транзисторов VT1 и VT2, показанных на рис.2.


Вместо микросхемы DA1 КР142ЕН12А применена микросхема КР142ЕН22А. Это регулируемый стабилизатор с малым падением напряжения, позволяющий получить в нагрузке ток до 7,5 А. Например, входное напряжение, подаваемое на микросхему, Uin=39 В, выходное напряжение на нагрузке Uout=30 В, ток на нагрузке louf=5 А, тогда максимальная рассеиваемая микросхемой мощность на нагрузке составляет 45 Вт. Электролитический конденсатор С7 применяется для снижения выходного импеданса на высоких частотах, а также понижает уровень напряжения шумов и улучшает сглаживание пульсаций. Если этот конденсатор танталовый, то его номинальная емкость должна быть не менее 22 мкФ, если алюминиевый — не менее 150 мкФ. При необходимости емкость конденсатора С7 можно увеличить. Если электролитический конденсатор С7 расположен на расстоянии более 155 мм и соединен с БП проводом сечением менее 1 мм, тогда на плате параллельно конденсатору С7, бли-же к самой микросхеме, устанавливают дополнительный электролитический конденсатор емкостью не менее 10мкФ. Емкость конденсатора фильтра С1 можно определить приближенно, из расчета 2000 мкФ на 1 А выходного тока (при напряжении не менее 50 В). Для снижения температурного дрейфа выходного напряжения резистор R8 должен быть либо проволочный, либо металлофольгированный с погрешностью не хуже 1%. Резистор R7 того же типа, что и R8. Если стабилитрона КС113А в наличии нет, можно применить узел, показанный на рис.3. Схемное решение защиты, приведенное в , автора вполне устраивает, так как работает безотказно и проверено на практике. Можно использовать любые схемные решения защиты БП, например предложенные в . В авторском варианте при срабатывании реле К1 замыкаются контакты К 1.1, закорачивая резистор R7, и напряжение на выходе БП становится равным 0 В. Печатная плата БП и расположение элементов показаны на рис.5, внешний вид БП — на рис.6.

Многие самодельные блоки имеют такой недостаток, как отсутствие защиты от переполюсовки питания. Даже опытный человек может по невнимательности перепутать полярность питания. И есть большая вероятность что после этого зарядное устройство придет в негодность.

В этой статье будет рассмотрено 3 варианта защит от переполюсовки , которые работают безотказно и не требуют никакой наладки.

Вариант 1

Это защита наиболее простая и отличается от аналогичных тем, что в ней не используются никакие транзисторы или микросхемы. Реле, диодная развязка – вот и все ее компоненты.

Работает схема следующим образом. Минус в схеме общий, поэтому будет рассмотрена плюсовая цепь.

Если на вход не подключен аккумулятор, то реле находится в разомкнутом состоянии. При подключении аккумулятора плюс поступает через диод VD2 на обмотку реле, вследствие чего контакт реле замыкается, и основной ток заряда протекает на аккумулятор.

Одновременно загорается зеленый светодиодный индикатор, свидетельствуя о том, что подключение правильное.

И если теперь убрать аккумулятор, то на выходе схемы будет напряжение, поскольку ток от зарядного устройства будет продолжать поступать через диод VD2 на обмотку реле.

Если перепутать полярность подключения, то диод VD2 окажется заперт и на обмотку реле не поступит питание. Реле не сработает.

В этом случае загорится красный светодиод, который нарочно подключен неправильным образом. Он будет свидетельствовать о том, что нарушена полярность подключения аккумулятора.

Диод VD1 защищает цепь от самоиндукции, которая возникает при отключении реле.

В случае внедрения такой защиты в , стоит взять реле на 12 В. Допустимый ток реле зависит только от мощности . В среднем стоит использовать реле на 15-20 А.

Эта схема до сих пор не имеет аналогов по многим параметрам. Она одновременно защищает и от переполюсовки питания, и от короткого замыкания.

Принцип работы этой схемы следующий. При нормальном режиме работы плюс от источника питания через светодиод и резистор R9 открывает полевой транзистор, и минус через открытый переход «полевика» поступает на выход схемы к аккумулятору.

При переполюсовке или коротком замыкании ток в цепи резко возрастает, вследствие чего образуется падение напряжения на «полевике» и на шунте. Такое падение напряжение достаточно для срабатывания маломощного транзистора VT2. Открываясь, последний запирает полевой транзистор, замыкая затвор с массой. Одновременно загорается светодиод, поскольку питание для него обеспечивается открытым переходом транзистора VT2.

Из-за высокой скорости реагирования эта схема гарантированно защитит при любой проблеме на выходе.

Схема очень надежна в работе и способна оставаться в состоянии защиты бесконечно долгое время.

Это особо простая схема, которую даже схемой трудно назвать, поскольку в ней использовано всего 2 компонента. Это мощный диод и предохранитель. Этот вариант вполне жизнеспособен и даже применяется в промышленных масштабах.

Питание с зарядного устройства через предохранитель поступает на аккумулятор. Предохранитель подбирается исходя из максимального тока зарядки. Например, если ток 10 А, то предохранитель нужен на 12-15 А.

Диод подключен параллельно и закрыт при нормальной работе. Но если перепутать полярность, диод откроется и случится короткое замыкание.

А предохранитель – это слабое звено в этой схеме, который сгорит в тот же миг. Его после этого придется менять.

Диод следует подбирать по даташиту исходя из того, что его максимальный кратковременный ток был в несколько раз больше тока сгорания предохранителя.

Такая схема не обеспечивает стопроцентную защиту, поскольку бывали случаи, когда зарядное устройство сгорало быстрее предохранителя.

Итог

С точки зрения КПД, первая схема лучше других. Но с точки зрения универсальности и скорости реагирования, лучший вариант – это схема 2. Ну а третий вариант часто применяется в промышленных масштабах. Такой вариант защиты можно увидеть, к примеру, на любой автомагнитоле.

Все схемы, кроме последней, имеют функцию самовосстановления, то есть работа восстановится, как только будет убрано короткое замыкание или изменится полярность подключения аккумулятора.

Прикрепленные файлы:

Как сделать простой Повер Банк своими руками: схема самодельного power bank

Современные мощные переключательные транзисторы имеют очень маленькие сопротивления сток-исток в открытом состоянии, это обеспечивает малое падение напряжения при прохождении через эту структуру больших токов. Это обстоятельство позволяет использовать такие транзисторы в электронных предохранителях.

Например, транзистор IRL2505 имеет сопротивление сток-исток, при напряжении исток-затвор 10В, всего 0,008 Ом. При токе 10А на кристалле такого транзистора будет выделяться мощность P=I² R; P = 10 10 0,008 = 0,8Вт. Это говорит о том, что при данном токе транзистор можно устанавливать без применения радиатора. Хотя я всегда стараюсь ставить хотя бы небольшие теплоотводы. Это во многих случаях позволяет защитить транзистор от теплового пробоя при внештатных ситуациях. Этот транзистор применен в схеме защиты описанной в статье « ». При необходимости можно применить радиоэлементы для поверхностного монтажа и сделать устройство виде небольшого модуля. Схема устройства представлена на рисунке 1. Она рассчитывалась на ток до 4А.

Схема электронного предохранителя

В данной схеме в качестве ключа использован полевой транзистор с р каналом IRF4905, имеющий сопротивление в открытом состоянии 0,02 Ом, при напряжении на затворе = 10В.

В принципе этой величиной ограничивается и минимальное напряжение питания данной схемы. При токе стока, равном 10А, на нем будет выделяться мощность 2 Вт, что повлечет за собой необходимость установки небольшого теплоотвода. Максимальное напряжение затвор-исток у этого транзистора равно 20В, поэтому для предотвращения пробоя структуры затвор-исток, в схему введен стабилитрон VD1, в качестве которого можно применить любой стабилитрон с напряжение стабилизации 12 вольт. Если напряжение на входе схемы будет менее 20В, то стабилитрон из схемы можно удалить. В случае установки стабилитрона, возможно, потребуется коррекция величины резистора R8. R8 = (Uпит — Uст)/Iст; Где Uпит – напряжение на входе схемы, Uст – напряжение стабилизации стабилитрона, Iст – ток стабилитрона. Например, Uпит = 35В, Uст = 12В, Iст = 0,005А. R8 = (35-12)/0,005 = 4600 Ом.

Преобразователь ток — напряжения

В качестве датчика тока в схеме применен резистор R2, чтобы уменьшить мощность, выделяющуюся на этом резисторе, его номинал выбран всего в одну сотую Ома. При использовании SMD элементов его можно составить из 10 резисторов по 0,1 Ом типоразмера 1206, имеющих мощность 0,25Вт. Применение датчика тока с таким малым сопротивление повлекло за собой применение усилителя сигнала с этого датчика. В качестве усилителя применен ОУ DA1.1 микросхемы LM358N.

Коэффициент усиления этого усилителя равен (R3 + R4)/R1 = 100. Таким образом, с датчиком тока, имеющим сопротивление 0,01 Ом, коэффициент преобразования данного преобразователя ток – напряжения равен единице, т.е. одному амперу тока нагрузки равно напряжение величиной 1В на выходе 7 DA1.1. Корректировать Кус можно резистором R3. При указанных номиналах резисторов R5 и R6, максимальный ток защиты можно установить в пределах… . Сейчас посчитаем. R5 + R6 = 1 + 10 = 11кОм. Найдем ток, протекающий через этот делитель: I = U/R = 5А/11000Ом = 0,00045А. Отсюда, максимальное напряжение, которое можно выставить на выводе 2 DA1, будет равно U = I x R = 0,00045А x 10000Ом = 4,5 B. Таким образом, максимальный ток защиты будет равен примерно 4,5А.

