| Как ленточные конвейеры облегчают работу шахты? Ленточные конвейеры — это профессиональные рабочие устройства, которые используются во многих отраслях промышленности и хозяйства. Как самостоятельно сделать угольную маску? В период, когда пандемия коронавируса бушует по всему миру, каждый хочет защититься от опасных вирусов. Особенности зимней стройки Строительство обычно проводится в теплое время года. Однако кто сказал, что строить зимой нельзя? Что собой представляет сварочный инвертор Сегодня сварку активно используют не только для строительных и монтажных процедур, но и при выполнении различных бытовых работ. Игровые автоматы Плей Фортуна Для любителей азартных игр на просторах интернета представлены много игровых площадок, удовлетворяющих требования своих игроков. Что делать если зависает компьютер Постепенное снижение работоспособности и производительности компьютера — одна из наиболее частотных проблем, с которой сталкиваются пользователи любого ПК. Gaminator Slot — игровые автоматы бесплатно Несмотря на большой ассортимент игровых автоматов, наибольшей популярностью пользуются Гаминаторы. Для тех, кто любит и знает мир спорта — полная версия Вулкан ставка на спорт Отличные знания спортивных игр и событий могут значительно улучшить финансовое положение. Для этого существуют букмекерские конторы, где можно воспользоваться опытом прогнозирования в спорте и заработать. Игровые автоматы на деньги в 2020 году Очень много игроков уже давно просиживают вечера в казино-онлайн. Играть в онлайн автоматы без регистрации Еще с незапамятных времен некоторые люди предпочитали проводить время за игрой… | ||||||||||||
Преобразователь для автомобиляДля автотуриста, особенно на длительном привале, единственным источником электроэнергии служит аккумуляторная батарея автомобиля. |
Поэтому, естественно, и все походные осветительные и нагревательные приборы питаются от нее. А если в дорогу взяты приборы, рассчитанные на напряжения 36, 127, 220 В? Ничего страшного. Выручит преобразователь напряжения, схема которого показана на рисунке. Описываемое устройство позволяет питать люминесцентную лампу, электропаяльник на напряжение 36 В, электробритву и другие приборы. Максимальная мощность нагрузки преобразователя — 40 Вт, при этом ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, составляет примерно 4 А. Вилкой ХР1 преобразователь подключают к прикуривателю или розетке, соединенной с аккумуляторной батареей автомобиля. С целью уменьшения габаритов конструкции преобразователя частота задающего генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2, выбрана около 25 кГц. Элементы DD1.3 и DD1.4 образуют буферный каскад, нагрузкой которого служит обмотка I согласующего трансформатора Т1. Импульсы напряжения на обмотках II и III трансформатора управляют мощными ключевыми транзисторами VT1, VT2.
При этом ток в первичной обмотке трансформатора Т2 преобразователя достигает в импульсе 8 А, что обеспечивает требуемую мощность на его вторичных обмотках. Напряжение питания на элементы задающего генератора и буферного каскада поступает через развязывающий фильтр L1C4C6. Чтобы генератор вырабатывал сигнал симметричной формы — меандр, необходимый для управления транзисторными ключами, в него введена цепочка R1VD1, выравнивающая длительность зарядки и разрядки конденсатора С1. Обмотка III трансформатора Т2 рассчитана на подключение к ней (через разъемы XS1, XS2) приборов на напряжение 36…40 В. Отводом обмотки можно изменять мощность, потребляемую нагрузкой, например, подбирать температуру нагрева жала электропаяльника. Обмотка II этого трансформатора предназначена для питания приборов, рассчитанных на переменные напряжения 127 и 220 В. Часть напряжения, снимаемого с верхней по схеме секции обмотки, выпрямляется диодами VD4-VD7, включенными по схеме моста, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С 11.
В результате на разъеме XS5 (при замкнутых контактах кнопки SB1) действует постоянное напряжение 115 В — для питания электробритвы с коллекторным электродвигателем. Впрочем, это напряжение может иметь другое значение- в зависимости от конкретной модели электробритвы. Известно, что для включения люминесцентных ламп без подогрева нитей накаливания необходимо напряжение более 500…600 В. Чтобы получить его, напряжение 200 В обмотки II трансформатора Т2 подается на выпрямитель-умножитель, выполненный на диодах VD2, VD3 и конденсаторе С9. В результате на конденсаторе С10 действует повышенное напряжение постоянного тока. Для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт параллельно конденсатору С9 подключают (тумблером SA1) конденсатор С8. Однако напряжения на фильтрующем конденсаторе С10 оказывается недостаточным для зажигания люминесцентной лампы. Поэтому в этот узел устройства введен дополнительный пусковой трансформатор ТЗ, но включают лампу вручную кнопкой SB1. Вот как это происходит. При замкнутых контактах кнопки SB1 конденсатор С11 заряжен до напряжения 115 В.
