Irf3205 схема преобразователя напряжения

Источник питания на полевых транзисторах типа IRF3205

Для питания различных транзисторных конструкций ре­шил собрать источник питания (далее — ИП) со стабилизато­ром на полевых транзисторах, так как они имеют малое па­дение напряжения при больших токах в нагрузке.

Собрал и проверил схему стабилизатора RK9UC [1], по­казанную на рис.1. Эта схема выбрана из-за того, что имеет узел ограничения тока в нагрузке (за это отвечают элементы R6 R7 и VT5, выделенные на рис.1 рамкой). Узел ограничения тока в нагрузку позволяет уменьшить послед­ствия аварийных ситуаций, поскольку надеяться только на один предохранитель не очень разумно. Правда, мне не понравилось место установки «датчика тока» R7 в схеме.

Перед сборкой стабили­затора, показалось, что из-за него возможна про­садка выходного напря­жения. Так как из-за па­дения напряжения на «датчике тока» R7 «регу­лируемый стабилитрон» DA1 будет неправильно корректировать выходное напряжение.

При испытании ИП, уже при токе нагрузки всего 4 А напряжение на нагрузке проседало с 14,56 до 13,72 В. При закорачивании «датчика тока» R7 «просадка» значительно уменьшалась.

Чтобы спасти изготовленный мною ИП от радикальных переделок, было принято решение, перенести элементы R6, R7 и VT5 в цепь положительного напряжения, и поставить их перед стабилизатором, между выходом выпрямителя и сто­ками полевых транзисторов, так как сделал RA3WDK [2].

Работа устройства

Схема доработанного ИП показана на рис.2. Он обеспе­чивает выходное напряжение в пределах 9… 17 В, при токе в нагрузку до 14 А, это значение тока ограничено мощнос­тью примененного трансформатора Тр1 типа ТС-180. Если применить трансформатор типа ТС-270, максимальный ток может быть 20 А. При этом придется добавить еще один тран­зистор типа IRF3205, включенный параллельно транзисторам VT3 и VT4.

Для работы стабилизатора на полевых транзисторах VT3 и VT4 необходимо, чтобы напряжение на входе выпрямите­ля было на 2…3 В больше чем на выходе.

Но для нормальной работы полевых транзисторов VT3 и VT4 типа IRF3205 напряжение на их затворах должно быть на 5…7 В больше чем на истоках. Для этого нужно либо поднять выпрямленное напряжение на входе всего стабили­затора или использовать дополнительный удвоитель напря­жения на элементах СЗ VD5 VD6 С6 для питания цепи за­творов транзисторов VT3 и VT4.

При увеличении тока нагрузки свыше расчетного, паде­ние напряжения на резисторе R2 превысит значение 0,7 В. Это напряжение, через резистор R3 будет приложено к пе­реходу база-эмиттер транзистора VT1, открывая его. Ток через открытый переход коллектор-эмиттер транзистора VT1 и резисторы R4 и R5, создает падение напряжения на ре­зисторе R5. Это напряжение, приложенное к переходу ба­за-эмиттер транзистора VT2, открывает его. Открытый пе­реход коллектор-эмиттер транзистора VT1 шунтирует «ре­гулируемый стабилитрон» DA1, вследствие чего выходное напряжение уменьшается на столько, на сколько это необ­ходимо для ограничения тока в нагрузке, согласно задан­ной величине.

Резисторы R7 и R9 предназначены для равномерного распределения тока между полевыми транзисторами VT3 и VT4. Стабилитрон VD8 служить для защиты цепи стоков полевых транзисторов VT3 и VT4. Конденсатор С7 служит для повышения помехоустойчивости узла ограничения тока в нагрузке.

Конструкция и детали

Детали для помехоподавляющего фильтра С1, L1, С2 взя­ты от импортного компьютерного монитора. Силовой транс­форматор Тр1 типа ТС-180, у которого смотаны вторичные обмотки, а вместо них намотано по одной обмотке на каж­дой катушке с выходным напряжением 9 В, которые вклю­чены последовательно.

Диодный мост VD1 — VD4 — диоды с барьером Шоттки, например КД2999, КД2997. Подстроенный резистор R12, для установки выходного напряжения, проволочный, установлен­ный на передней панели. Резистор R2 состоит из двух, со­единенных параллельно, резисторов 0,1 Ом 5 Вт.

Емкость конденсаторов С4 и С5 выбирается из расчета 1000 мкФ на каждый 1 А требуемого максимального тока нагрузки.