Компаратор напряжения

На втором ОУ, входящем в состав данной МС, собран компаратор напряжения. На инвертирующий вход этого компаратора подано регулируемое резистором R6 опорное напряжение со стабилизатора DA2. На неинвертирующий вход 3 DA1.2 подается усиленное напряжение с датчика тока. Нагрузкой компаратора служит последовательная цепь, светодиод оптрона и гасящий регулировочный резистор R7. Резистором R7 выставляют ток, проходящий через эту цепь, порядка 15 мА.

Работа схемы

Работает схема следующим образом. Например, при токе нагрузки в 3А, на датчике тока выделится напряжение 0,01 х 3 = 0,03В. На выходе усилителя DA1.1 будет напряжение, равное 0,03В х 100 = 3В. Если в данном случае на входе 2 DA1.2 присутствует опорное напряжение выставленное резистором R6, меньше трех вольт, то на выходе компаратора 1 появится напряжение близкое к напряжению питания ОУ, т.е. пять вольт. В результате засветятся светодиод оптрона. Откроется тиристор оптрона и зашунтирует затвор полевого транзистора с его истоком. Транзистор закроется и отключит нагрузку. Вернуть схему в исходное состояние можно кнопкой SB1 или выключением и повторным включением БП.

Когда мы включаем , напряжения на выходе не сразу достигают нужного значения, а примерно через 0.02 секунды, и чтобы исключить подачу пониженного напряжения на компоненты ПК, существует специальный сигнал «power good», также иногда называемый «PWR_OK» или просто «PG», который подаётся, когда напряжения на выходах +12В, +5В и +3.3В достигают диапазона корректных значений. Для подачи этого сигнала выделена специальная линия на ATX разъёме питания, подключаемого к (№8, серый провод).

Ещё одним потребителем этого сигнала является схема защиты от подачи пониженного напряжения (UVP) внутри БП, о которой ещё пойдёт речь – если она будет активна с момента включения на БП, то она просто не даст компьютеру включиться, сразу отключая БП, поскольку напряжения будут заведомо ниже номинальных. Поэтому эта схема включается только с подачей сигнала Power Good.

Этот сигнал подаётся схемой мониторинга или ШИМ-контроллером (широтно-импульсная модуляция, применяемая во всех современных импульсных БП, из-за чего они и получили своё название, английская аббревиатура – PWM, знакомая по современным кулерам – для управления их частотой вращения подаваемый на них ток модулируется подобным образом.)

Диаграмма подачи сигнала Power Good согласно спецификации ATX12V.
VAC — входящее переменное напряжение, PS_ON# — сигнал «power on», который подаётся при нажатии кнопки включения на системном блоке.»O/P» — сокращение для «operating point», т.е. рабочее значение. И PWR_OK — это и есть сигнал Power Good. T1 меньше чем 500 мс, T2 находится между 0.1 мс и 20 мс, T3 находится между 100 мс and 500 мс, T4 меньше или равно 10 мс, T5 больше или равно 16 мс и T6 больше или равно 1 мс.

Защита в обоих случаях реализована при помощи одной и той же схемы, мониторящей выходные напряжения +12В, +5В и 3.3В и отключающей БП в случае если одно из них окажется выше (OVP — Over Voltage Protection) или ниже (UVP — Under Voltage Protection) определённого значения, которое также называют «точкой срабатывания». Это основные типы защиты, которые в настоящее время присутствуют фактически во всех , более того, стандарт ATX12V требует наличия OVP.

Некоторую проблему составляет то, что и OVP, и UVP обычно сконфигурированы так, что точки срабатывания находятся слишком далеко от номинального значения напряжения и в случае с OVP это является прямым соответствием стандарту ATX12V:

Выход Минимум Обычно Максимум
+12 V 13.4 V 15.0 V 15.6 V
+5 V 5.74 V 6.3 V 7.0 V
+3.3 V 3.76 V 4.2 V 4.3 V

Т.е. можно сделать БП с точкой срабатывания OVP по +12В на 15.6В, или +5В на 7В и он всё ещё будет совместим со стандартом ATX12V.

Такой будет длительное время выдавать, допустим, 15В вместо 12В без срабатывания защиты, что может привести к выходу из строя компонентов ПК.

С другой стороны, стандарт ATX12V чётко оговаривает, что выходные напряжения не должны отклоняться более чем на 5% от номинального значения, но при этом OVP может быть конфигурирована производителем БП на срабатывание при отклонении в 30% по линиям +12В и +3.3В и в 40% — по линии +5В.

Производители выбирают значения точек срабатывания используя ту или иную микросхему мониторинга или ШИМ-контроллера, потому что значения этих точек жёстко заданы спецификациями той или иной конкретной микросхемы.

Как пример возьмём популярную микросхему мониторинга PS223 , которая используется в некоторых , которые до сих присутствуют на рынке. Эта микросхема имеет следующие точки срабатывания для режимов OVP и UVP:

Выход Минимум Обычно Максимум
+12 V 13.1 V 13.8 V 14.5 V
+5 V 5.7 V 6.1 V 6.5 V
+3.3 V 3.7 V 3.9 V 4.1 V

Выход Минимум Обычно Максимум
+12 V 8.5 V 9.0 V 9.5 V
+5 V 3.3 V 3.5 V 3.7 V
+3.3 V 2.0 V 2.2 V 2.4 V

Другие микросхемы предоставляют другой набор точек срабатывания.

И ещё раз напоминаем вам, насколько далеко от нормальных значений напряжения обычно сконфигурированы OVP и UVP. Для того, чтобы они сработали, блок питания должен оказаться в весьма сложной ситуации. На практике, дешёвые БП, не имеющие кроме OVP/UVP других типов защиты, выходят из строя раньше, чем срабатывает OVP/UVP.

В случае с этой технологией (англоязычная аббревиатура OCP — Over Current Protection) есть один вопрос, который следовало бы рассмотреть более подробно. По международному стандарту IEC 60950-1 в компьютерном оборудовании ни по одному проводнику не должно передаваться более 240 Вольт-ампер, что в случае с постоянным током даёт 240 Ватт. Спецификация ATX12V включает в себя требование о защите от превышения по току во всех цепях. В случае с наиболее нагруженной цепью 12Вольт мы получаем максимально допустимый ток в 20Ампер. Естественно, такое ограничение не позволяет изготовить БП мощностью более 300Ватт, и для того, чтобы его обойти, выходную цепь +12В стали разбивать на две или более линий, каждая из которых имела собственную схему защиты от перегрузки по току. Соответственно, все выводы БП, имеющие +12В контакты, разбиваются на несколько групп по количеству линий, в некоторых случая на них даже наносится цветовая маркировка, чтобы адекватно распределять нагрузку по линиям.

Однако во многих дешёвых БП с заявленными двумя линиями +12В на практике используется только одна схема защиты по току, а все +12В провода внутри подключаются к одному выходу. Для того, чтобы реализовать адекватную работу такой схемы, защита от нагрузки по току срабатывает не при 20А, а при, например, 40А, и ограничение максимального тока по одному проводу достигается тем, что в реальной системе нагрузка в +12В всегда распределена по нескольким потребителям и ещё большему количеству проводов.

Более того, иногда разобраться, используется ли в данном конкретном БП отдельная защита по току для каждой линии +12В можно, только разобрав его и посмотрев на количество и подключение шунтов, используемых для измерения силы тока (в некоторых случаях количество шунтов может превышать количество линий, поскольку для измерения силы тока на одной линии могут использоваться несколько шунтов).


Различные типы шунтов для измерения силы тока.

Ещё одним интересным моментом является то, что в отличие от защиты от повышенного/пониженного напряжения допустимый уровень тока регулируется производителем БП, путём подпаивания резисторов того или иного номинала к выходам управляющей микросхемы. А на дешёвых БП, несмотря на требования стандарта ATX12V, эта защита может быть установлена только на линии +3.3В и +5В, либо отсутствовать вовсе.

Как следует из её названия (OTP — Over Temperature Protection), защита от перегрева выключает блок питания, если температура внутри его корпуса достигает определённого значения. Ей оснащены далеко не все блоки питания.

В блоках питания можно увидеть термистор, прикреплённый к радиатору (хотя в некоторых БП он может быть припаян прямо к печатной плате). Этот термистор соединён с цепью управления скоростью вращения вентилятора, он не используется для защиты от перегрева. В БП, оборудованных защитой от перегрева, обычно используется два термистора – один для управления вентилятором, другой, собственно для защиты от перегрева.

Защита от короткого замыкания (SCP — Short Circuit Protection) – вероятно, самая старая из подобных технологий, потому что её очень легко реализовать при помощи пары транзисторов, не задействуя микросхему мониторинга. Эта защита обязательно присутствует в любом БП и отключает его в случае короткого замыкания в любой из выходных цепей, во избежание возможного пожара.

Полевые транзисторы на основе черного фосфора с одновременно достигаемым близким к идеальному подпороговым размахом и высокой подвижностью дырок при комнатной температуре был нанесен методом атомно-слоевого осаждения (ALD). Атомно-силовая микроскопия (АСМ) использовалась для непосредственного измерения толщины FL и объемной пленки BP, как показано на рис. 1 (a, b). Измеренная толщина 4,50 и 41.78 нм для FL и объемной пленки BP соответственно. Согласно толщине монослоя БП 0,85 нм, число слоев ФЛ и объемного БП составляет ~5 и ~45

23 . На рис. 1(в) показаны спектры комбинационного рассеяния FL и объемной пленки BP при 300 K с использованием возбуждающего лазера с длиной волны 514 нм. По сравнению с пленкой FL BP, аналогичной MoS 2 и графену, объемный BP показывает меньшую интенсивность, что связано с эффектом оптической интерференции 24,25 . Пики , B 2g и хорошо различимы при частоте комбинационного рассеяния ~360.25, ~437,79 и ~465,99 см -1 соответственно, что хорошо согласуется с ранее опубликованными результатами 16 . Рамановская мода связана с неплоскими колебаниями атомов фосфора; Рамановские моды B 2g и связаны с плоскостными колебаниями атомов фосфора, а направления колебаний рамановских мод B 2g и находятся под нормальным углом. По сравнению с FL BP, рамановские моды и B 2g объемного BP имеют слегка синее смещение 0.75 и 0,58 см -1 соответственно. Как и в MoS 2 , внеплоскостное рамановское смещение объемного BP в синюю область происходит из-за увеличения восстанавливающей силы по мере увеличения количества слоев, или внеплоскостное рамановское мода усиливается с увеличением толщина из-за дополнительного межслоевого ван-дер-ваальсова взаимодействия 26 . Сдвиг частоты рамановской моды согласуется с переходом от нескольких слоев к объемному. Что касается случая MoS 2 , то рамановская мода в плоскости имеет красное смещение при увеличении слоя, что объясняется диэлектрическим экранированием, в основном из-за присутствия атомов Мо.В случае БП в колебаниях участвуют только атомы фосфора, диэлектрическая экранировка должна быть незначительной, а структурные изменения, вызванные стэкингом, могут преобладать 27 . Как показано на рис. 1(c), плоскостная рамановская мода B 2g объемного BP имеет небольшое синее смещение на 0,80  см −1 , а плоскостная рамановская мода объемного BP остается почти такой же, когда толщина увеличивается до объема. Это может быть связано с уникальной анизотропной структурой БП с разными параметрами решетки в разных направлениях, которые обладают разной чувствительностью к внешнему воздействию.Теоретические расчеты показывают, что параметр решетки вдоль внеплоскостного направления значительно изменяется от объемного к малослойному БП, в то время как параметр в двух других направлениях остается практически неизменным, что может быть использовано для объяснения аномального вибрационного поведения БП 28 . . Об этом сообщается в исх. 15 видно, что смещение мод и комбинационного рассеяния навстречу друг другу с увеличением толщины из-за двойного резонансного рассеяния может быть спектральным отпечатком идентификации однослойной и малослойной природы БП.В исх. 29 Дж. Л. Даттатрея, рамановская мода BP имеет синее смещение на 1,6 см -1 по мере уменьшения толщины, но B 2g и рамановская мода BP остаются неизменными. Отмечается, что образцы BP в ссылках 15,29 расслаиваются на подложке SiO 2 /Si. Предполагается, что лежащий в основе субстрат (SiO 2 или HfO 2 ) действительно влияет на положение пика комбинационного рассеяния. Кроме того, сообщалось, что FL или монослойный BP очень чувствителен к условиям окружающей среды, таким как вода и кислород, как и графен и другие 2D-материалы.

Рисунок 1

( a ) Изображение отслоившейся чешуйки БП, полученное с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), на котором отмечены малослойный (FL) и объемный слой БП. ( b ) Толщина пленки измерялась непосредственно с помощью АСМ в бесконтактном режиме. Измеренная толщина составляет 4,50 и 41,78 нм для пленки FL и объемной пленки BP соответственно. ( c ) Спектры комбинационного рассеяния света при 300 K FL и объемного слоя BP. Отчетливо наблюдаются три моды активного КР, , B 2g , и .

Структуры полос для монослоя, FL и объемного BP рассчитываются с использованием ab initio теории функции плотности (DFT) с гибридным функционалом плотности HSE06.При расчете процесса оптимизации геометрической структуры использовалось приближение обобщенного градиента в системе Пердью, Берка и Эрнцергофа (PBE) с ультрамягкими псевдопотенциалами. Для расчета однослойных и пятислойных систем вырезаем <0 1 0> план объемного БП и настраиваем толщину вакуумного слоя 20 Å по оси с, используя 3 × 4 × 1 и 6 × 8 × 1 k -точечная сетка для структурной релаксации и зонной структуры соответственно. Результаты представлены на рис. 2(а–в). Значение прямой запрещенной зоны для монослоя, FL и объемного BP равно 1.53, 0,62 и 0,39 эВ соответственно. Минимальная зона проводимости и точка максимальной валентной зоны смещаются от точки G к точке, расположенной между G и Q, по мере увеличения толщины. Расчетная эффективная масса дырок для однослойного и пятислойного БП составляет ~6,3 m o и 0,87 m o соответственно, что хорошо согласуется с результатами предыдущих расчетов 28 . Меньшая эффективная масса отверстия по сравнению с другими двумерными материалами может способствовать более высокому току стока и более высокой скорости переключения.

Рисунок 2: Структура полос DFT-HSE06 (а) монослоя, (б) пятислойной и (в) объемной пленки BP.

Наблюдаемая прямая запрещенная зона отмечена стрелкой.

Чтобы отличить эту работу от работы, о которой сообщалось в исх. 29 (BP/SiO 2 ) и исследовать влияние подстилающего HfO 2 с высоким содержанием k на сигнал комбинационного рассеяния BP, температурно-зависимые измерения комбинационного рассеяния FL/HfO 2 и объемные образцы BP/HfO 2 были проведены при температуре 80–300 К с помощью возбуждающего лазера с длиной волны 514 нм, и результаты показаны на рис.3(а,б) соответственно. В этой части мы сосредоточимся на обсуждении положения пика в зависимости от температуры для FL и объемного BP. Ввиду того, что BP является потенциальным материалом для КМОП-каналов помимо кремния, важно изучить электрон-фононные взаимодействия или режимы колебаний при различных температурах с помощью неразрушающего метода комбинационного рассеяния. Температурно-зависимые рамановские моды колебаний БП могут иметь прямое отношение к переносу носителей полевых транзисторов на основе БП. При снижении температуры от 300 до 80 К все моды КРС для , B 2g , а также для FL и объемной пленки BP изменяются линейно в зависимости от температуры, как показано на рис.4(а–в). Хорошо известно, что рамановская спектроскопия является четырехфононным процессом, который доминирует над тепловым расширением, так как фононный процесс на рамановской моде линейно сдвигается с изменением температуры. Можно ожидать дисперсию нескольких точек данных для положения пика КР, что хорошо понятно из-за небольшого изменения лазерного пятна на образце, локальной вибрации рамановского столика или низкой мощности возбуждения на образце с последующим дополнительным затуханием. из холодного-горячего окна ячейки во время измерения.Наблюдаемые данные положения пика, полученные из лоренцевой аппроксимации для , B 2g и рамановских мод в зависимости от температуры, были аппроксимированы с использованием модели Грюнайзена: положение пика рамановской моды при нулевой температуре Кельвина, а ? — температурный коэффициент первого порядка той же моды. Наклон подобранных линий дает температурный коэффициент первого порядка конкретной рамановской моды и показан на вставке на рис.4. Округлив X до ближайших двух десятичных знаков, режимы , B 2g и рамановские режимы показывают X около -0,01  см -1 /K как для FL, так и для объемных образцов BP. Хотя тепловой коэффициент ( ? ), соответствующий модам , B 2g и рамановским модам объемного БП, в литературе не приводится, значения ? этих рамановских мод для FL BP (5 слоев) чтобы быть сопоставимым с указанными значениями (~-0,01 см -1 /K) в ссылке.29. Это свидетельствует о том, что кристаллическая структура БП на HfO 2 остается неизменной и сравнима с БП на SiO 2 . Это имеет решающее значение для реализации высокопроизводительного устройства. х , полученное в этой работе, также похоже на полученное для монослоя и объема MoS 2 , выращенного методом химического осаждения из паровой фазы (CVD) или эксфолиации в ссылках 30, 31, и примерно на один порядок больше, чем полученное для расслоенный однослойный WS 2 32 .По сравнению с WS 2 и ФЛ, и объемный БП гораздо более чувствительны к температуре. Это может быть связано с тем, что BP имеет лучшую механическую гибкость, которая происходит из-за его уникальной гофрированной кристаллической структуры. Кроме того, изменение положения пика комбинационного рассеяния в зависимости от температуры для образцов FL и Bulk BP объясняется температурным эффектом, который приводит к ангармонизму и тепловому или объемному расширению. Рисунок 3

Рисунок 4: Влияние изменения температуры на режимы Рамана ( a ), ( b ) B 2g и ( c ) для FL и объемной пленки BP.

С понижением температуры рамановская мода становится более жесткой или смещается в сторону более высоких частот.