При нажатии на кнопку он быстро разряжается через первичную обмотку трансформатора ТЗ. При этом на вторичной обмотке трансформатора возникает импульс напряжения, достаточный для зажигания люминесцентной лампы. В дальнейшем свечение лампы поддерживается напряжением на конденсаторе С10 выпрямителя VD2, VD3. Такое построение этого узла преобразователя позволяет не только обойтись без подогрева накальной нити люминесцентной лампы, но и использовать лампу с перегоревшей нитью накаливания (если, конечно, она пригодна для работы в таком режиме). Напряжение подают на оба вывода нити накаливания. Люминесцентную лампу подключают к разъему XS6 «ЛДС». Соединения между деталями делают снизу платы. Другие детали монтируют на дополнительной плате, которую размещают на боковой стенке корпуса. Цепи преобразователя, по которым течет большой ток, следует выполнять проводом диаметром не менее 2 мм возможно минимальной длины. Это требование относится и к проводам, соединяющим преобразователь с аккумуляторной батареей.
Микросхема DD1 преобразователя может быть К561ЛЕ5, диод VD1 — любой высокочастотный малогабаритный, транзисторы VT1 и VT2 — КТ827 с буквенными индексами Б, В. Выпрямительные диоды VD2-VD7 должны быть высокочастотными, например (кроме КД212А), КД205А- КД205Д, КД213А, КД213Б. Конденсаторы: С1 — КД, КТ, КМ; С6 и С7 ~ КМ, МБМ; С2 и С3 — К50-24 (или К50-6), остальные — БМ, МБМ. Индуктивность дросселя L1 может быть 10…200 мкГн. Трансформаторы Т1 и ТЗ выполнены на кольцах типоразмера К20Х12Х6 из феррита 2000НМ. Обмотка I первого из них содержит 120 витков, а обмотки II и III — по 45 витков провода ПЭВ-2 0,2. Первичная обмотка трансформатора ТЗ представляет собой 2 витка, а вторичная — 20 витков провода ПЭВ-2 0,4. Магнитопроводом трансформатора Т2 служат два склеенных вместе кольца типоразмера К32Х20Х Х9 из феррита 2000НМ. Его обмотка I содержит 1,5 витка провода ПЭВ-2 2,0, обмотка II — 88 витков провода ПЭВ-2 ,0,4 (отводы от 36 до 50-го витков, считая от начала), обмотка III -16 витков провода ПЭВ-2 1,0 (отвод от 14-го витка).
Перед намоткой провода острые грани колец надо сгладить надфилем, после чего обмотать магнитопровод лакотканью или изоляционной лентой. Налаживание преобразователя напряжения заключается в следующем. Сначала подбором резистора R1 добиваются на выходе буферного каскада импульсного сигнала, близкого по форме к меандру. Затем, в случае необходимости, подбором конденсатора С1 устанавливают частоту задающего генератора, равную 25…27 кГц. Ток, потребляемый преобразователем без нагрузки, должен составлять примерно 500 мА.
Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.
Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток. Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.
Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9. 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.
Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.
3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).
Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.
|
||||
|
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ =12В в =220В ДЛЯ ПИТАНИЯ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИХ ЛАМП
Необходимость получения напряжения 220В от
аккумуляторной батареи часто возникает в повседневной жизни.  д.
Большинство подобных блоков питания
собирались по двухтактной схеме на двух транзисторах MJE13005…
MJE13007 или подобных, которые через
небольшой разделительный трансформатор запускались от задающего генератора
на микросхеме TL494. Выход преобразователя
через конденсатор 1 мкФ подключался к первичной обмотке выходного трансформатора.
Проблема была в том, что коэффициент трансформации оказался недостаточным, чтобы на выходе самодельного конвертера получить
достаточное для запуска энергосберегающих ламп напряжение.
Наиболее простым оказалось решение использовать доступную микросхему для
построения преобразователей напряжения — VD2,
VD7, подключенных к «12В» отводам трансформатора. Выход схемы
вольтодобавки подключен к «минусу» диодного моста на
VD3 … VD6, что позволило
получить на нагрузке напряжение 190 …. 220В, достаточное для
нормального запуска и свечения люминесцентных ламп,
питания адаптеров ноутбука, сотового телефона или небольшого стационарного телевизора.
Использование силовых полевых транзисторов
( MOSFET) накладывает ограничение на
минимальную величину запускающих импульсов — при снижении амплитуды
импульсов ниже 10В сильно возрастает сопротивление открытого канала
транзисторов, увеличивается их нагрев, снижается КПД и
максимальная мощность в нагрузке. Для исключения увеличения
потерь преобразователя при разряде аккумулятора в схеме применён
узел «вольтодобавки» для питания микросхемы. При подаче питания
напряжение на микросхему поступает через диод VD1,
а после начала генерации — с «вольтодобавки» на
диодах VD2, VD7, через резистор
R3, номинал которого подбирается в пределах 470 Ом …
1,5 кОм, с расчётом, чтобы при нормальной работе напряжение питания
микросхемы составляло около 20В. При этом, даже при глубоко разряженном
аккумуляторе, напряжение питания микросхемы составляет не менее 15В,
что полностью открывает каналы полевых транзисторов.
В схеме можно использовать любые доступные
MOSFET транзисторы с низким
сопротивлением открытого канала. Чем меньше RDC(on),
тем лучше. Хорошо подходят транзисторы IRFZ24N, IRFZ34N,
IRFZ44N, IRFZ46N, IRFZ48N, 2SK2985 и т.д. Диоды VD2 … VD7 должны быть рассчитаны
на рабочую частоту 100 кГц, рабочее напряжение не менее 400В и ток
1 … 3А, в качестве которых хорошо подходят доступные
FR204…FR207, HER204 …
HER207, FR154 … 157, 1N4936 … 1N4937, BYT52G,
BYT53G, FR304 … Для контроля разряда аккумуляторной батареи до 11,8 В конвертер можно дополнить узлом индикации нормального напряжения, в основе которого лежит использование широко распространённой микросхемы TL431A.
