على سؤال غريب (مرة أخرى) واختيار الترانزستورات

العثور على سبب لكل شيء ، وسوف تفهم الكثير.

ظهر لغز آخر في جهاز صممه أحد زملائي الشباب (المشار إليهم فيما بعد بـ MMK). تم تصميم الجهاز للتحكم الوارد في بطاريات سلسلة 18650 (لا ، يمكن لـ Ilon Mask أن تنام بسلام ، ولن تقوم شركتنا بصنع سيارات كهربائية ، وهذا لمنتجات أخرى) ويتم تنفيذها على شريحة BQ29700 المعروفة إلى حد ما ، والتي تختلف عن العديد من وحدات التحكم في البطاريات المماثلة في وجود اثنين استنتاجات منفصلة لإدارة المفاتيح والقدرة على التحكم في التيار ("لا تنس ، يا صديقي ، عن الحمالات"). يتم تنفيذ المخطط وفقًا لتوصيات الشركة الصانعة (انظر KDPV) ، ولا ينبغي أن يكون هناك أي أسئلة على الإطلاق ، لكن ... هم كذلك.



التالي سيكون تجربة تحقيق هندسي صغير يتبعه أخلاق تافهة (وربما مملة).

قبل الانتقال إلى وصف المشكلة ، دعونا نتحدث قليلاً عن المخطط الموصى به بالفعل. أولاً ، انتبه إلى أن المفاتيح في الكتف السفلي (في السلك المحايد) ولكن ليس في الجزء العلوي. لماذا هكذا؟ الإجابة - نظرًا لأن الدائرة الكهربائية المصممة بهذه الطريقة - غير مقبولة ، لأنها تثير السؤال - لماذا تم تصميمها بهذه الطريقة.


السؤال التالي هو لماذا يوجد ترانزستورات: الكل يعرف الإجابة - لأننا نحتاج إلى مفتاح ثنائي الاتجاه ، ووجود الصمام الثنائي المدمج يجعل التنفيذ على ترانزستور واحد مستحيلاً.

ولكن السؤال التالي هو أكثر إثارة للاهتمام - لماذا يتم توصيل الترانزستورات عن طريق صنبور مع بعضها البعض ، يبدو أنه يمكنك توصيلها مع الجوانب الأخرى (كما يطلق عليها ، تقرر بنفسك).


حسنا ، الآن عن المشكلة نفسها - لم يعمل الجهاز تجميعها. الأعراض الخارجية والحقائق الثابتة:

1. بعد تثبيت بطارية الاختبار (BAT) ، لا يتدفق التيار الكهربائي إلى أطراف خارجية (أو بالأحرى ، لا ينتقل إلى الطرح السفلي).
2. يتم تشغيل الترانزستور T1 (مفتاح الشحن) ، ويتم إيقاف تشغيل الترانزستور T2 منخفض عند البوابة (إخراج Dout).
3. بعد تطبيق جهد 4.2 فولت خارجي على مطاري + و (محاكي الشحن) ، يتم تشغيل كل من الترانزستورات ، بينما بعد إزالة الجهد الخارجي يظلان قيد التشغيل ويمكن اختبار البطارية.
4. بعد إزالة البطارية من الفتحة ، انتقل إلى الخطوة 1.

بشكل عام ، يبدو أنه بعد تثبيت البطارية ، ترى الدائرة الدقيقة أنه من الضروري شحنها (على الأقل بكمية صغيرة بشكل تعسفي) وعندها فقط تكون جاهزة للسماح لها بالعمل كمصدر. حسنًا ، أولاً ، هذا سلوك غريب إلى حد ما ، وثانياً ، لماذا لم يتم وصفه في الوثائق ، لذلك تبدو الفرضية مشكوك فيها. لجأت MMK إلى طريقة حديثة مجربة ومختبرة للعثور على سبب حدوث خلل - للبحث في الإنترنت ومنتدى e2e ، تم العثور على سؤال حول موقف مشابه ، أعطى المعلم TI إجابة غريبة إلى حد ما (في رأيي) أن هذه الشريحة مصممة للعمل مع البطاريات الملحومة ، و البرنامج المساعد سيكون غير مقبول. بعض النفايات ، بعد كل شيء ، تم إدخال بطارية ملحومة أيضًا ، لذا سنبحث عن السبب باستخدام الأساليب القديمة - التجارب (القياسات هي أيضًا تجربة) وفهم نتائجها

نذهب إلى أبعد من ذلك - الجهد الكهربي للبطارية أمر طبيعي ، ولا توجد مشغلات في مخطط كتلة الجهاز (على الرغم من أن الرسوم البيانية الحديثة للكتل ، مثل الأوصاف ، هي موضوع أغنية منفصلة وكئيبة) ، ولكن أحد المفاتيح مغلق ، وبالتالي فإن المستشعر الحالي يعمل ، لا يوجد أي جهاز آخر. في الوقت نفسه ، هناك عقدة منطقية في الرسم التخطيطي للكتلة ، ويشير الوصف إلى المشغلات (ولكن في جانب مختلف قليلاً) وعداد داخلي. يزعم البعض أنه عند حدوث حالة فرط التيار أثناء التفريغ ، تدخل الدائرة في وضع الخلل وتعود منه إلى الوضع العادي بعد إزالة الحمل أو تطبيق فولطية الشحن - إنها تشبه إلى حد بعيد حالتنا.

للتحقق ، قم بتوصيل الطرف السفلي للمقاوم R1 بساق Vss (هذا أمر مهم ، ترك MMK تعليقه في الهواء ، وهو ما لا يكفي في هذه الحالة) و ... يختفي التأثير ، بعد إدخال البطارية ، يكون كلا الترانزستورات مفتوحين ، ويتم توفير جهد الخرج للمطاريف الخارجية.

Pnp: لا تزال هناك تأثيرات خفية مرتبطة بمصدر طاقة غير متصل ولكنه غير متصل ، لا آخذها في الاعتبار.

لذلك ، لا يزال الحد الحالي يعمل ، ولكن مع ما يخيفه - لدينا الآن الحمل مفصول عند إدخال البطارية. بعد ذلك ، نقوم بتوصيل وفصل حمولة صغيرة ، والتدفقات الحالية ، وهذا أمر طبيعي للغاية وليس هناك قطع.

هذا يعني أنه إما عند إدخال البطارية ، فإن التيار يتدفق أعلى بكثير من التيار المسموح به ، أو أن الدائرة قررت عن طريق الخطأ تجاوز التيار. يمكنك توصيل مرسمة الذبذبات ورؤيتها ، لكن من الأفضل التفكير فيها ، لأنه لا يزال عليك التفكير.

وعلى الفور يأتي القرار - ما هو الفرق بين عملية إدخال البطارية من اتصالها المستمر - وجود ترتد. إذا أخذنا في الاعتبار أن التيار الكهربائي للبطارية يتم توفيره للدائرة الصغيرة من خلال المرشح R2C1 ، والجهد على الطرف + مباشرة من خلال المقاوم R1 ، عندئذ يكون الموقف ممكنًا عندما يكون دخل BAT قيد التشغيل ، والمدخل V يكون بالفعل صفر. ثم يقرر الدائرة الدقيقة أن كل الجهد قد انخفض على المفاتيح ، ثم يتم تجاوز التيار وإيقاف تشغيل مفتاح التفريغ - يبدو أن كل شيء منطقي.

في الوقت نفسه ، تجدر الإشارة إلى أن تشغيل كاشف التيار الزائد يجب أن يكون طويلًا ، حتى 10 مللي ثانية ، نظرًا لوجود تأخيرات داخل الدائرة المصغرة ، وثابت الوقت لمرشح الطاقة 330 * 0.1 * 10 ** - 6 = 33 iss هو تناقض. ولكن هذا هو الوقت الثابت المرتبط بشحنة المكثف ، لكن لن يتم تفريغه من خلال المقاوم (لأنه مع عدم ارتداد البطارية على لوحة التلامس الثانية للوحة لن يكون هناك صفر ، ولكن استراحة) ، ولكن من خلال الدائرة الدقيقة. بعد ذلك ، مع تيار استهلاك قدره 1 مللي أمبير ، سينخفض ​​الجهد عبر المكثف من 4.2 فولت إلى 2.8 فولت خلال 0.1 * 10-6 * 1.6 / 1 * 10 ** - 3 = 0.16 مللي ثانية ، مع تيار يبلغ 5.5 μA بالفعل في غضون 30 مللي ثانية ، وهو ما يكفي لاتخاذ قرار بشأن التيار الزائد.

هناك سبب آخر محتمل لهذا السلوك ، على سبيل المثال ، يمكن إعادة تعيين المشغل (تثبيت) ببساطة عن طريق تطبيق الطاقة على الدائرة الدقيقة (لا ، يبدو أن هذه الفرضية يتم دحضها عن طريق تبديل المقاوم ، على الرغم من أنه ليس كل شيء واضحًا جدًا) ، الأمر الذي سيؤدي إلى نفس النتائج. لا يوجد رسم تخطيطي للجهاز ، والرسم التخطيطي للكتلة ليس غني بالمعلومات بما فيه الكفاية ، لذلك يعتمد الخيار النهائي على التفضيلات الشخصية.

بشكل عام ، يتم تحديد سبب السلوك الموصوف أعلاه للدائرة الصغيرة (بشكل عام ليس تمامًا ، الآلية المقترحة ليست سوى واحدة من الآليات الممكنة ، على الرغم من أنها تبدو معقولة ، والشيء الوحيد الذي يمكننا قوله بالتأكيد هو أنه مرتبط بالتحكم الحالي) ، لم يتم العثور على أي عيوب فيه ، غريب لم تعد الإجابة على المنتدى غريبة (على الرغم من أنها لم تصبح أكثر إفادة). كيف بالضبط للتعامل مع هذه الظاهرة - هناك العديد من الطرق ، واحدة ليست أسوأ من واحدة ، MMK اختار أبسط واحد - غادر الطرف السفلي من المقاوم في نقطة جديدة وإيقاف التحكم الحالي. يكون الحل مقبولًا إذا كنا متأكدين من أن الحمل يتم معايرته (لا يزال) ولا أحد يناسب الملقط حيث لا ينبغي (ولكن هنا يكون أكثر صعوبة. لكننا ما زلنا غير محميين من "الخداع المؤهلين تقنياً" مع وجود ملاقط في متناول اليد - عدم وجود تبديل الأرض).

والآن يأتي الجزء الثاني من رقص الباليه مارليسون ، الذي ينعكس في العنوان. نقوم بإصلاح الخلل وإدخال البطارية ومراقبة الجهد عند إخراج الجهاز ، وربط حمولة اسمية من 4 أوم و ... ينخفض ​​الجهد بشكل حاد من 4.2V إلى 2.0V ، ولا تزال البطارية تنتج 4.1V. لذلك ، على اثنين من الترانزستورات المتصلة سلسلة ، 2.1V يسقط ، أكثر من اللازم - سوف نفهم.

حسنًا ، لا توجد هنا أية ألغاز ، من الواضح أن الجهد الكهربي للتحكم ليس كافيًا ، مما يسمح لي بالانتقال بسلاسة إلى الجزء الثاني من المنشور. بادئ ذي بدء ، نفتح التاريخ على الترانزستورات ، ونحن نرى هناك - وماذا يجب أن نرى في ورقة البيانات على الترانزستور تأثير الحقل.

بالمعنى الدقيق للكلمة ، يجب أن نرى مجموعتين على الأقل من المعلمتين: الجهد مصدر البوابة والتيار المصدر ، وفي نقاط تعسفية للغاية. وبالنظر إلى أن وظيفة نقل الترانزستور تأثير الحقل تعطى بواسطة

$$

$$(Ugs) = Iso * (1-Ugs / Ugso) ** 2 دولا$$

، واثنين من أزواج الجهد / الحالية تكفي لإيجاد مجهولين. نكتب معادلتين

$$

$$I1 = (Iso / Ugso ** 2) * (Ugso-Ugs1) ** 2$$

و

$$

$$I2 = (Iso / Ugso ** 2) * (Ugso-Ugs2) ** 2$$

، ثم قسّم الأول على I2

$$

$$(I1 / I2) * Ugso ** 2 / Iso = (Ugso-Ugs1) ** 2 / I2$$

. ثم تحت الشرط (I2 >> I1) && (Ugso! = 0) نحصل على نصف الإجابة Ugso = Ugs1.

من الواضح الآن أننا لا نزال محدودين في اختيارنا للنقاط المشتركة ذات المنطق السليم ، وأولها يجب أن يكون بالقرب من نقطة فتح الترانزستور بحيث يكون التيار صغيرًا بدرجة كافية. عادة ما تكون هذه نقطة بتيار يبلغ 250 μA ، وهو ما يتوافق مع قيمتين من جهد البوابة - الحد الأدنى والحد الأقصى (هناك أيضًا نموذجي واحد ، ولكنه لا يمثل شيئًا). لكن ماذا يعني هذان المعنىان بالضبط:

1. نحن متأكدون أنه عندما يكون الجهد عند البوابة أقل من أو يساوي الحد الأدنى ، فلن نحصل على تيار أكثر تحديدًا.

2. نحن متأكدون أنه عندما يكون الجهد عند البوابة أكبر من أو يساوي الحد الأقصى ، فلن نحصل أبدًا على تيار أقل من ذلك الموضح (بالطبع ، بشرط أن تكون العناصر الخارجية للدائرة قادرة على تزويدها بترانزستور).



فوق الشرطين المشار إليهما ، نحن لسنا مضمونين أي شيء ، ننتبه إلى الجدول الزمني مع مجالات الحظر. كل الجزء غير المعبأ منه هو منطقة خصائص النقل الممكنة. على وجه الخصوص ، أي افتراضات صحيحة فيما يتعلق بقيمة الحالية ضمن النطاق المشار إليه ، والتي وصفتها بعضها باللون الأسود.

مع كل الاعتبارات الخاصة بالحس السليم ، من المنطقي اختيار نقطة ثانية ذات تيار هام ، وعادة ما تشير إلى الحد الأقصى للجهد عند البوابة ، حيث يتدفق تيار معيّن معيّن ، عادةً ما يكون قريبًا من الحد الأقصى الحالي للتيار ، مع الانتباه مرة أخرى إلى الصيغة 2. ثم يمكننا حساب معلمة غير معروفة

$$

$$Iso = I2 * Ugso ** 2 / (Ugso-Ugs2) ** 2$$

ويمكننا كتابة تعبير للتيار في أي جهد على التصريف

$$

$$هو (Ugs) = I2 * Ugs1 ** 2 / (Ugs1-Ugs2) * (Ugs1-Ugs) ** 2 / Ugs1 ** 2$$

تبسيط ، نحصل عليه

$$

$$Is (Ugs) = I2 * (Ugs1-Ugs) ** 2 / (Ugs1-Ugs2) ** 2$$

من السهل أن نوضح أن التعبير الأخير عند Ug € [Ugs1 ... Ugs2] يتناقص مع زيادة Ugs1 ، ومن ثم فإنه لحساب الحد الأدنى الحالي (المضمون) للتيار عند جهد بوابة معين ، يجب أن نأخذ القيمة القصوى لـ Ugs1.

