Силовой электронный ключ на мощных полевых транзисторах предназначен для коммутации мощных нагрузок с гальванической развязкой силовой цепи от цепи управления. Коммутируемый ток, напряжение и сопротивление ключа в открытом состоянии определяются типом примененного полевого транзистора и могут изменятся в пределах от единиц до тысячи ампер, от десятков до сотен вольт и от тысячных долей до единиц Ом. Напряжение гальванической развязки определяется типом применённого оптрона и может составлять единицы киловольт. Данный ключ является аналогом электромагнитного реле с одним ключом, но превосходящий аналог по числу коммутаций, быстродействию, надежности и, кроме того, совместим по управлению с логическими микросхемами. На микросхеме DA1 выполнен автогенератор
(это драйвер полумоста для управления мощными полевыми транзисторами). В данном случае этот драйвер включен в качестве мостового инвертора. Напряжение питания этой микросхемы 10-15В, поскольку в ней между выв.1 и выв.4 включен стабилитрон на 15,6В, то напряжение превышающее эту величину должно быть подано на вывод питания через токоограничивающий резистор. Если напряжение питания будет ниже 10В, то микросхема выключается. Автогенератор выполнен по схеме таймера 555. Нагрузочная способность микросхемы DA1 составляет 250мА. Управление работой автогенератора можно осуществить по выв.3. Подавая низкий уровень напряжения (логический 0), работа автогенератора останавливается. Выходной сигнал представляет собой меандр (скважность 2). Для предотвращения сквозного тока имеется защитная пауза 1,2мкс. При подаче переменного напряжения на трансформатор TV1 на его вторичной обмотке наводится напряжение, которое после выпрямления мостом VD1и сглаживания конденсатором С2 питает инвертирующий триггер DA2. Потребляемый ток генератора составляет 12мА. Использование интегрального таймера DA2 в качестве инвертирующего триггера Шмидта позволяет также улучшить работу схемы. Как видно из схемы - затворы подключены к выводу 7 DA2. В результате шунтируются затворы - напрямую к общему проводу при низком выходе (уровень 0), т.е. быстро разряжать входную емкость транзисторов VT1,VT2, что улучшает помехоустойчивость. Да и сам триггер DA2 имеет гистерезис входных напряжений в 1/3Vсс и 2/3Vcc напряжения питания. Управление инвертирующим триггером осуществляется по выводу 4 микросхемы DA2. Пороговое напряжение на этом выводе равно 0,45В (напряжение открытия перехода база – эмиттер). Превышение входным напряжением порогового напряжения, включает инвертирующий триггер, а снижение входного напряжения ниже порогового – отключает триггер. Если триггер DA2 получает питание и транзистор оптрона U1 закрыт, то на выв.4 высокий уровень напряжения (Еп) и вследствии того, что на выводах 2,6 инвертирующего триггера DA2 низкий уровень напряжения, а выходе 3 будет высокий уровень напряжения, который открывает полевые транзисторы VT1,VT2 и нагрузка получает питание. При открытом транзисторе оптрона U1 на выв.4 триггера DA2 будет низкий уровень напряжения (<0,45В) который закрывает выход триггера и на его выходе нет управляющего напряжения для полевых транзисторов VT1,VT2 и они закрыты (нагрузка не получает питания). Таким образом, получаются крутые фронт и спад управляющего сигнала для полевых транзисторов. Светодиод VD2 отображает работу электронного ключа. Если он светится, то ключ включен и нагрузка под напряжением. В противном случае ключ выключен. Желательно поставить яркий светодиод. Ток нагрузки проходит через открытый канал транзистора VT1, открытый канал транзистора VT2 и его защитный диод (для случая - на фазе А положительная полуволна сетевого напряжения). При отрицательной полуволне на фазе А ток нагрузки проходит через открытый канал транзистора VT1 и его защитный диод, открытый канал транзистора VT2 (защитный диод закрыт). При использовании устройства совместно с индуктивной нагрузкой, между стоками транзисторов VT1-VT2 необходимо установить диод 1,5КЕ440СА, защищающий их от всплесков напряжения, возникающих на индуктивной нагрузке при её коммутации. Данный электронный ключ способен коммутировать как постоянный, так и переменный ток. Качество гальванической развязки между цепями управления и силовой зависит от импульсного трансформатора TV1. Хорошие результаты показывают трансформаторы серии МИТ. В устройстве использован трансформатор МИТ – 4ВМ, который имеет три одинаковые по числу витков обмотки. Печатная плата имеет размеры 52*50мм. Трансформатор TV1 можно намотать на ферритовом кольце К16*8*6мм. Первичная обмотка имеет 35витков, а вторичная 50 витков провода МГТФ – 0,07. Если ключ должен коммутировать линейное 3х-фазное напряжение в 380В, то транзисторы должны выдерживать 600В амплитудного напряжения (КП707В1).