Этот прецизионный регулятор, иногда называемый управляемым стабилитроном,
часто применяется в блоках питания телевизоров и мониторов для
регулирования выходного напряжения посредством оптрона,
подключенному к драйверу БП. Микросхема
содержит 3 вывода: анод, катод и управляющий электрод
REF. При напряжении на входе REF
ниже 2,50 В проводимость между анодом и катодом
при обратной полярности напряжения низка. При незначительном
повышении напряжения свыше 2,50 В проводимость резко возрастает, что приводит к
зажиганию светодиода. Для индикации нормального напряжения свыше
11,8 В необходимо точно подобрать делитель R1/R2. Резистор R3 предназначен для исключения подсветки светодиода за счёт протекания небольшого тока между анодом и катодом микросхемы при напряжении на выводе REF ниже 2,50 В. Устройство подключают отдельными проводами прямо на клеммы аккумулятора.
Устройство собрано на небольшой печатной плате размером
около 93 х 38 мм (в авторском варианте используется трансформатор от
БП at-200).
При использовании иных элементов печатную плату придётся немного подкорректировать. Разрядный резистор R4 подключается непосредственно к выходной розетке. Его сопротивление может быть любым от 200кОм до 4,7мОм, а допустимое рабочее напряжение должно быть не менее 300В.
|
FR307 и т.д. Можно использовать распространённые отечественные диоды
КД226В … КД226Д. Допустимый разброс ёмкости электролитических конденсаторов
достаточно велик, так ёмкость конденсатора С3 может быть от 1000 мкФ
и выше, на напряжение от 16В. Ёмкость С5 может быть от
4,7 мкФ и напряжение от 300В. Конденсатор С1
служит для «мягкого» пуска преобразователя и в большинстве случаев может не
устанавливаться, т.к. он создаёт задержку включения преобразователя, что не всегда
желательно.
Рабочая частота генератора определяется номиналами резистора
R2 и конденсатора C2.
При сопротивлении резистора R2 = 5,1K ёмкость
конденсатора может быть от 1000 до 3300 пФ. Оптимальная частота для
конкретного импульсного трансформатора подбирается из условия
получения максимального напряжения на номинальной нагрузке. На время настройки
резистор R2 можно заменить подстроечным, а после
заменить постоянным.
Соотношение резисторов должно быть равно 3,72,
т.е. если R2= 10K, то
R1 должно быть равно 37,2 К. Для точной
регулировки порога последовательно с одним из резисторов можно включить
подстроечный резистор. При использовании не свинцовых аккумуляторов
пороговое напряжение может быть иным. В этом случае произвольно задаётся
номинал одного из резисторов, например R2,
а R1 находится по формуле:
R1= R2 * (Uпор -2,5) / 2,5.
Шаг 7 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ . Семь шагов в электронику
Разновидности преобразователей
Преобразователи напряжений — одни из самых распространенных радиотехнических устройств. Они используются в качестве источников питания других устройств и имеют самые различные выходные напряжения и мощности.
По видам преобразователей напряжения различаются: преобразователи постоянного (DC) и переменного (АС) напряжений.
По соотношению входного и выходного напряжения различаются: повышающие (Step-Up) или понижающие (Step-Down) преобразователи.
Помимо собственно преобразования напряжений эти устройства могут реализовывать и дополнительные функции (например, защиту питаемого устройства от пропадания питающего напряжения — такие устройства называются источниками бесперебойного питания или UPS).
Способы преобразования одного постоянного напряжения в другое
Преобразование одного постоянного напряжения в другое, в зависимости от их соотношения, можно сделать одним из двух способов:
♦ в случае понижения (например, с 220 В до 12 В) можно погасить излишек напряжения на регулирующем элементе.
♦ более универсальный способ — превратить каким-либо образом постоянное напряжение в переменное, произвести нужное преобразование переменных напряжений (например, из 12 В в 220 В) с помощью хорошо известного устройства — трансформатора, — а затем полученное переменное напряжение выпрямить, превратив таким образом в постоянное.
В большинстве случаев в преобразователях напряжений используют именно второй способ — первый может выполнять только понижение напряжения, не обеспечивает гальванической развязки напряжений и при большом различии входного и выходного напряжений отличается чудовищно низким КПД. Однако это не означает, что первый способ вообще не используется, — просто ему надо знать время и место!
Функциональная схема преобразователя напряжений приведена на рис. 7.1.
Рис. 7.1. Функциональная схема преобразователя напряжений
Она состоит из мощного генератора переменного напряжения (I), трансформатора (II), выполняющего нужные преобразования напряжений, и мощного выпрямителя (III). Кроме указанных компонент, в преобразователе часто присутствует дополнительный элемент — устройство управления (обеспечивает преобразователь дополнительными функциями, например, токовой защитой или плавным включением).
Причины потери мощности
Идеальный преобразователь должен выполнять преобразование напряжений без потерь мощности, поскольку это — совершенно ненужные затраты, снижающие КПД. Естественно, в реальной жизни такого не бывает, и потери мощности при преобразовании неизбежны.
Причин потери мощности несколько.
Причина 1. Из соображений минимизации размеров трансформатора преобразование напряжений выполняют на повышенной частоте. Если силовой трансформатор мощностью 1 кВт, работающий на частоте 50 Гц, по весу и размерам вполне может сойти за двухпудовую гирю, то такой же трансформатор для частоты 100 кГц легко помещается на ладони.
Однако на таких высоких частотах резко возрастают потери в железе и меди трансформатора. Особенно в железе — в промышленности, например, токи частот 60–70 кГц используются для нагрева металла перед закалкой (т. е. до 700–800 градусов).
Все это вынуждает:
♦ применять специальные материалы (ферриты), которые способны работать на столь высоких частотах с приемлемыми потерями мощности;
♦ обмотки выполнять многожильным проводом или несколькими скрученными проводами, чтобы снизить т. н. скин-эффект (он заключается в «выдавливании» высокочастотных токов из глубины проводника на его поверхность, в результате чего внутренняя часть проводника перестает участвовать в передаче тока, а это напрасный расход весьма дорогой меди).
Причина 2. Для того чтобы обеспечить минимальные потери мощности в инверторе, преобразование частоты выполняется не с помощью синусоидального переменного напряжения, а с помощью напряжения, имеющего прямоугольную форму.
В этом случае выходные ключи преобразователя работают в ключевом режиме (аналогично усилителям класса D), т. е. они либо полностью открыты (и тогда протекающий через них ток вызывает минимально возможные потери мощности), либо полностью закрыты (и тогда, естественно, вообще не вносят никаких потерь).
Проблема здесь заключается в том, что ни один силовой ключ не в состоянии мгновенно перейти из одного состояния в другое — он неизбежно проходит при этом стадию т. н. активного режима, в котором он больше всего похож на основательно подгоревший контакт. Именно в моменты перехода из одного состояния в другое на силовых ключах и происходит львиная доля всех потерь мощности.
Сократить потери при переходе ключей из одного состояния в другое — задача весьма непростая, и решается она как выбором быстродействующих ключей, так и схемно-техническими средствами (сокращением времени переключения ключей и уменьшением тока, протекающего через ключ в момент переключения).
Причина 3. по аналогичной причине — невозможности мгновенно открыться или закрыться, — происходят потери мощности на диодах выпрямителя. Здесь также задача снижения потерь мощности решается выбором диодов и схемно-техническими средствами.
Особенности схемотехники преобразователей
Схемотехника преобразователей напряжения отличается большим разнообразием, однако ее можно разбить на несколько групп.
Первое, самое очевидное, деление — преобразователи бывают однотактные и двухтактные. Легко догадаться, что эти группы отличаются количеством силовых ключей в схеме.
Однотактные преобразователи (рис. 7.2) содержат всего один силовой ключ, всего один выпрямительный диод, отличаются более простой схемотехникой, и практически всегда используются в источниках пихания сравнительно небольшой мощности.
Главный недостаток однотактных преобразователей — они работают при сильном подмагничивании магнитопровода трансформатора, поэтому далеко не всякий трансформатор будет пригоден для работы в однотактной схеме. По этой же причине достаточно сложно изготовить однотактный преобразователь на большие мощности.
Однотактные преобразователи, в свою очередь, делятся на две группы:
♦ прямоходовые (рис. 7.2, а), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит в тот момент, когда силовой ключ открыт.
♦ обратноходовые (fly-back, рис.
7.2, б), в которых передача энергии из источника в нагрузку происходит тогда, когда силовой ключ заперт.
Рис. 7.2. Принципиальные схемы однотактных преобразователей:
а — прямоходовой, б — обратноходовой
Примечание.
Такое возможно потому, что в то время, когда силовой ключ открыт, энергия для передачи в нагрузку запасается в виде магнитного поля в магнитопроводе трансформатора, а при закрытом ключе уже эта запасенная энергия передается в нагрузку.
Схемотехнически эти две группы отличаются только полярностью включения выпрямительного диода и алгоритмом управления силовым ключом. Современные однотактные преобразователи по большей части являются обратноходовыми, в том числе и потому, что трансформатор для них проще в изготовлении и содержит меньшее число витков.
Двухтактные преобразователи напряжения (рис.
7.3) содержат вдвое большее число силовых ключей, вдвое большее число выпрямительных диодов, но зато практически не ограничены в выходной мощности.
Схемотехнически двухтактные преобразователи также можно разделить на две группы:
♦ схема со «средней точкой» (рис. 7.3, а)
♦ полумостовая (рис. 7.3, б) и мостовая (рис. 7.3, в) схема.
Рис. 7.3. Принципиальные схемы двухтактных преобразователей:
а — схема со «средней точкой»; б — полумостовая схема; в — мостовая схема
Первая группа фактически представляет собой два «рядом стоящих» прямоходовых однотактных преобразователя, работающих в противофазе.
Примечание.
Двухтактных обратноходовых преобразователей не бывает, потому что такой режим требует применения управляемых особым образом ключей вместо выпрямительных диодов (впрочем, с появлением т.
н. синхронных выпрямителей не исключено, что двухтактный обратноходовый преобразователь, наконец, появится).
Вторая группа очень похожа на двухтактные выходные каскады УНЧ. В двухтактных преобразователях подмагничивание трансформатора отсутствует (или, во всяком случае, не является неизбежной характеристикой схемы). Это существенно упрощает изготовление трансформатора (в частности, позволяет применять для трансформаторов кольцевые магнитопроводы без каких-либо ограничений).
Схемы со средней точкой в основном применяются при низких входных напряжениях, мосты и полумосты — при высоких.
Причины такого разделения более экономические, нежели технические — при низких напряжениях первичная обмотка трансформатора полумоста содержит вдвое меньше витков, чем у моста, и вчетверо меньше, чем у схемы со средней точкой.
Изготовить же обмотку с числом витков, меньшим трех, как ни странно, весьма затруднительно — малейшие неточности ее изготовления слишком сильно влияют на напряжения вторичных обмоток, особенно если они высоковольтные.
При высоких напряжениях, наоборот, меньшее число витков удешевляет стоимость трансформатора.
Примечание.
Дополнительный плюс мостовых и полумостовых схем, несмотря на более сложное устройство управления, в том, что они лишены «фирменной» проблемы всех однотактных преобразователей и преобразователей со средней точкой — всплесков перенапряжения на обмотке трансформатора при закрытии ключа.
Эти всплески в мостах и полумостах эффективно гасятся демпферными диодами силовых ключей, «отправляясь» обратно в источник первичного напряжения. В однотактных же схемах и в схеме со средней точкой для борьбы с этими всплесками приходится:
♦ применять специальные гасящие цепочки-снабберы, которые снижают КПД устройства и зачастую имеют немалые габариты, что особенно заметно на преобразователях небольшой мощности;
♦ усиливать изоляцию обмоток трансформатора, что сказывается на его стоимости далеко не в лучшую сторону.
Примечание.
Самые мощные преобразователи обычно собирают по схеме двухтактного моста.
На этом шаге мы попробуем с вами, уважаемый читатель, изготовить повышающий преобразователь постоянного напряжения 12 В (это напряжение называется входным или первичным) в постоянное напряжение 220 В (это напряжение будет, соответственно, выходным или вторичным).
Если пользоваться вновь введенными обозначениями, его можно назвать DC-DC Step-Up 12/220 В преобразователем.
Первый преобразователь, который мы сделаем, будет собран… на транзисторах.
Преобразователь напряжения на транзисторах
Принципиальная схема. Схема транзисторного преобразователя приведена на рис. 7.4. Это — двухтактный автогенератор со «средней точкой» (однотактные генераторы в повышающих преобразователях применяются нечасто — в основном в очень высоковольтных или очень маломощных).
Рис. 7.4. Схема транзисторного преобразователя напряжения
Для обеспечения генерации в системе должна присутствовать положительная обратная связь. В этой схеме она обеспечивается обмоткой II трансформатора. Обмотка I — обмотка первичного напряжения, обмотка III — соответственно, вторичного.
Транзисторы Т2 и ТЗ служат для защиты выходных транзисторов от перегрузки. В силу простоты схемы такого вида были весьма популярны на заре преобразователей напряжения, однако эта схема — не самая экономичная, и на ее работу очень заметное влияние оказывает характер нагрузки.
Примечание.
Именно по этой причине (с целью ограничения тока заряда конденсатора С1) в схеме присутствует позистор R6 — без него схема может просто не «завестись».
Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 60×62,5 мм.
Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 7», файл 1.DXF) и посмотреть на рис. 7.5.
Рис. 7.5. Разводка печатной платы (60×62,5 мм, в зеркальном изображении)
Схема расположения деталей приведена на рис. 7.6.
Рис. 7.6. Схема расположения деталей на плате
Элементная база. Трансформатор преобразователя намотан на кольце М2000НМ К45х28х12. Параметры обмоток трансформатора приведены в табл. 7.1.
Перед намоткой на торцы кольца следует приклеить бумажные шайбы чуть шире самого кольца, чтобы защитить изоляцию провода от острых краев кольца, а затем покрыть кольцо цапонлаком. Транзисторы Т1 и Т4 установлены на радиаторах площадью около 200 см2.
Налаживание. Если преобразователь при подаче питания не заработает, необходимо поменять местами выводы обмотки II трансформатора.
Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.7.
Рис. 7.7. Внешний вид преобразователя
Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» — > «Преобразователь на транзисторах» на прилагаемом диске.
Преобразователь напряжения на микросхемах
Принципиальная схема. Схема преобразователя на микросхемах приведена на рис. 7.8. Это — также двухтактный преобразователь со средней точкой, но вместо биполярных в нем применены полевые ключи.
Рис. 7.8. Схема преобразователя напряжения на микросхемах
Для низковольтных преобразователей применение полевых транзисторов, в настоящее время — наиболее удачное решение, поскольку они обладают минимальным уровнем потерь мощности (в том числе и мощности на управление).
Управляются транзисторы с помощью микросхемы DA1.
Выходные сигналы микросхемы подаются на эмиттерные повторители на транзисторах Т2, ТЗ и Т5, Т6.
Примечание.
Это необходимо по причине того, что затвор полевого транзистора обладает довольно значительной емкостью и на высоких частотах весьма заметно нагружает устройство управления.
Эта лишняя нагрузка приводит к «затягиванию» управляющих импульсов, и, как следствие, к расширению зоны активного режима, в которой потери на ключе максимальны. Защита от перегрузок транзисторов по току встроена в микросхему, сигнал защиты снимается с резистора R3. Выпрямитель аналогичен выпрямителю, примененному в предыдущей конструкции.