На рис. 5(а) показана структура устройства полевых транзисторов BP, изготовленных на подложке HfO 2 /Si. Вид сбоку на слой BP показан на вставке к рис. 5(a). Вид сверху на изготовленные устройства показан на вставке рис.5(б). Изготовленные устройства с длиной затвора L 3 мкм и шириной затвора W 8 мкм были подвергнуты электрическим измерениям. Как показано на рис. 5(b), ток утечки затвора I G находится в диапазоне 10 −8 ~10 −10 А при диапазон напряжения затвора. Как показано на рис. 5(c), изготовленные полевые транзисторы BP демонстрируют отношение токов включения/выключения ~10 2 и почти идеальное подпороговое колебание SS ~69  мВ/декада.Выходной ток стока в этой работе ограничен высоким контактным сопротивлением, которое может быть дополнительно увеличено с помощью технологии истока/стока или метода легирования. Пороговое напряжение V TH из ~ 1,7 В была извлечена с использованием метода линейно -экстраполяции, который экстраполирует ( I D В G V G 9 400065. V D  = 0,1 В, от точки максимального наклона до пересечения с осью напряжения на затворе.Эффективную плотность состояний интерфейса D it можно оценить по уравнению подпорогового качания SS : , где k – постоянная Больцмана, T – температура в Кельвинах, q – электронный заряд — емкость истощения BP, емкость состояния интерфейса BP/HfO 2 и единичная емкость затвора 0,044 Ф/м 2 (5 нм HfO 2 ). Когда приложенное напряжение на затворе близко к пороговому напряжению, пренебрежимо мало по сравнению с , и тогда эффективная плотность состояний интерфейса D it на интерфейсе BP/HfO 2 может быть оценена с использованием следующего уравнения: .На основе извлеченного SS ~69 мВ/декада эффективная плотность состояний интерфейса D it на границе BP/HfO 2 рассчитана как 4,38 × 10 см 2 0 08 12   эВ −1 . Интерфейсные состояния могут быть связаны с оборванными связями из-за образования вакансий фосфора на границе BP/HfO 2 . По сравнению с другим двумерным материалом, таким как MoS 2 33 , плотность точечных дефектов (вакансий серы) составляет 1.2 × 10 13  см −2 , что выше достигнутого в данной работе. Пик отверстие полевой подвижности μ из ~ 413 см 2 /V.s при 300 К может быть извлечена с использованием, где С ОХ является 0,044 Ф / м 2 (диэлектрическая проницаемость HfO 2 25) и В D  = 0,1 В. Высокая подвижность дырок при комнатной температуре, достигнутая в этой работе, объясняется лучшим качеством интерфейса BP/HfO 2 .Это подтверждается результатами XPS, как показано на рис. 6 (b, c), где связи P-O заменены связями P-Hf. Хорошее качество интерфейса BP/HfO 2 с точки зрения низкой плотности состояния интерфейса и подавления связей P-O является основным фактором, способствующим хорошей подвижности, достигнутой в этой работе. На рис. 5(d) выходной ток изготовленных полевых транзисторов BP составляет около 0,4  мА при напряжении на стоке −1  В и перегрузке затвора −1,0  В. Достоинство, показанное на рис. 6(a ) сравнивает характеристики подвижности отверстий при комнатной температуре в зависимости от SS между этой работой и недавно опубликованной работой.Наибольшая подвижность дырок мк ~1000 см 2 /В.с была получена в работе. 14 на подложке SiO 2 /Si, но SS составляет ~4,6 В/декаду, что слишком много для практического применения в устройствах. В целом, SS полевых транзисторов BP, изготовленных на подложке SiO 2 /Si, находится в диапазоне 1,5–17,2 В/декада, что связано с плохим качеством интерфейса, расположенного на границе раздела BP/SiO 2 . С включением материала с высоким значением k (Al 2 O 3 , HfO 2 и т. д.) в качестве диэлектрика затвора, SS полевых транзисторов BP может быть дополнительно уменьшено до значения, близкого к идеальному ( ~60 мВ/декада), что указывает на то, что лучшее качество интерфейса может быть получено для интерфейса BP/high- k .По сравнению с заявленной подвижностью (0,1~368 см 2 /В.с) полевых транзисторов MoS 2 и WS 2 8,34 подвижность полевых транзисторов BP значительно выше, это может быть связано с более низким эффективная масса БП и лучшее качество интерфейса БП/оксид, что объясняет преимущество БП перед другими двумерными материалами в электронной заявке 28 . Кроме того, присутствие высокопрочного диэлектрика k (HfO 2 ) для BP FET в этой работе может увеличить подвижность носителей за счет эффекта экранирования заряда, который также наблюдался в другом двумерном материале (MoS 2 и т. д.) устройства на базе 35 .Кроме того, подвижность носителей подвижность в фосфорене в основном ограничивается примесями удаленного заряда, а не рассеянием фононов 36 . Более низкая плотность состояний интерфейса в этой работе может снизить рассеяние состояний интерфейса за счет снижения заряда, что приводит к повышению мобильности. В этой работе для полевых транзисторов BP на подложке HfO 2 /Si одновременно получены как высокая подвижность дырок при комнатной температуре, так и почти идеальная нержавеющая сталь с использованием низкотемпературного процесса, совместимого с КМОП. Кроме того, для изучения химических свойств интерфейса BP/HfO 2 и BP/SiO 2 используется рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия высокого разрешения, как показано на рис.6(б,в). На образце BP/SiO 2 наблюдался бортовой пик P-O (~137,22 эВ), который был заменен пиком Hf-P (~135,22 эВ) на образце BP/HfO 2 . Кроме того, пик Р-Р для образца BP/SiO 2 смещен в сторону более высоких энергий связи на 0,94 эВ от 130,95 эВ (BP/HfO 2 ) до 131,89 эВ (BP/SiO 2 ). Основываясь на спектрах P 2p XPS, сигнал связи P-O на границе раздела BP/HfO 2 подавляется наличием связи Hf-P в образце BP/HfO 2 , что означает, что BP гораздо более химически стабилен на HfO. 2 поверхность, приводящая к высокому уровню BP/HfO 2 качество интерфейса 35 .Другими словами, высокие характеристики подвижности, достигнутые в этой работе, в первую очередь связаны с низкой плотностью состояний интерфейса и подавлением связей P-O на интерфейсе BP / HfO 2 .

Рисунок 5

( a ) Схематический чертеж изготовленных полевых транзисторов BP, на вставке показан вид сбоку пленки BP. ( b ) Ток утечки затвора как функция напряжения затвора для изготовленных полевых транзисторов BP, на вставке показан вид сверху изготовленных полевых транзисторов BP. Ток утечки затвора находится в диапазоне 10 -8 ~ 10 -10 А при напряжении на стоке -0.1 В в измеренном диапазоне напряжений затвора. ( c ) Ток стока в линейном и логарифмическом масштабе как функция напряжения затвора для изготовленных полевых транзисторов BP с длиной затвора 3 мкм и шириной затвора 8 мкм. Напряжение затвора менялось от 0 В до положительного напряжения. В этой работе был получен низкий гистерезис, что дополнительно подтверждает достижение хорошего качества интерфейса BP/HfO 2 , что подтверждается почти идеальным подпороговым размахом. Устройство показывает соотношение тока включения/выключения ~10 2 .( d ) Выходные характеристики ( I D V D ) изготовленных полевых транзисторов BP. Выходной ток стока составляет около 0,4  мА при напряжении стока –1 В и перегрузке затвора –1,0 В.

Рисунок 6

( a ) SS между этой работой и недавно опубликованными. Эта работа одновременно обеспечивает высокую подвижность отверстия при комнатной температуре и близкий к идеальному подпороговый размах.Спектры РФЭС P 2p образцов ( b ) BP/HfO 2 и ( c ) BP/SiO 2 . Сигнал связи P-O на интерфейсе BP/HfO 2 подавляется связью Hf-P.

Высокопроизводительные двумерные полевые транзисторы InSe с новым многослойным омическим контактом для узлов размером менее 10 нм: теоретическое исследование | Письма о наномасштабных исследованиях

  • Робинсона Дж. А. (2018) Перспектива: 2D за пределами CMOS. Апл Материалы 6 :5

    Google ученый

  • Гонг Ч., Ху К., Ван Х.П., Ванъян П.Х., Ян К.И., Чу Дж.В., Ляо М., Дай Л.П., Чжай Т.И., Ван С., Ли Л., Сюн Дж. (2018) Массивы 2D-наноматериалов для электроники и оптоэлектроники.Adv Funct Mater 28 :16

    Google ученый

  • Liu F, Wang YJ, Liu XY, Wang J, Guo H (2015) Теоретическое исследование транспорта, зависящего от ориентации, в монослойных транзисторах MoS2 на баллистическом пределе. IEEE Electron Device Lett 36 :10

    Статья Google ученый

  • Чховалла М., Джена Д., Чжан Х. (2016) Двумерные полупроводники для транзисторов.Nature Reviews Materials 1 :11

    Статья Google ученый

  • Радисавлевич Б., Раденович А., Бривио Дж., Джакометти В., Кис А. (2011) Однослойные транзисторы MoS2. Nat Nanotechnol 6 :3

    Артикул Google ученый

  • Li L, Yu Y, Ye GJ, Ge Q, Ou X, Wu H, Feng D, Chen XH, Zhang Y (2014) Полевые транзисторы с черным фосфором.Нат Нано 9 :5

    Google ученый

  • Амин Т.А., Илатихаменех Х., Климек Г., Рахман Р. (2016) Малослойный фосфорен: идеальный двумерный материал для туннельных транзисторов. Научные отчеты 6 :28515

    CAS Статья Google ученый

  • Бандурин Д.А., Тюрнина А.В., Ю Г.Л., Мищенко А., Золёми В., Морозов С.В., Кумар Р.К., Горбачев Р.В., Кудринский З.Р., Пеццини С., Ковалюк З.Д., Цейтлер Ю., Новоселов К.С., Патане А., Карниз Л., Григорьева И.В., Фалько В.И., Гейм А.К., Цао Ю. (2016) Высокая подвижность электронов, квантовый эффект Холла и аномальный оптический отклик в атомарно тонком InSe.Nat Nanotechnol 12 :223

