Устройство позволяет регулировать напряжение и ток в мощных нагрузках – яркость ламп, обороты вентилятора, подогрев стекла или сидения и т.д.
Наличие мощных полевых транзисторов с сопротивлением сток-исток в открытом состоянии до 0,005 Ом позволяет в ключевом режиме управлять токами в десятки ампер без существенных потерь на нагрев.
Схем, позволяющих реализовать данные устройства много, но они в основном рассчитаны на подключение нагрузки между плюсом источника питания и стоком регулирующего транзистора. Примеры двух таких схем приведены ниже.
Простая схема ШИМ.
Схема ШИМ на микросхеме TL494.
Как известно, в автомобиле один контакт большинства нагрузок постоянно соединен с корпусом, а управление осуществляется по цепи плюса. Это не позволяет применять приведенные выше и аналогичные им схемы ШИМ. Нужно или использовать р-канальные полевые транзисторы, а выбор их существенно меньше чем n-канальных, или изменять схему.
Для управления полевым n-канальным транзистором ему на затвор нужно подать положительное относительно истока напряжение, как правило от 4в до 20В. Если у нас нагрузка будет подключена между истоком и корпусом, то потенциал истока относительно корпуса, при открытом транзисторе, будет равен почти 12В. Значит, для эффективного открывания полевика на затвор нужно подавать напряжение около 24В относительно корпуса.
За основу для реализации такого устройства была взята схема отсюда. Заменен операционный усилитель и транзисторы на более распространенные. Для получения напряжения 24…28В при макетировании я использовал дополнительный блок питания на 24В. Можно использовать готовый повышающий DC/DC преобразователь, например, такой:
Схема устройства приведена ниже:
На операционном усилителе ОР1 собран генератор прямоугольных импульсов. Я применял LM358 и LM1458. Разницы в данной схеме никакой, работают одинаково. Переменным потенциометром R1 можно изменять скважность импульсов (соотношение периода и длительности). Импульсы с выхода ОУ поступают на первый транзистор драйвера управления полевиком. Положительные импульсы открывают его. Через открытый VT1 минус поступает на базу p-n-p транзистора VT2 и также открывает его. Через отрытый VT2 плюс 24В поступают на затвор полевика. Потенциал истока +12В. Потенциал затвора +24В. На затворе на +12В выше чем на истоке. Это надежно открывает VT3 и через нагрузку течет ток. Время протекания тока через VT3, а значит и мощность в нагрузке, определяется скважностью импульсов генератора на ОУ1. Скважность импульсов можно плавно изменять потенциометром R1 что позволяет изменять мощность в нагрузке от 0 до максимума.
При работе ШИМ на индуктивную нагрузку (например, электродвигатель постоянного тока) для дополнительной защиты выходного транзистора от скачков напряжения параллельно двигателю нужно ставить диод в обратной полярности.
Для испытаний изготовлен макет.
Ниже показаны результаты испытаний.
Напряжение в нагрузке регулируется плавно от 0 до 11,16 В при напряжении источника питания 12,1 В. Потери на нагрев незначительные. При токе около 4 А температура полевика без радиатора около 40 градусов. Очевидно, что при правильном выборе полевого транзистора и организации его охлаждения схему можно успешно применять для регулировки токов десятки ампер. Ниже для информации приведена таблица с данными распространенных MOSFET n-канальных полевых транзисторов для установки в эту схему.
Материал статьи продублирован на видео: