シングルMOSFETタイマー回路

次の記事では、大電流負荷を効率的に切り替えるためのスイッチとしてのMOSFETの使用について説明します。回路は、簡単な変更で遅延オフ回路に変換することもできます。デザインはロデレル・マシベイ氏から依頼されました。

MOSFETとBJTの比較

電界効果トランジスタまたはMOSFETは、1つの大きな違いを除いて、bjtまたは通常のトランジスタと比較できます。

MOSFETは、電流依存デバイスであるBJTとは異なり、電圧依存デバイスです。つまり、MOSFETは、ゲートとソースの両端の電流が実質的にゼロで5Vを超える電圧に応答して完全にオンになりますが、通常のトランジスタは、オンに切り替えます。

さらに、この電流要件は、接続された負荷電流がコレクター全体で増加するにつれて、比例して高くなります。一方、MOSFETは、ゲート電流レベルに関係なく、指定された負荷を切り替えます。これは、可能な限り低いレベルに維持される可能性があります。

MOSFETが優れている理由BJT

MOSFETスイッチングのもう1つの優れた点は、負荷への電流経路全体で非常に低い抵抗を完全に提供することです。

さらに、MOSFETはゲートトリガー用の抵抗を必要とせず、12Vマークを大きく超えない限り、利用可能な供給電圧で直接切り替えることができます。

MOSFETに関連するこれらすべての特性は、BJTと比較した場合、特に大電流白熱灯、ハロゲンランプ、モーター、ソレノイドなどの強力な負荷を操作するためのスイッチのように使用される場合に、明らかに勝者になります。

ここで要求されたように、MOSFETが車のワイパーシステムを切り替えるためのスイッチとしてどのように使用されるかを見ていきます。車のワイパーモーターはかなりの量の電流を消費し、通常はリレー、SSRなどのバッファーステージを介して切り替えられます。ただし、リレーは摩耗しやすく、SSRはコストがかかりすぎる可能性があります。

Mosfetをスイッチとして使用する

より簡単なオプションは、MOSFETスイッチの形にすることができます。同じ回路の詳細を学びましょう。

与えられた回路図に示されているように、MOSFETは主な制御装置を形成し、その周りにほとんど問題はありません。

MOSFETをオンにするために使用できるゲートのスイッチと、スイッチがオフの位置にあるときにMOSFETゲートを負論理に保つための抵抗。

スイッチを押すと、ゼロ電位にあるソースに対して必要なゲート電圧がMOSFETに提供されます。

トリガーは瞬時にMOSFETをオンにし、ドレインアームに接続されている負荷が完全にオンになって動作するようにします。

このポイントにワイパーデバイスを取り付けると、スイッチが押されたままである限り、ワイパーデバイスがワイパーになります。

ワイパーシステムでは、停止する前に数分間のワイピングアクションを有効にするために遅延機能が必要になる場合があります。

少し変更を加えるだけで、上記の回路を単に遅延オフ回路に変えることができます。

遅延タイマーとしてのMOSFETの使用

下の図に示すように、コンデンサはスイッチの直後と1M抵抗の両端に追加されます。

スイッチが瞬間的にオンになると、負荷がオンになり、コンデンサも充電されて電荷が蓄積されます。

ビデオデモンストレーション

スイッチがオフに切り替えられると、コンデンサに蓄積された電圧がゲート電圧を維持し、スイッチをオンに保つため、負荷は電力を受け取り続けます。

ただし、コンデンサは1M抵抗を介して徐々に放電し、電圧が3Vを下回ると、MOSFETは保持できなくなり、システム全体がオフになります。

遅延期間はコンデンサの値と抵抗の値に依存し、どちらか一方または両方を増やすと、それに比例して遅延期間が長くなります。

遅延の計算

RC定数によって生成される遅延を計算するには、次の式を使用できます。

V = V0 x e^(-t/RC)

• Vは、MOSFETがスイッチをオフにするかオンを開始するだけのしきい値電圧です。
• V0は供給電圧またはVccです
• Rはコンデンサに並列に接続された放電抵抗（Ω）です。
• C（例100uFのコンデンサ値（F））
• t（計算したい放電時間（s））

遅れを知りたい （t） = です^(-t/RC) = V / V0

-t / RC = Ln（V / V0）

t = -Ln（V / V0）x R x C

ソリューションの例

MOSFETのスレッショルド容量ターンオン/オフ値を2.1V、供給電圧を12V、抵抗を100K、コンデンサを100uFと選択すると、MOSFETがオフになるまでの遅延は次の式を解くことで概算できます。下記のとおり：

t = -Ln（2.1 / 12）x 100000 x 0.0001

t = 17.42秒

したがって、結果から、遅延は約17秒になることがわかります。

長時間タイマーを作る

比較的長い持続時間のタイマーは、より重い負荷を切り替えるために上記で説明したMOSFETの概念を使用して設計することができます。

次の図は、それを実装する手順を示しています。

追加のPNPトランジスタと他のいくつかの受動部品を含めることで、回路はより長い遅延期間を生成できます。トランジスタのベースに接続されているコンデンサと抵抗を変えることにより、タイミングを適切に調整することができます。