    Артикул Google ученый

  • Сухаритакул С., Гобл Н.Дж., Кумар У.Р., Санкар Р., Богорад З.А., Чоу Ф.С., Чен Ю.Т., Гао XPA (2015) Собственная подвижность электронов, превышающая 103 см 2 /(В·с) в многослойных полевых транзисторах InSe. Nano Lett 15:6

    Артикул Google ученый

  • Feng W, Zheng W, Cao W, Hu P (2014) Многослойные транзисторы InSe с обратным затвором и повышенной подвижностью носителей за счет подавления рассеяния носителей от диэлектрического интерфейса.Adv Mater 26:38

    Google ученый

  • Ван И, Фей Р, Цюхэ Р, Ли Дж, Чжан Х, Чжан С, Ши Б, Сяо Л, Сун З, Ян Дж, Ши Дж, Пан Ф, Лу Дж (2018) Эффект многих тел и предел производительности устройства однослойного InSe. Интерфейсы приложений ACS 10:27

    CAS Статья Google ученый

  • Марин Э.Г., Мариан Д., Яннакконе Г., Фиори Г. (2018) Моделирование первых принципов полевых транзисторов на основе двумерного InSe.IEEE Electron Device Lett 39:4

    Статья Google ученый

  • Hao J, Jianwei L, Langhui W, Ying D, Yadong W, Hong G (2017) Омический контакт в однослойном интерфейсе InSe-металл. 2D Materials 4: 2

  • Wang J, Yao Q, Huang C-W, Zou X, Liao L, Chen S, Fan Z, Zhang K, Wu W, Xiao X, Jiang C, Wu W-W (2016) Высокая мобильность MoS2 транзистор с низким барьером Шоттки за счет использования атомарного толстого h-BN в качестве туннельного слоя.Adv Mater 28:37

    Google ученый

  • Пенумача А.В., Салазар Р.Б., Аппенцеллер Дж. (2015) Анализ транзисторов с черным фосфором с использованием аналитической модели МОП-транзистора с барьером Шоттки. Нац Коммуна 6:8948

    Артикул Google ученый

  • Das S, Chen HY, Penumatcha AV, Appenzeller J (2013) Высокоэффективные многослойные транзисторы MoS2 со скандиевыми контактами. Nano Lett 13:1

    Артикул Google ученый

  • Марин Э.Г., Перуччини М., Мариан Д., Яннакконе Г., Фиори Г. (2018) Моделирование электронных устройств на основе двумерных материалов.IEEE Trans Electron Devices 65:10

    Google ученый

  • Канг Дж., Лю В., Саркар Д., Джена Д., Банерджи К. (2014) Расчетное исследование металлических контактов с монослойными полупроводниками из дихалькогенидов переходных металлов. Physical Review X 4:3

    Статья Google ученый

  • Guo Y, Han Y, Li J, Xiang A, Wei X, Gao S, Chen Q (2014) Исследование распределения сопротивления при контакте между дисульфидом молибдена и металлами.АКС Нано 8:8

    Google ученый

  • Ши Б., Ван Ю, Ли Дж, Чжан С, Ян Дж, Лю С, Ян Дж, Пан Ю, Чжан Х, Ян Дж, Пан Ф, Лу Дж (2018) Омический контакт n-типа и p- типа контакта Шоттки монослойных транзисторов InSe. Phys Chem Chem Phys 20:–38

    CAS Статья Google ученый

  • Huang Y-T, Chen Y-H, Ho Y-J, Huang S-W, Chang Y-R, Watanabe K, Taniguchi T, Chiu H-C, Liang C-T, Sankar R, Chou F-C, Chen C-W, Wang W-H (2018) Высокопроизводительные транзисторы InSe с омическим контактом за счет невыпрямляющих индиевых электродов барьерного типа.Интерфейсы приложений ACS 10:39

    Google ученый

  • Feng W, Zhou X, Tian WQ, Zheng W, Hu P (2015) Повышение производительности многослойных транзисторов InSe с оптимизированными металлическими контактами. Phys Chem Chem Phys 17:5

    Google ученый

  • International Technology Roadmaps of Semiconductor (ITRS-2013) [онлайн]. Доступно: http://www.itrs2.net/

  • Международная дорожная карта для устройств и систем (IRDS-2017) [онлайн].Доступно: https://irds.ieee.org/

  • Тиле С., Кинбергер В., Гранцнер Р., Фиори Г., Швирц Ф. (2018) Перспективы дихалькогенидов переходных металлов для КМОП с максимальным масштабированием. Твердотельный электрон 143:2

    CAS Статья Google ученый

  • Чен Дж., Ян З., Чжоу В., Цзоу Х., Ли М., Оуян Ф. (2018) Монослойно-трехслойная латеральная гетероструктура на основе антимоненового полевого транзистора: лучший контакт и высокие коэффициенты включения / выключения.physica status solidi (RRL)—Rapid Research Letters 12: 5

    Статья Google ученый

  • Крессе Г., Фуртмюллер Дж. (1996) Эффективные итерационные схемы для неэмпирических расчетов полной энергии с использованием базисного набора плоских волн. Physical Review B 54:16

    Статья Google ученый

  • Sun J, Ruzsinszky A, Perdew JP (2015) Сильно ограниченный и соответствующим образом нормированный полулокальный функционал плотности.Phys Rev Lett 115:3

    Google ученый

  • Дэвид Р. Лайд, изд., Справочник CRC по химии и физике. 83-й выпуск. КПР Пресс. 2002

  • Schlaf R, Louder D, Lang O, Pettenkofer C, Jaegermann W, Nebesny KW, Lee PA, Parkinson BA, Armstrong NR (1995) Молекулярно-лучевая эпитаксия роста тонких пленок SnS2 и SnSe2 на расщепленной слюде и базисные плоскости монокристаллических слоистых полупроводников: дифракция быстрых электронов на отражение, дифракция медленных электронов, фотоэмиссия и сканирующая туннельная микроскопия/атомно-силовая микроскопия.Journal of Vacuum Science & Technology A 13:3

    Статья Google ученый

  • Лаут Дж., Горрис Ф.Е.С., Самади Хошху М., Шассе Т., Фридрих В., Лебедева В., Мейер А., Клинке С., Корновски А., Шееле М., Веллер Х (2016) Двумерные ультратонкие нанолисты InSe, обработанные раствором. Химматер 28:6

    Google ученый

  • Климеш Дж., Боулер Д.Р., Михаэлидес А. (2011) Функционалы плотности Ван-дер-Ваальса в применении к твердым телам.Physical Review B 83:19

    Статья Google ученый

  • Тонхаузер Т., Купер В.Р., Ли С., Пуздер А., Хильдгаард П., Лангрет Д.К. (2007) Функционал плотности Ван-дер-Ваальса: самосогласованный потенциал и природа связи Ван-дер-Ваальса. Physical Review B 76:12

    Статья Google ученый

  • Lu AKA, Pourtois G, Agarwal T, Afzalian A, Radu IP, Houssa M (2016) Причина ухудшения характеристик двумерных полевых транзисторов на основе металл-оксид-полупроводник в режиме менее 10 нм : исследование первых принципов.Appl Phys Lett 108:4

    Google ученый

  • Brandbyge M, Mozos J-L, Ordejón P, Taylor J, Stokbro K (2002) Метод функционала плотности для неравновесного переноса электронов. Physical Review B 65:16

    Статья Google ученый

  • Atomistix ToolKit версии 2018 [онлайн]. Synopsys QuantumWise A/S (https://www.synopsys.com/silicon/quantumatk.html)

  • Zhang W, Ragab T, Basaran C (2019) Туннельный полевой транзистор GNR на основе электростатического легирования: энергоэффективный дизайн для силовой электроники.IEEE Trans Electron Devices 66:4

    Статья Google ученый

  • Кухэ Р., Ли К., Чжан К., Ван И., Чжан Х., Ли Дж., Чжан Х., Чен Д., Лю К., Йе И., Дай Л., Пан Ф., Лэй М., Лу Дж. (2018) Моделирование квантовый транспорт в монослойных фосфореновых транзисторах размером менее 5 нм. Physical Review Applied 10:2

    Артикул Google ученый

  • Ma X, Fan Z, Wu J, Jiang X, Chen J (2018) Расчетный дизайн кремниевых контактов на двумерных дихалькогенидах переходных металлов: роль кристаллической ориентации, уровня легирования, пассивации и межфазного слоя, In 2018 IEEE Международная встреча по электронным устройствам (IEDM), 2018 г., стр.24.2.1-24.2.4

  • Taylor J, Guo H, Wang J (2001) Ab initio моделирование квантовых транспортных свойств молекулярно-электронных устройств. Физический обзор B 63:24

    Google ученый

  • Чжао Й, АльМутаири А, Юн Й (2017) Оценка германановых полевых транзисторов для КМОП-технологии. IEEE Electron Device Lett 38:12

    Статья Google ученый

  • Marian D, Dib E, Cusati T, Fortunelli A, Iannaccone G, Fiori G Двумерные транзисторы на основе латеральных гетероструктур MoS 2 .В 2016 г. IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM), 2016 г., стр. 14.11.11-14.11.14

  • AlMutairi A, Yoon Y (2018) Оценка производительности устройства монослоя HfSe 2 : новый слоистый материал, совместимый с высокими -k HfO 2 . IEEE Electron Device Lett 39:11

    Google ученый

  • Liu F, Wang Y, Liu X, Wang J, Guo H (2014) Баллистический транспорт в монослойных транзисторах с черным фосфором.IEEE Trans Electron Devices 61:11

    Google ученый

  • Заявка на патент США для РЕГУЛЯТОРА ПОВЫШЕНИЯ/ВНИЗ Заявка на патент (заявка № 20150054479 от 26 февраля 2015 г.)

    ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ

    Эта патентная заявка основана на приоритете 35 U.S.C. §119(a) к заявке на патент Японии № 2013-173686, поданной 23 августа 2013 г. в Патентное ведомство Японии, полное раскрытие которой настоящим включено в настоящий документ посредством ссылки.

    УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

    1. Область техники

    Настоящее изобретение относится к импульсному повышающему/понижающему регулятору и, более конкретно, к пошаговому импульсному регулятору, который преобразует и выдает входное напряжение в заданное выходное напряжение.

    2. Описание предшествующего уровня техники

    В последние годы электронные устройства в основном используют вторичные батареи в качестве перезаряжаемых батарей. В то время как в электронных устройствах всегда требуется экономия энергии, широко используется повышающий/понижающий импульсный регулятор, который может подавать питание от вторичных батарей с высокой эффективностью.

    В повышающем/понижающем импульсном регуляторе, потребляющем относительно большое количество тока, снижение потребления тока способствует снижению потребления тока электронными устройствами в режиме ожидания. Таким образом, была применена технология, в которой предусмотрено короткое замыкание для короткого замыкания входа и выхода повышающего/понижающего импульсного регулятора, а вход и выход повышающего/понижающего импульсного регулятора закорачивается. замыкается во время небольшой нагрузки, чтобы остановить операцию переключения, чтобы уменьшить потребление тока самим электронным устройством.

    Однако импульсный регулятор с повышающим/понижающим регулятором имеет выходной переключатель большого размера для регулирования входного напряжения по сравнению с регулятором с повышающим или понижающим регулятором, а количество переключателей также велико. Следовательно, когда в повышающий/понижающий импульсный регулятор вставлено короткое замыкание, чтобы сделать его вход и выход короткозамкнутыми, микросхема занимает большой размер в зависимости от величины импеданса короткого замыкания, так что стоимость чипа и места для установки чипа в электронном аппарате увеличены.

    РЕЗЮМЕ

    В соответствии с вариантами осуществления изобретения предусмотрен ступенчатый повышающий/понижающий импульсный регулятор. Пошаговый регулятор переключения вверх/вниз включает в себя: входную клемму, сконфигурированную для ввода входного напряжения; выходной терминал, сконфигурированный для вывода заданного заданного напряжения, которое преобразуется из входного напряжения; выходной блок повышающего/понижающего действия, выполненный с возможностью включения понижающего переключателя, подключенного между входной клеммой и входной клеммой катушки индуктивности, переключателя понижающей регулировки, подключенного между входной клеммой катушки индуктивности и клеммой заземления, повышающего переключателя, подключенного между выходной клеммой катушки индуктивности и клеммой заземления и переключателем повышающей регулировки, подключенным между выходной клеммой катушки индуктивности и выходной клеммой; блок управления пошаговым повышением/понижением, сконфигурированный для управления переключением пошагового повышения/понижения; и клемму выбора режима, сконфигурированную для приема сигнала выбора режима для выборочной установки 1) режима ступенчатого переключения вверх/вниз, в котором выполняется ступенчатое переключение вверх/вниз, и 2) режима обхода, в котором входное напряжение напрямую подается на выход терминал, не подвергаясь ступенчатому переключению вверх/вниз.Когда режим ступенчатого переключения вверх/вниз установлен на основе сигнала выбора режима, блок управления ступенчатым повышением/понижением выполняет ступенчатое переключение вверх/вниз, чтобы выходное напряжение стало установочным напряжением, чтобы генерировать управляющий сигнал для включения/выключения. выключается выходной блок повышения/понижения, а выходной блок повышения/понижения работает на основе управляющего сигнала. Когда режим обхода установлен на основе сигнала выбора режима, блок управления повышением/понижением генерирует управляющий сигнал для принудительного включения переключателя понижения и переключателя регулирования повышения, чтобы принудительно отключить переключатель регулирования понижения и переключатель повышения, который подключен к клемме заземления, так что входное напряжение шунтируется на выходную клемму через переключатель понижения, катушку индуктивности и переключатель регулирования повышения от входной клеммы.

    КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ НЕСКОЛЬКИХ ВИДОВ НА ЧЕРТЕЖАХ

    РИС. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример конфигурации повышающего/понижающего импульсного регулятора согласно первому варианту осуществления изобретения;

    РИС. 2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую пример конкретной конфигурации схемы управления режимом, которая включена в повышающий/понижающий импульсный регулятор, показанный на фиг. 1;

    РИС. 3A представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую соотношение между входным сигналом выбора режима на клемму BP выбора режима, выходным напряжением Vout и общим током, потребляемым повышающим/понижающим импульсным регулятором в повышающем/понижающем импульсном регуляторе, показанном на фиг.1;

    РИС. 3B представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между входным сигналом выбора режима на клемму BP выбора режима, выходным напряжением Vout, общим потреблением тока Iss повышающего/понижающего импульсного регулятора, сигналом обнаружения Ioutdet схемы обнаружения нагрузки в ступенчатый регулятор переключения вверх/вниз по фиг. 1;

    РИС. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую повышающий/понижающий импульсный регулятор согласно второму варианту осуществления изобретения в случае, когда переключение в обходной режим недействительно в течение периода запуска пошагового повышающего/понижающего регулятора;

    РИС.5 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую пример конкретной конфигурации схемы управления режимом, которая включена в повышающий/понижающий импульсный регулятор, показанный на фиг. 4;

    РИС. 6 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между сигналом выбора режима, поступающим на клемму BP выбора режима, и выходным напряжением Vout в случае, когда переключение в режим байпаса недействительно в течение периода запуска повышающего/понижающего импульсного регулятора в ступенчатый регулятор переключения вверх/вниз по фиг.4;

    РИС. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую повышающий/понижающий импульсный регулятор согласно третьему варианту осуществления изобретения, в котором встроена схема защиты для предотвращения протекания большого тока короткого замыкания при коротком замыкании выходной клеммы в режиме обхода;

    РИС. 8 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую пример конкретной конфигурации схемы управления режимом, которая включена в повышающий/понижающий импульсный регулятор, показанный на фиг. 7;

    РИС. 9 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конфигурацию схемы управления режимом в соответствии с модификацией, в которой режим обхода поддерживается в течение определенного периода времени по отношению к схеме управления режимом, показанной на фиг.2 при изменении режима с обходного режима на пошаговый режим переключения вверх/вниз; и

    РИС. 10 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между входным сигналом выбора режима на клемму BP выбора режима, выходным напряжением Vout, общим потреблением тока Iss повышающего/понижающего импульсного регулятора и сигналом управления задержкой, генерируемым устройством управления режимом. схема в соответствии с модификацией, показанной на фиг. 9.

    ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

    Далее варианты осуществления согласно изобретению будут описаны со ссылкой на чертежи.Кроме того, одни и те же компоненты в следующих вариантах осуществления будут обозначаться одними и теми же ссылочными позициями.

    Первый вариант осуществления

    РИС. 1 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример конфигурации повышающего/понижающего импульсного регулятора 11 согласно первому варианту осуществления изобретения.

    На РИС. 1, повышающий/понижающий импульсный регулятор 11 преобразует входное напряжение Vin, поступающее на входную клемму 31 , в предварительно заданное заданное напряжение повышающим или понижающим образом с помощью катушки индуктивности L, входного сглаживающего конденсатора Cin , а выходной сглаживающий конденсатор (выходная емкость) Cвых.Затем повышающий/понижающий импульсный регулятор 11 подает выходное напряжение Vout на нагрузку R с выходной клеммы 32 . В данном документе пошаговый регулятор 11 переключения включает в себя выходной блок 12 повышающего/понижающего вывода, блок 13 управления пошаговым повышением/понижением, вывод CE включения микросхемы и вывод BP выбора режима, который принимает входной сигнал выбора режима от внешней цепи для выбора между режимом ступенчатого переключения вверх/вниз и режимом байпаса. Другими словами, ступенчатый регулятор , 11 переключения вверх/вниз по фиг.1 имеет два режима работы: режим пошагового переключения вверх/вниз, в котором выполняется пошаговое переключение вверх/вниз; и режим байпаса, в котором входное напряжение шунтируется через дроссель L.

    Выходной блок повышения/понижения 12 включает понижающий переключатель BUPDRV, который подключается между входной клеммой 31 и входной клеммой BULX индуктор L. и переключатель понижающей регулировки BUNDRV, который подключается между входной клеммой BULX индуктора L и клеммой заземления 33 .Выходной блок 12 повышения/понижения дополнительно включает в себя повышающий переключатель BONDRV, который подключен между выходной клеммой BOLX катушки индуктивности L и клеммой 33 заземления. и переключатель повышающей регулировки BOPDRV, который подключен между выходной клеммой BOLX катушки индуктивности L и выходной клеммой 32 . Здесь переключатель понижения BUPDRV и переключатель регулирования повышения BOPDRV сконфигурированы с помощью полевого МОП-транзистора с P-каналом (в дальнейшем полевой МОП-транзистор будет упоминаться как МОП-транзистор).Переключатель понижающей регулировки BUNDRV и повышающий переключатель BONDRV сконфигурированы с помощью N-канального МОП-транзистора.