سيتخلى القارئ المهتم - إذا لم يكن الأمر صعبًا ، فأين هو الدليل ، في الصيغة ، تظهر المعلمة في كل من البسط والمقام ، لذلك بيانك غير واضح - وسيكون صحيحًا تمامًا. ماذا يمكننا أن نجيب عليه:

1. خذ ترانزستور محددًا واحسب القيم عند الحواف وفي المنتصف وأشير إلى المكان الذي حدث فيه الحد الأدنى بالضبط. هذه الطريقة مناسبة جدًا ، لأنها لا تثبت أنه لا توجد نقطة داخلية معينة حيث يعطي الحساب قيمة أقل.
2. ارسم رسومًا بيانية لاستنزاف التيار للعتبات المختلفة وعرض التحقق من ذلك بصريًا. الطريقة أفضل قليلاً ، ولكنها توضيحية بحتة وتتطلب تحليلًا إضافيًا ، لذلك من السهل الانتقال على الفور إلى الطريقة الثالثة.
   
   
3. لتحليل التعبير الذي نأخذ منه مشتقًا فيما يتعلق بالمتغير Ugs1 وبعد الحصول على سلسلة من التبسيط

   $$

   $$هو '(Ugs1) = 2 * I2 * (Ugs1-Ugs) * (Ugs-Ugs2) / (Ugs1-Ugs2) ** 3$$
   . نرى خمسة عوامل (باستثناء العوامل الثابتة) وكل واحد منها سلبي لظروفنا ، مما يعني أن المشتق سلبي وأن الوظيفة تصل إلى الحد الأدنى للقيمة على الحد الأيمن للنطاق ، إلخ.

ضع في اعتبارك أمثلة محددة ، استنادًا إلى حقيقة أن مستوى قطع التفريغ لهذا النوع من البطاريات هو 2.6 فولت ، أي بالنسبة لجهد معين عند البوابة ، يجب أن يوفر الترانزستور تيار تفريغ يبلغ 1C = 1A.

إن الترانزستور MMK المحدد هو جهد الفتح الأولي عند بوابة 2.0V-4.0V ، لذلك ليس من المنطقي ببساطة حساب التيار المضمون عند 2.6V ، ويستغرق أي قيمة ، بما في ذلك الصفر ، دون تعليق. سوف يسأل القارئ اليقظ سؤالًا - بعد كل شيء ، ذهب التيار من خلال الترانزستور فعليًا ، ومعرفة الحمل ، يمكنك حساب قيمته (ليست صغيرة جدًا ، حوالي 0.5A). سأجيب - كانت لدينا بطارية مشحونة بالكامل بجهد 4.2 فولت وحصلنا على ترانزستور بجهد منخفض أقل من الحد الأقصى ، لكن هذا لن يكون دائمًا. يجب على المهندس الاعتماد على أسوأ الحالات وليس له الحق في الأمل في الأفضل.

ترانزستور آخر ، تم اختياره مع الأخذ في الاعتبار النقد ، ولكن وفقًا للمعايير الرئيسية لتوافر المخزون: الجهد الأولي 1.4 فولت -2.6 فولت ، عند 2.6 فولت ، نحصل على تيار مضمون يبلغ 250 درجة مئوية ، وهو ما لا يكفي بوضوح. دعونا نحاول خفض المتطلبات قليلاً والعمل حتى 2.8 فولت ، ثم مع مراعاة 20A عند 4.5 فولت ، نحصل على I (2.8) = 20 * (2.8-2.6) ** 2 / (2.8-4.5) ** 2 = 20 * 0.2 ** 2 / 1.7 ** 2 = 0.22A ، وهو ما لا يكفي مرة أخرى. يظهر حساب 3.0V القيمة الحالية 0.8A وفقط في 3.2V نحصل على 1A المطلوبة. بالطبع ، يمكننا أن نأمل في الحصول على قيمة مبدئية في متوسط ​​2.0V ، عند 2.6V لدينا 1.12A وكل شيء على ما يرام ، ولكن كلمة "أمل" ، كما قلت أعلاه ، لا ينبغي أن تدرج في مفردات المهندس.