Транзистор VT1 — маломощный p-n-p, например КТ361 с любым буквенным индексом. Транзистор VT2 – n-p-n, на­пример КТ815, КТ817 с любым буквенным индексом. Транзисторы VT3 и VT4 установлены на радиатор, площадью 200…250 см 2 . Стабилитрон VD8 — симметричный, на напря­жение 8… 12 В, например КС210А, КС213А,

Микроамперметр РА1 на 150 — 200 мкА от кассетных маг­нитофонов, например М68501, М476/1. Родная шкала снята, вместо нее установлена самодельная шкала, изготовленная с помощью программы FrontDesigner_3.0.

Настройка источника питания

Изменяя сопротивление резисторов R11 и R13, устанав­ливаем пределы регулировки выходного напряжения. При ука­занных сопротивлениях резисторов R11 — R13 выходное на­пряжение регулируется в пределах 9… 17 В.

Нагружаем ИП на эквивалент нагрузки, мощный резис­тор с сопротивлением 1… 1,5 Ом. Последовательно с экви­валентом подключаем образцовый амперметр. Подбором сопротивления резистора R1 калибруем амперметра РА1. Движком резистора R12 увеличиваем напряжение на выхо­де, тем самым увеличиваем ток в нагрузку сверх расчетно­го уровня. Смотрим, есть ли ограничение тока, работает ли стабилизация тока?

Результаты после переделки ИП:

• Напряжение U_xx = 14,64 В;
• При токе нагрузки 12 А напряжение на нагрузке 14,52 В.

Изготовленный ИП мною часто используется для пита­ния аккумуляторного шуруповерта, у которого вышла из строя аккумуляторная батарея.

Автор: Василий Мельничук, г. Черновцы

Источник

Транзистор IRF3205: Характеристики, аналоги, распиновки и datasheet

IRF3205 — это мощный N-канальный полевой транзистор (MOSFET). Его предназначение заключается в использовании в схемах регуляторов мощности, высокочастотных импульсных источников питания, преобразователей, звуковых усилителей и прочего. Его главная особенность, которая выделяет его на рынке — крайне низкое сопротивление в его открытом состоянии. Оно составляет всего около 0.008 Ом. Именно поэтому его удобно использовать при создании преобразователей постоянного тока.

Помимо прочего, он относится к так называемым Power MOSFET, что означает большую толщину оксида кремния внутри на его затворе. Такое отличие позволяет ему выдерживать высокие выходные нагрузки. Благодаря параметрам этого транзистора, его используют как радиолюбители, так и промышленности. В производстве он используется при создании инверторов, электрического инструмента для коммутации цепей в них. А также зачастую пользуется спросом у автопроизводителей, если у них появляется необходимость в управлении цепями с большим током и относительно небольшим напряжением.

Высокая стойкость к нагрузкам, быстрое переключение и полные лавинные параметры, указанные в datasheet, делают его наиболее востребованным вариантом для большинства проектов.

Устройство IRF3205

Устройство и работа данного транзистора не имеет никаких отличий от устройств и работ других n-канальных МОП-транзисторов.

При подаче положительного напряжения между контактом затвора и истока между подложкой и контактом затвора образуется поперечное электрическое поле. Это поле притягивает отрицательно заряженные электроны к поверхностному слою диэлектрика. В результате такого заряда, в этом слое образуется некая область проводимости — так называемый “канал”.

Стоит заметить, что заряд накапливается, в своего рода, электрическом конденсаторе, состоящем из электрода затвора и подложки с диэлектриком. В этом конденсаторе обкладки — металлический вывод затвора и область подложки, а изоляторы — диэлектрики, состоящие из оксида кремния. Именно исходя из характеристик этого конденсатора и складывается параметр емкости затвора транзистора.

Размеры IRF3205

Такого вида транзисторы зачастую отличаются между собой толщиной и другими размерами. Чтобы не допустить какие-либо ошибки, производители всегда указывают точные габариты в datasheet компонента. Также они учитывают производственные процессы и отмечают допуски.

Исходя из этих размеров, Вы можете рассчитать правильное положение транзистора на плате и в корпусе и подобрать подходящий радиатор.