    Блок управления повышением/понижением 13 включает в себя схему управления выходным напряжением 14 , которая регулирует выходное напряжение Vout таким образом, чтобы оно было заданным заданным напряжением, и схему управления режимом 15 , которая выбирает между повышением режим переключения /down и режим байпаса. Блок управления повышением/понижением 13 включает в себя схему предварительного буфера понижения 16 , которая генерирует сигнал управления BUPHS переключателя понижения BUPDRV и сигнал управления BUNLS переключателя регулирования понижения BUNDRV.Блок управления повышением/понижением 13 дополнительно включает в себя схему 17 предварительного буфера повышения, которая генерирует сигнал управления BONLS переключателя повышения BONDRV и сигнал управления BOPHS переключателя регулирования повышения BOPDRV.

    Схема управления выходным напряжением 14 генерирует следующие сигналы на основе сигнала включения микросхемы, вводимого на клемму включения микросхемы CE, сигнала выбора режима, вводимого на клемму выбора режима BP, и обнаруженного выходного напряжения Vout.Схема 14 управления выходным напряжением генерирует входной сигнал BUPSETIN управления выходным напряжением в режиме понижения и входной сигнал BONSETIN управления выходным напряжением в режиме повышения и выводит эти сигналы в схему 15 управления режимом. Схема 15 управления режимом преобразует эти сигналы в выходной сигнал управления выходным напряжением BUPSETOUT в режиме понижения и выходной сигнал управления выходным напряжением BONSETOUT в режиме повышения на основе сигнала выбора режима.Выходной сигнал управления выходным напряжением BUPSETOUT в понижающем режиме выводится на понижающую предбуферную схему 16 , выходной сигнал управления выходным напряжением BONSETOUT в повышающем режиме выводится на повышающую предбуферную схему 17 . Следовательно, схема 16 предварительного буфера понижения и схема 17 предварительного буфера повышения управляют работой блока 12 вывода повышающего/понижающего сигнала.

    Таблица 1 представляет собой таблицу истинности, показывающую выходной сигнал управления выходным напряжением BUPSETOUT в режиме понижения и настройки ВКЛ/ВЫКЛ соответствующих переключателей выходного блока повышения/понижения 12 в импульсном регуляторе повышения/понижения. 11 на фиг.1. Кроме того, таблица 2 представляет собой таблицу истинности, показывающую выходной сигнал управления выходным напряжением BONSETOUT в режиме повышения и настройки ВКЛ/ВЫКЛ соответствующих переключателей выходного блока 12 повышения/понижения в режиме повышения/понижения. импульсный регулятор 11 на фиг. 1. В варианте осуществления H представляет собой высокий уровень, а L представляет собой низкий уровень.

    Таблица 1bupsetOutBuphsbunlsnote HL (ON) L (OFF) LH (OFF) H (ON) Stand-BY (CE = L)

    Таблица 2BONSOLE 2BONSOSTOSTOOTSHOUT 2BONTSPOOLSNNNNNNNNNSOUT 2BOPHSPONTSLSPOONTSINNNNNNSHOLE)

    . )STAND-BY (CE = L)LL(ON)L(OFF)

    В режиме ожидания (CE=L) управление осуществляется таким образом, что переключатель понижения BUPDRV и переключатель регулирования повышения BOPDRV входят в положение В выключенном состоянии переключатель регулирования понижения BUNDRV и переключатель повышения BONDRV переходят в состояние ON, и путь от входной клеммы 31 к выходной клемме 32 через дроссель L отключается.

    РИС. 2 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую пример конфигурации схемы управления режимом , 15, по фиг. 1. На фиг. 2, схема 15 управления режимами включает в себя два селектора 21 и 22 .

    Когда клемма BP выбора режима находится на уровне L (режим переключения шага вверх/вниз), управляющие сигналы BUPSETIN и BONSETIN, генерируемые схемой управления выходным напряжением 14 , выводятся как управляющие сигналы BUPSETOUT и BONSETOUT без каких-либо изменений.Таким образом, выполняется управление пошаговым повышением/понижением модуля 12 вывода с повышением/понижением.

    Когда клемма выбора режима BP находится на уровне H (режим байпаса), переключатель понижения BUPDRV и переключатель регулирования повышения BOPDRV принудительно включаются, и генерируются управляющие сигналы BUPSETOUT и BONSETOUT, чтобы сделать понижение переключатель регулировки BUNDRV и переключатель повышения BONDRV переходят в состояние OFF. Следовательно, управление обходным выходом выполняется таким образом, что обходной путь от входной клеммы 31 к выходной клемме 32 через индуктор L открыт.

    РИС. 3А представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между входным сигналом выбора режима на клемму BP выбора режима, выходным напряжением Vout и общим потребляемым током Iss повышающего/понижающего импульсного регулятора в повышающем/понижающем импульсном регуляторе 11 . на фиг. 1.

    Когда сигнал выбора режима, поступающий на клемму выбора режима BP, также подается на схему управления выходным напряжением 14 и выбирается режим обхода (BP=H), например, множество схем для управления выходное напряжение Vout в цепи управления выходным напряжением 14 для настройки напряжения Vset отключается.Кроме того, как показано на фиг. 3А, общее потребление тока Iss повышающего/понижающего импульсного регулятора 11 снижается только за счет отключения любой одной или всех соответствующих защитных функций схемы отключения при перегреве, схемы предотвращения неисправности при низком напряжении (далее именуемой как схема UVLO), схема обнаружения короткого замыкания на выходе и схема ограничения тока (которая является схемой, служащей для обнаружения ненормального состояния сигнала или температуры повышающего/понижающего импульсного регулятора для защиты).

    Кроме того, схема управления выходным напряжением 14 включает в себя схему обнаружения нагрузки 14 A, которая определяет величину тока нагрузки, протекающего на выходной клемме 32 , и работает при потреблении тока меньше, чем общее потребление тока схема теплового отключения, схема УВЛО и схема обнаружения короткого замыкания на выходе. При такой конфигурации потребление тока повышающим/понижающим импульсным регулятором 11 в режиме байпаса может быть дополнительно снижено.

    РИС. 3B представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую отношение между сигналом выбора режима, вводимым на клемму BP выбора режима, выходным напряжением Vout, общим потреблением тока Iss повышающего/понижающего импульсного регулятора. и сигнал обнаружения Ioutdet схемы обнаружения нагрузки 14 A.

    Как показано на фиг. 3B, когда выбран режим байпаса BP=H, работает только схема 14 A обнаружения нагрузки, пока не будет обнаружена схема 14 A обнаружения нагрузки, так что реализуется чрезвычайно низкое потребление.Кроме того, когда схема 14 A обнаружения нагрузки обнаруживает протекание тока нагрузки заданной величины, выполняется следующее управление. Другими словами, схема теплового отключения, схема УВЛО и схема обнаружения короткого замыкания на выходе включаются для активации соответствующих защитных функций.

    Второй вариант осуществления

    РИС. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую пример конфигурации переключающего регулятора 41 ступенчатого повышения/понижения согласно второму варианту осуществления изобретения в случае, когда переключение в режим байпаса недействительно в течение периода запуска повышающего регулятора. /понижающий регулятор переключения.Пошаговый регулятор , 41 переключения вверх/вниз согласно второму варианту осуществления отличается от регулятора 11 переключения ступени вверх/вниз по фиг. 1, например, в следующих пунктах. (1) Схема управления выходным напряжением 14 дополнительно включает в себя схему управления плавным пуском 14 и , которая генерирует сигнал SS плавного пуска, указывающий конечную точку времени плавного пуска ступенчатого повышающего/понижающего импульсного регулятора 41. . Далее будет описано различие.

    На РИС. 4, схема управления плавным пуском 14 a выдает сигнал плавного пуска SS, который изменяется с уровня «L» на уровень «H», когда плавный пуск регулятора переключения шага вверх/вниз заканчивается, к цепи управления режимами 45 .

    РИС. 5 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую пример конкретной конфигурации схемы управления режимами , 45, , включенной в повышающий/понижающий импульсный регулятор, показанный на фиг. 4. На фиг. 5, схема 45 управления режимами включает в себя логический элемент И-НЕ 23 , который принимает сигнал выбора режима BP и сигнал плавного пуска SS в качестве входных данных, инвертор 24 , который инвертирует свой собственный выход, и селекторы 21 и 22 , которые выбирают управляющий сигнал на основе выходного сигнала инвертора 24 .В течение периода запуска повышающего/понижающего переключающего регулятора 41 сигнал SS плавного пуска для аннулирования переключения в режим байпаса вводится в схему 45 управления режимом. Здесь режим обхода представляет собой режим работы, в котором сигнал управления BUPSETIN выводится как сигнал управления BUPSETOUT без каких-либо изменений, а сигнал управления BONSETIN выводится как сигнал управления BONSETOUT без каких-либо изменений. При аннулировании переключения управляющий сигнал BUPSETOUT становится входным напряжением Vin, и управляющий сигнал BONSETOUT на уровне L выводится.Здесь, в течение периода запуска пошагового переключающего регулятора 41 сигнал плавного пуска SS находится на уровне L, режим переключения пошагового увеличения/уменьшения устанавливается для управления независимо от состояния настройки выбора режима. вход сигнала на клемму выбора режима BP. После завершения плавного пуска и завершения запуска режим ступенчатого регулятора переключения вверх/вниз 41 выбирается в соответствии с состоянием настройки сигнала выбора режима.