Печатная плата. Устройство собрано на печатной плате из одностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм размерами 66,25×42,5 мм. Разводку печатной платы (в зеркальном изображении) можно скачать с диска, прилагаемого к книге («Видеоурок 7», файл 2.
DXF), и посмотреть на рис. 7.9.
Рис. 7.9. Разводка печатной платы (66,25×42,5 мм, в зеркальном изображении)
Схема расположения деталей приведена на рис. 7.10.
Рис. 7.10. Схема расположения деталей на плате
Элементная база. Трансформатор преобразователя намотан на кольце М2000НМ К28х16х9. Параметры обмоток трансформатора приведены в табл. 7.2.
Перед намоткой на торцы кольца следует приклеить бумажные шайбы чуть шире самого кольца, чтобы защитить изоляцию провода от острых краев кольца, а затем покрыть кольцо цапонлаком. Транзисторы Т1 и Т4 установлены на радиаторах площадью около 50 см2.
Налаживание. Какой-либо наладки преобразователь не требует.
Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.11.
Рис. 7.11. Внешний вид преобразователя
Смотрим ролик.
Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» —» «Преобразователь на микросхемах» на прилагаемом диске.
Как рассчитать трансформатор для преобразователя. Расчет трансформатора не слишком сложен, но достаточно трудоемок. Автор рекомендовал бы, в первую очередь, скачать готовую программу для расчета. Очень удачна, на взгляд автора, программа Е. Москатова. Найти ее можно по адресу http://www.moskatov.narod.ru/Programs.html. Если же Вас интересуют непосредственно расчетные формулы, стоит заглянуть на http://k155la3.ucoz.ru/index/raschet_transformatora_impulsnogo_bloka_pitanija/0-93 — там приведен пример расчета.
Преобразователь напряжения на электромагнитных реле
Принципиальная схема. Схема преобразователя на электромагнитном реле представлена на рис. 7.12. Этот преобразователь до смешного прост.
Рис. 7.12. Принципиальная схема преобразователя на электромагнитном реле
При включении преобразователя ток обмотке реле возрастает до тех пор, пока реле не сработает.
При срабатывании оно размыкает свои собственные контакты, и ток в обмотке прерывается. Затем, через некоторое время реле отпустит свой якорь, и ток через обмотку снова возобновится. В результате в обмотке трансформатора возникает пульсирующий ток — дальнейшее, думается, понятно.
Внешний вид преобразователя представлен на рис. 7.13.
Рис. 7.13. Внешний вид преобразователя
Смотрим ролик. Работу преобразователя представляет ролик: «Видеоурок 7» — > «Преобразователь на реле» на прилагаемом диске.
Вывод.
Если не считать постоянно подгорающих контактов и невысокой частоты преобразования, схема может считаться идеальной по простоте. В реальной жизни в подобных схемах применялись специальные вибропреобразователи, которые не приходили в негодности за полчаса из-за разрушения контактов, как это обязательно произойдет с нашим реле.
Советы по управлению затвором мощного полевого транзистора
Непосредственное управление от контроллера ШИМ
В большинство современных микросхем контроллеров встроен выходной управляющий каскад. Обычно он содержит двухтактную схему на двух транзисторах. Этот выход можно использовать для непосредственного управления затвором мощного полевого транзистора, как показано на рис. 1.
Рис. 1. Мощный ПТ управляется непосредственно от выхода контроллера ШИМ
Непосредственное подключение можно использовать в тех случаях, когда управляющая схема подключена к той же самой «земле», что и силовая часть, и уровень мощности относительно невелик.
Судя по справочным данным, ток в несколько ампер можно получить прямо с выхода контроллера ШИМ. Этого вполне достаточно для управления маломощными устройствами. Однако вход полевого транзистора имеет большую емкость.
Кроме того, пытаться полностью использовать весь выходной ток контроллера, как правило, плохая идея. Это может привести к увеличению электромагнитных помех изза быстрого включения и выключения, непомерным потерям на обратное восстановление в выпрямителе и шумам в самом контроллере ШИМ. В результате могут возникать случайные сбои в работе и дрожание тактовой частоты.
Лучшее решение ограничить выходной ток контроллера ШИМ при помощи схемы, показанной на рис. 2. В ней используются два резистора: один для управления временем включения, а другой для управления временем выключения. (Обычно мы выключаем устройство быстрее, чем включаем, для защиты от коротких импульсов тока.) Диод служит для разделения этих двух функций, но в некоторых случаях, когда критично быстродействие схемы, можно обходиться без него.
Рис. 2. Схема, с помощью которой можно ограничить выходной ток контроллера ШИМ
В маломощных преобразователях мы обычно включаем ПТ медленно.
Не надо бояться экспериментов с величиной сопротивления резистора Ron. Автор использует в своих проектах значения от 1 Ом до 1 кОм. Сформулированное им правило разработки заключается в том, чтобы увеличивать сопротивление, одновременно наблюдая за осциллограммами переключения и рассеиваемой мощностью ПТ. Если температура начинает заметно возрастать, нужно уменьшить величину сопротивления вдвое. Вы будете удивлены, увидев, как медленно можно включать ПТ в обратноходовом преобразователе, работающем в режиме прерывистых токов, без значительных потерь на переключение.