Характеристики IRF3205

• Постоянный максимальный ток на коллектора при 10В и 25C — 110А
• Постоянный максимальный ток на коллекторе при 10В и 100C — 80А
• Максимальный ток при импульсном режиме — 390А
• Максимальное напряжение на канале сток-исток — 55В
• Напряжение для открытия — 2-4В
• Максимальное напряжение на затворе — ±20В
• Сопротивление канала сток-исток — 8 мОм
• Емкость затвора — ±3200 пФ
• Время открытия — ±14 нс
• Время закрытия — ±50 нс
• Максимальная мощность рассеивания — 200 Вт
• Диапазон рабочих температур — -55-175C
• Температура пайки (до 10 секунд) — 300C

Отдельное замечание по поводу максимального тока на коллекторе. Официально указанные 110 Ампер — это действительно максимальная сила тока для кристалла, но к нему он идет по тонкой проволочке от контакта истока. Она может выдержать максимум 75А. Это ограничение носит название “Максимальный ток корпуса”.

Виды IRF3205

Данный MOSFET транзистор имеет только одну форму выпуска — в корпусе TO220AB. Если Вам требуется транзистор другого размера, можно попробовать найти подходящий вам вариант среди аналогов IRF3205.

Подключение IRF3205

Подключение данного транзистора ничем не отличается от способа подключения остальных n-канальных МОП-транзисторов в корпусе ТО-220. Ниже Вы можете увидеть цоколевку выводов MOSFET’а:

Управление осуществляется затвором (gate). В теории, полевику все равно где у него сток, а где исток. Однако в жизни проблема заключается в том, что ради улучшения характеристик транзистора контакты стока и стока производители делают разными. А на мощных моделях из-за технического процесса образуется паразитный обратный диод.

Подключение к микроконтроллеру

Так как для открытия транзистора на затвор необходимо подать около 20В, то подключить его напрямую к МК, который выйдет максимум 5, не получится. Есть несколько способов решения этой задачи:

• Регулировать напряжение на затворе менее мощным транзистором, благодаря которому можно управлять напряжением в 5В. В таком случае схема будет простая и все, что придется добавить — это два резистора (подтягивающий на 10 кОм и ограничивающий ток на 100 Ом)
• Использовать специализированный драйвер. Такая микросхема будет формировать необходимый сигнал управления и выравнивать уровень между контроллером и транзистором. Ниже приведена одна из возможных схем для такого способа.
• Воспользоваться другим транзистором, у которого вольтаж открытия будет ниже. Вот список наиболее мощных и распространенных транзисторов, которые можно использовать с микроконтроллерами такими, как arduino, например:
  • IRF3704ZPBF
  • IRLB8743PBF
  • IRL2203NPBF
  • IRLB8748PBF
  • IRL8113PBF

Как проверить IRF3205

Это делается, как и с любым другим полевым транзистором с изолированным затвором. Для этого достаточно одного лишь мультиметра.

Перед тем, как проводить проверку рекомендую вам замкнуть все выводы пинцетом между собой, во избежания порчи элемента статическим электричеством (если такое имеется).

Проверка диода

На что нужно обратить внимание первым делом, так это на проверку диода внутри транзистора. Для этого включаем на мультиметре режим прозвонки и прикасаемся красным щупом к контакту истока, а черным к контакту стока. Мультиметр в этом случае должен показывать значение около 400-700. После этого меняем местами щупы — тогда мультиметр должен показывать 1, если мультиметр ограничен индикацией — 1999. Высококлассные мультиметры с ограничением в 4000 будут отображать 2800.

Проверка работы транзистора

Из-за того, что в нашем случае элемент оснащен n-каналом, то для его открытия необходимо на затвор, приложить положительный потенциал. Только в таком случае через транзистор начнет проходить ток.

Снова включаем режим прозвонки на мультиметре, отрицательным щупом прикасаемся к истоку, положительный же к стоку.

В случае исправного транзистора, линия исток-сток начнет проводить ток, другими словами транзистор откроется. Чтобы это проверить, нужно прозвонить исток-сток. В случае, если мультиметр показывает какое-либо значение, значит все работает.

После проверки открытия транзистора, необходимо проверить его закрытие. Для этого на затвор нужно приложить отрицательный потенциал. Для этого присоединим отрицательный щуп к затвору, а положительный к истоку.

Снова проверяем сток-исток и тогда все, что должен показать мультиметр — падение на встроенном диоде.

Если все вышеописанные условия выполняются, значит транзистор полностью исправен и его можно использовать в своих проектах.

Применение IRF3205

Максимальное напряжение стока-истока в 55 В дает возможность использовать этот транзистор в схемах преобразователей напряжения, импульсных источников питания, блоков питания, источниках бесперебойного питания и прочем. Также зачастую при создании высокочастотных инверторов.