    РИС. 6 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между входным сигналом выбора режима на клемму BP выбора режима и выходным напряжением Vout в случае, когда переключение в режим байпаса недействительно в течение периода запуска повышающего/понижающего переключающего регулятора в ступенчатый регулятор переключения вверх/вниз по фиг.4. На фиг. 6, Vout_set представляет установочное напряжение выходного напряжения Vout.

    Как описано выше, в соответствии с вариантом осуществления выходное напряжение Vout постепенно увеличивается, как показано на фиг. 6, с помощью сигнала SS плавного пуска, так что можно также подавить пусковой ток в течение периода запуска повышающего/понижающего импульсного регулятора 41 .

    Здесь описывается пример подавления пускового тока в течение периода запуска с использованием функции плавного пуска повышающего/понижающего импульсного регулятора 41 .Изобретение не ограничено вышеприведенной конфигурацией, и пусковой ток в течение периода запуска может быть подавлен путем регулировки скорости нарастания от ВКЛ до ВЫКЛ переключателя понижения BUPDRV или переключателя регулирования повышения BOPDRV при запуске в режиме байпаса. .

    Третий вариант осуществления

    РИС. 7 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую повышающий/понижающий импульсный регулятор 71 согласно третьему варианту осуществления изобретения, в котором встроена схема защиты для предотвращения протекания большого тока короткого замыкания, когда выходная клемма в режиме байпаса замыкается. -замкнутый.Пошаговый импульсный регулятор , 71, третьего варианта осуществления отличается от пошагового импульсного регулятора , 41 , показанного на фиг. 4 в следующих пунктах. (1) Схема 14 управления выходным напряжением дополнительно включает в себя выходную схему 14 b обнаружения короткого замыкания, которая генерирует выходной сигнал обнаружения короткого замыкания SHDET, который выводится в схему 75 управления режимами. Выходной сигнал обнаружения короткого замыкания имеет уровень «H», когда обнаруживается, что выходное напряжение Vout короткое замыкание, или выдает уровень «L», когда короткое замыкание устраняется.(2) Схема управления режимом , 75, по фиг. 8 включен вместо схемы управления режимами 45 .

    РИС. 8 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую пример конкретной конфигурации схемы 75 управления режимами, которая включена в повышающий/понижающий импульсный регулятор 71 по фиг. 7. В дополнение к конфигурации схемы управления режимами , 45, по фиг. 5, схема 75 управления режимами включает в себя инверторы 27 и 28 , принимающие выходной сигнал обнаружения короткого замыкания SHDET в качестве входа, и схему зарядки 81 , которая заряжает выходной сглаживающий конденсатор Cout, подключенный к выходной клемме. 32 , чтобы восстановить выходную клемму 32 после устранения фактора, вызвавшего короткое замыкание.Здесь схема Si зарядки включает в себя вентиль И-НЕ 29 , переключатель уровней 30 , МОП-транзисторы Q 1 и Q 2 и резистор R 1 . Кроме того, переключатель уровня 30 предназначен для повышения напряжения затвора МОП-транзистора Q 1 с уровня входного напряжения Vin до уровня выходного напряжения Vout и для приложения повышенного напряжения к напряжению затвора. МОП-транзистора Q 2 . Кроме того, значение зарядного тока можно регулировать в соответствии со значением сопротивления резистора R 1 .

    На РИС. 7, когда выходная клемма 32 замкнута накоротко, чтобы сделать выходной сигнал обнаружения короткого замыкания SHDET=L, переключатель понижения BUPDRV и переключатель регулирования повышения BOPDRV переходят в состояние OFF, а переключатель регулирования понижения BUNDRV и переключатель повышения BONDRV переходят в состояние ON. Затем осуществляется управление блокировкой пути от входного контакта 31 к выходному контакту 32 через дроссель L. Далее, в период обнаружения короткого замыкания на выходе в режиме байпаса (короткое замыкание на выходе сигнал обнаружения цепи SHDET=H), схема зарядки 81 включает МОП-транзисторы Q 1 и Q 2 , чтобы сформировать путь, позволяющий зарядному току течь от входной клеммы 31 к выходной клемме 32 .Здесь, чтобы предотвратить слишком большое увеличение всего размера микросхемы повышающего/понижающего импульсного регулятора 71 и предотвратить непрерывное протекание большого короткого тока, размеры МОП-транзисторов Q 1 и Q 2 и резистор RI, образующий зарядную цепь 81 , регулируются.

    В варианте в качестве примера описана работа схемы зарядки 81 при КЗ на выходе в режиме байпаса.Изобретение не ограничено вышеприведенной конфигурацией, и путь от входной клеммы 31 к выходной клемме 32 может быть образован даже тогда, когда выход не закорочен в режиме байпаса (то есть SHDET=L ).

    Модифицированный пример

    РИС. 9 представляет собой принципиальную схему, иллюстрирующую конфигурацию схемы управления режимом , 45, A в соответствии с модифицированным примером, в котором режим обхода поддерживается в течение определенного периода времени по отношению к схеме управления режимом, показанной на фиг.2, когда производится переключение из режима байпаса в режим ступенчатого переключения вверх/вниз. Схема , 45, A управления режимом на фиг. 9 отличается от схемы управления режимом , 45, , показанной на фиг. 5 в следующих пунктах.

    (1) Логический элемент НЕ-ИЛИ 26 предоставляется вместо вентиля НЕ-И 23 .

    (2) Схема задержки 25 вставлена ​​во входную клемму на одном конце вентиля ИЛИ-НЕ 26 .

    При изменении режима с режима байпаса на режим переключения с повышением/понижением существует проблема, связанная с тем, что в блок управления повышением/понижением поступает неверный сигнал управления повышением/понижением 13 до тех пор, пока выходное напряжение схема управления 14 достигает соответствующих рабочих точек в режиме ступенчатого переключения вверх/вниз.В результате управляющего сигнала заряды выходного сглаживающего конденсатора Cout разряжаются переключателем понижающей регулировки BUNDRV или повышающим переключателем BONDRV, подключенным к клемме заземления 33 , в зависимости от комбинации ВКЛ/ВЫКЛ соответствующих переключатели блока 12 ступенчатого вывода вверх/вниз, и, таким образом, выходное напряжение Vout искажается.

    В схеме управления режимами 45 A, показанной на фиг. 9, соответствующие управляющие сигналы BUPHS, BUNLS, BONLS и BOPHS соответствующих переключателей BUPDRV, BUNDRV, BONDRV и BOPDRV выходного блока повышения/понижения 12 настроены на сохранение режима обхода в течение определенного периода времени. схемой задержки 25 .Между тем, схема управления выходным напряжением 14 восстанавливается в соответствующих рабочих точках в режиме ступенчатого переключения вверх/вниз. Затем, после времени задержки, определяемого схемой задержки 25 , соответствующие управляющие сигналы BUPHS, BUNLS, BONLS и BOPHS соответствующих переключателей BUPDRV, BUNDRV, BONDRV и BOPDRV модуля 12 ступенчатого вывода вверх/вниз. заменяются управляющими сигналами в режиме переключения шага вверх/вниз.

    РИС. 10 представляет собой временную диаграмму, иллюстрирующую взаимосвязь между входным сигналом выбора режима на клемму BP выбора режима, выходным напряжением Vout, общим потреблением тока Iss повышающего/понижающего импульсного регулятора и сигналом управления задержкой, генерируемым устройством управления режимом. схема в соответствии с модификацией, показанной на фиг.9. Выполняя управление, как описано в модифицированном примере, когда переключение из режима байпаса в режим переключения с повышением/понижением, искажение выходного напряжения, вызванное выходным переключателем регулятора переключения со ступенчатым повышением/понижением 41 сам по себе может он подавить.

    На РИС. 10, Tdelay представляет собой период времени ожидания восстановления рабочей точки для схемы 14 управления выходным напряжением, и что поддерживается режим обхода.

    Как описано выше, в соответствии с вариантами осуществления изобретения конфигурация может быть выполнена только с помощью выходного переключателя, который выдает повышающее/понижающее выходное напряжение импульсного регулятора с повышающим/понижающим напряжением без какой-либо специальной дополнительной схемы для входа/выхода. короткое замыкание на выходе, что влияет на размер чипа.Кроме того, можно предусмотреть повышающий/понижающий импульсный регулятор, который может снизить собственное потребление тока за счет прекращения переключения через короткое замыкание на входе/выходе. Следовательно, конфигурация может способствовать снижению потребления тока в режиме ожидания электронного устройства.

    Кроме того, в соответствии с вариантами осуществления изобретения можно подавить пусковой ток в течение периода запуска, используя функцию плавного пуска ступенчатого повышающего/понижающего импульсного регулятора.Кроме того, возможно выполнение защиты от короткого замыкания на выходе в режиме байпаса и восстановление работы от расцепителя короткого замыкания. Таким образом, можно создать повышающий/понижающий импульсный регулятор, который может снизить собственное потребление тока за счет прекращения переключения через короткое замыкание на входе/выходе, а также защитную функцию электронного устройства.

    До сих пор описание было дано в качестве примера, в котором соответствующие варианты осуществления изобретения применяются к ступенчатому повышающему/понижающему импульсному регулятору.Изобретение не ограничено вышеприведенной конфигурацией и может быть также применено к понижающему типу повышающего/понижающего импульсного регулятора, повышающему повышающему/понижающему импульсному регулятору и ступенчатому асинхронному выпрямлению.

    0 comments on “Защита бп от кз на полевом транзисторе: Защита блока питания от КЗ

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.