الآن النظر في الترانزستور SCD16406 الذي أوصت به TI مع الجهد الأولي من 1.4V-2.2V ونقطة متطرفة نفسه. ثم نحصل على تيار مضمون عند 2.6 فولت يساوي 20 * (2.6-2.2) ** 2 / (2.2-4.5) ** 2 = 0.6 A ، وهو أمر غريب ، هذا هو الشيء - مستوى القطع هو 2.8 فولت ومع هذا الجهد لدينا 1.36A ، كما هو مطلوب ، فهذا يعني أن كل شيء على ما يرام مع TI. سيكون لدى MMK ذلك أيضًا إذا كانت قد أولت المزيد من الاهتمام لقراءة المستندات الفنية حتى النهاية (RTFMF). في الوقت نفسه ، لا يسعني إلا أن أشير إلى أن الشركة ، في رأيي ، قد أولت اهتمامًا غير كاف لقضايا اختيار ترانزستور لتنفيذ المفتاح في الدائرة الموصى بها ، على الرغم من أنه لن يكون هناك هذا المنشور خلاف ذلك ، لذلك نحن نبحث عن جوانب مشرقة في كل شيء (وهذا مميزة ، نجد).

وأخيرًا ، سؤال آخر - لماذا في الوثائق يقدمون الحد الأدنى لقيمة الجهد الكهربي ، لأننا لم نستخدمها مطلقًا لحساب التيار المضمون. الجواب هو تحديد عتبة ضمان عدم تشغيل الترانزستور. إذا كنت راضيًا عن التيار البالغ 250 μA من خلال الترانزستور غير المتصل ، فستتلقى ذلك عن طريق ضبط الجهد الكهربي عند البوابة المساوية للحد الأدنى. إذا كنت بحاجة إلى تيار أصغر ، فعليك إجراء حساب مماثل لقيمة Io ، وباستخدام الصيغة العامة ، حدد جهد البوابة الذي يصبح فيه تيار التصريف صغيرًا جدًا.

لآخر الترانزستور النظر
Io = I2 ** U1 ** 2 / (U1-U2) ** 2 = 20 * 1.4 ** 2 / (3.1) ** 2 = 4.08A
ثم القيمة (1-U1 / U0) ** 2 تختلف عن 1 ب 0.00025 / 4.08 ~ 0.5 * 10 ** - 5 ، نأخذ الجذر التربيعي يساوي 2 * 10 ** - 3 وهذا يعني أننا بحاجة إلى تقليل الجهد على البوابة بمقدار 2 * 10 ** - 3 * 1.4 ، والتي ستكون 0.006V ، بحيث يتوقف التيار الموجود في استنزاف الترانزستور تمامًا (هذا الجزء منه بسبب خصائص تضخيم الترانزستور). ستكون القاعدة العامة كما يلي - سيكون Ugs1 (الحد الأدنى) -0.1V كافيًا في الغالبية العظمى من الحالات لإغلاق الترانزستور تمامًا ، على الرغم من أنه لا يزال يتعين عليك النظر في وضع القياس لهذه المعلمة ، كما قال ويني ، "يمكنك أن تتوقع كل شيء من الخنازير".

نعم ، لقد وعدت الأخلاق ، وهنا: بالطبع ، يختلف المهندس عن غيره من الناس من حيث أنه يفكر بأيديه ، ولكن التفكير (بمساعدة الدماغ) العادي والتفكير في التفاصيل لا يقل أهمية في الممارسة الهندسية. نعم ، هذا تافه ، لكن مع ذلك صحيح.