Так как IRF3205 имеет малую паразитную емкость, а, соответственно, и время открытия/закрытия, в совокупности с очень маленьким сопротивлением, то он является универсальным вариантом для многих проектов, связанных с коммутацией небольшого напряжения.

Если же Вам не хватает токовых характеристик этого транзистора, Вы можете подключить несколько штук параллельно, что дает хорошую возможность использовать его для управления большой нагрузкой.

Маркировка IRF3205

В маркировке данного транзистора первые две буквы (IR) означают первого производителя — International Rectifier. Сейчас этот транзистор выпускается многими компаниями, но именно с этой началась история этого компонента.

Помимо оригинальной версии, на данный момент существует еще и бессвинцовая версия, которая помечается постфиксом “Z” — (IRF3205Z), но раньше обозначение выглядело по-другому, а именно — “PbF”, что расшифровывается как Plumbum Free.

А также существуют версии в других корпусах: IRF3205ZL — TO262 (припаивание стока-радиатора к плате для охлаждения) и IRF3205ZS — D2Pak (для поверхностного монтажа).

TO262 и D2Pak, который иначе называется TO263, отличаются тем, что первый предназначен для монтажа в отверстия на плате, после чего загибается и припаивается радиатором к ней же. TO263, в свою очередь, не требует отверстий и обладает короткими выводами, что позволяет использовать его при поверхностном монтаже на небольших платах.

Аналоги IRF3205

В настоящий момент почти каждый именитый производитель, изготавливает аналоги IRF3205, Эта модель выпускается с 2001 года, при этом уже 20 лет удерживается на рынке. Вот небольшой список:

• BUZ111S
• HRF3205
• HUF75344P3
• STP80NF55-06
• STB80NF55L-08-1

Помимо этого существует и отечественный продукт — аналог с маркировкой КП783A.

Безопасная эксплуатация IRF3205

У всех МОСФЕТ транзисторов одинаковые причины для поломки.

Первое, о чем стоит помнить, так это о характеристиках конкретного экземпляра. Не вздумайте использовать его на недопустимых пределах. А при использовании на больших мощностях всегда нужно иметь под рукой дополнительное охлаждения в виде радиатора и, при необходимости, кулера.

Вторая по распространенности проблема — короткое замыкание между стоком и истоком. При такой ситуации кристалл внутри транзистора может легко расплавиться, что приведет устройство в негодность.

Последнее, о чем стоит помнить, это напряжение на затворе. В случае с этим МОП-транзистором, слой диэлектрика способен разрушиться при превышении 25 Вольт на затворе.

Чтобы выбрать подходящий для любого проекта транзистор, нужно опираться на его запас по мощности. Желательно, чтобы этот запас составлял около 30%: этого должно хватить и на нестабильность питания, и на возможную неисправность других компонентов.

Datasheet IRF3205

Даташит компонента можно найти на сайте одного из производителей. https://www.infineon.com/dgdl/irf3205pbf.pdf

Здесь Вы найдете всю наиболее полную информацию о транзисторе, его описание, характеристики, графики зависимостей и важные примечания. Обязательно изучите datasheet перед применением компонента в ответственных проектах.

Производители IRF3205

IRF3205 выпускается многими именитыми производителями радиокомпонентов и микросхем, но наиболее распространенными в СНГ являются модели производства International Rectifier и Infineon Technologies. Иногда можно встретить компоненты, выпущенные First Silicon, Nell, а также Kersemi Electronic.

Все компании имеют примерно одинаковый техпроцесс, а, соответственно, и приблизительно одинаковые характеристики. Но перед использованием конкретной марки, я советую изучить datasheet от этого производителя.

Где купить IRF3205?

Так как этот транзистор выпускается уже много лет и успел обрести огромную популярность в среде производителей и радиолюбителей, приобрести его не составит труда: купить его не только, заказав через Интернет, но и, практически, в любом обычном магазине радиокомпонентов. Однако, вероятнее всего, у нас Вы сможете купить их только с большой наценкой, чего можно избежать, если воспользуетесь услугами AliExpress.

Продавца с наилучшей ценой и быстрой доставкой Вы можете найти по ссылке . Рекомендую сразу покупать пару десятков штук, чтобы хватило на много проектов вперед, поскольку это нужная вещь, которую можно взять очень дешево.

Источник