Выключение должно быть быстрым, чтобы обеспечить быстрый спад импульса тока. Экспериментируйте с разными значениями сопротивления, вместо того, чтобы просто использовать величины, приведенные в руководствах по применению. Более подробную информацию о том, насколько быстро можно управлять ПТ, можно найти в работе[3].
Специализированные драйверы затворов
При увеличении мощности преобразователя становится ясно, что сопротивления резисторов в затворе ПТ необходимо уменьшить, чтобы минимизировать потери на переключение.
Для схем большой мощности в промышленности, как правило, используют микросхемы драйверов с большими выходными токами. При этом уменьшается влияние помех на контроллер ШИМ, и, кроме того, получается более удачная разводка печатной платы. В продаже имеется множество хороших драйверов. Можно даже создать собственный мощный двухтактный драйвер, если необходимо увеличить производительность при снижении цены. Для устройств большой мощности используют отдельную схему драйвера затвора для достижения быстрого переключения (рис. 3). Резисторы в затворе также имеются.
Рис. 3. Отдельная схема драйвера затвора для быстрого переключения
Изолированные драйверы затворов
Для получения очень высоких мощностей разработчики начинают использовать такие топологии, как двухключевой прямоходовый преобразователь, полумостовой или мостовой преобразователи. Во всех этих топологиях необходимо применять плавающий ключ.
Существуют решения этой задачи с использованием полупроводниковых компонентов, но только для низковольтных применений.
Интегральные драйверы верхнего плеча не предоставляют разработчику достаточной гибкости, а также не обеспечивают такого уровня защиты, изоляции, устойчивости к переходным процессам и подавления синфазных помех, который дает хорошо спроектированный и изготовленный трансформатор для управления затвором.
На рис. 4 показан самый примитивный способ получения плавающего управления затвором. Выход микросхемы драйвера подключен через разделительный конденсатор к небольшому трансформатору (обычно тороидальному для лучшей производительности). Вторичная обмотка подключена непосредственно к затвору ПТ, и любые замедляющие резисторы должны располагаться со стороны первичной обмотки трансформатора. Обратите внимание на стабилитроны в затворе для защиты от переходных процессов. На выходе драйвера необходимо использовать ограничительные диоды, ими нельзя пренебрегать, даже если при первых испытаниях не возникли проблемы с реактивными токами в трансформаторе.
Рис. 4. Простейшая изолированная схема для управления затвором
В простейшей изолированной схеме для управления затвором используется трансформатор, как показано на рис.
4. Ограничительные диоды необходимы для защиты от реактивных токов, а разделительный конденсатор предотвращает насыщение трансформатора. Конденсатор дает сдвиг уровня выходного напряжения драйвера, который зависит от относительной длительности управляющих импульсов.
Схема, представленная на рис. 4, обеспечивает отрицательное напряжение на вторичной обмотке на интервалах времени, когда ПТ выключен. Это значительно увеличивает устойчивость к синфазным помехам, что особенно важно для мостовых схем.
Однако недостаток отрицательного смещения это уменьшение положительного напряжения, открывающего ПТ. При небольшой относительной длительности импульсов положительный импульс большой. При относительной длительности, равной 50%, половина имеющегося напряжения драйвера теряется. При большой относительной длительности положительного напряжения может не хватить для полного открывания ПТ.
Схемы с трансформаторной развязкой наиболее эффективны при относительной длительности от 0 до 50%.
К счастью, именно это и нужно для прямоходовых, мостовых и полумостовых преобразователей.
Обратите внимание: на рис. 5 показано, как напряжение на разделительном конденсаторе смещается под действием низкочастотных колебаний, наложенных на выходные импульсы драйвера. Эти колебания должны тщательно подавляться для обеспечения безопасной работы. Обычно для борьбы с этим явлением увеличивают емкость конденсатора, что уменьшает Q для низкочастотных составляющих. Необходимо проверить работу схемы при всех возможных переходных процессах, особенно при старте, когда конденсатор разряжен.
Рис. 5. Колебания, возникающие в разделительном конденсаторе и влияющие на работу трансформатора
Осторожно: схема восстановления постоянной составляющей!
Иногда разработчик может столкнуться с высоковольтной схемой, в которой требуется изолированное управление затвором при относительной длительности импульсов около 100%. Раньше для таких применений рекомендовали схему, показанную на рис.
6. Но ее применение может приводить к повреждению источника питания при выключении.
Рис. 6. Высоковольтная схема с восстановлением постоянной составляющей
Диод и конденсатор на стороне вторичной обмотки восстанавливают постоянную составляющую на затворе и обеспечивают управление затвором при значениях относительной длительности до 90% и более. Однако у этой схемы есть серьезный недостаток, и использовать ее без очень тщательного анализа не рекомендуется.
Эта схема хорошо работает в установившемся режиме (рекомендуется нагрузочный резистор в затворе), но когда контроллер ШИМ выключается, разделительный конденсатор остается подключенным через трансформатор на неопределенный период времени. Это может привести к насыщению трансформатора, как показано на рис. 6б. Когда трансформатор насыщается, вторичная обмотка замыкается накоротко, и конденсатор на стороне вторичной обмотки может включить ПТ. Насыщение можно предотвратить, если использовать сердечник с зазором и конденсатор небольшой емкости, но при этом увеличится реактивный ток, необходимый для управления затвором, а это вызывает другие проблемы.
Изолированное управление затвором для мостовых преобразователей
Мостовые и полумостовые преобразователи это устройства, в которых требуется очень надежная изолированная схема управления. В то время как один из ключей закрыт, ключ на другой стороне моста будет открыт. В результате на выключенном устройстве будет присутствовать большое синфазное напряжение.
На рис. 7 показана схема, рекомендуемая для полумостового преобразователя. В ней управлять затворами должны два трансформатора. Не пытайтесь использовать только один трансформатор и схему с тремя состояниями, как советуют в некоторых руководствах по применению!
Рис. 7. Для управления затворами в полумостовых преобразователях рекомендуются два отдельных трансформатора
В мостовом преобразователе, показанном на рис. 8, также требуются два трансформатора для управления затворами. Двойные вторичные обмотки в каждом трансформаторе используются для управления парами ПТ в диагонально противоположных плечах моста.
Для обоих типов мостов схемы управления затворами должны тщательно тестироваться во время переходного процесса при включении, когда возникают большие пиковые токи, и отрицательные напряжения на затворах невелики.
Рис. 8. Схема мостового преобразователя с двумя трансформаторами для повышения надежности
В схеме моста с фазовым сдвигом (рис. 9) для управления затворами также используются два трансформатора. Но обратите внимание на отличие: каждая сторона моста работает с фиксированной относительной длительностью 50%, что позволяет использовать один трансформатор с двумя вторичными обмотками противоположной полярности. Это одна из немногих схем, где можно применять биполярную схему управления затвором без снижения надежности. Но выбросы, возникающие во время переходных процессов при выключении, не должны приводить к открытию транзисторов. Обратите внимание на полярность вторичных обмоток.
Рис. 9. Мост с фазовым сдвигом с двунаправленными трансформаторами в каждом плече
Заключение
Схема управления затвором критически важная часть проекта преобразователя.
Убедитесь в том, что вы используете правильную схему, и не копируйте вслепую схемы из руководства по применению. Трансформаторы в цепях управления затворами придают вашему проекту такую степень надежности, которую невозможно получить при использовании полупроводниковых решений. Если вы разрабатываете очень мощное устройство, то это важнейшая составляющая. Добавление активных элементов для того, чтобы, согласно общепринятому мнению, увеличить скорость переключения, обычно не дает улучшения общей производительности, но вносит новые возможности для потенциальных отказов. Делайте вашу схему управления затвором как можно более простой.
Литература
- Balogh L. Design and Application Guide for High Speed MOSFET Gate Drive Circuits. Texas Instruments Application Note.
- Ridley R. Six Reasons for Power Supply Instability. www.switchingpowermagazine.com
- Ridley R. Power Supply Stress Testing. www.switchingpowermagazine.
com - www.ridleyengineering.com
comДвухтактный преобразователь постоянного напряжения
Авторы патента:
Гончаров А.Ю.
H02M3/337 — в двухтактной схеме
Изобретение относится к электротехнике, в частности к двухтактным преобразователям постоянного напряжения. Техническим результатом изобретения является уменьшение напряжения выброса при переключениях транзисторов в два-пять раз, благодаря чему пропорционально возрастает надежность, снижается уровень помех и возрастает КПД преобразователя. В качестве транзисторов в преобразователе используют полевые транзисторы, при этом их силовыми выводами являются сток и исток, а управляющими выводами — затворы. В преобразователе схема управления формирует на затворах транзисторов поочередно сменяющие друг друга с заданной частотой открывающие и закрывающие эти транзисторы потенциалы, т. е. когда открыт первый транзистор — закрыт второй и наоборот. При этом открытый первый транзистор и первая секция первичной обмотки трансформатора или соответственно второй транзистор и вторая секция первичной обмотки трансформатора осуществляют высокочастотное преобразование входного постоянного напряжения Еп, приложенного к выводам, в импульсное напряжение, трансформируемое на вторичную обмотку трансформатора, после чего с помощью диодного выпрямителя и фильтра выпрямленное и сглаженное постоянное напряжение заданной величины поступает на выходное выводы.
3 ил.
Устройство относится к области электротехники и может быть использовано в модулях электропитания.
Известен преобразователь постоянного напряжения, описанный в авт. свид. СССР 1359870 по МПК Н 02 М 3/337 за 1987 г., содержащий первый и второй управляемые поочередно переключающиеся транзисторы, трансформатор и выпрямитель, причем последовательно соединенные первый транзистор и первая секция первичной обмотки трансформатора связаны со входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные второй транзистор и вторая секция первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель связана с выходными выводами для подключения нагрузки.
Известное устройство не содержит фильтра, а главное, имеет относительно низкий КПД и большие помехи в связи с весьма большими выбросами напряжения при переключениях транзисторов.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является преобразователь, описанный в авт.
свид. СССР 1363401 по МПК Н 02 М 3/337 за 1987 г., содержащий первый и второй управляемые поочередно переключающиеся транзисторы, трансформатор, выпрямитель и фильтр, причем последовательно соединенные первый транзистор и первая секция первичной обмотки трансформатора связаны со входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные второй транзистор и вторая секция первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка трансформатора через выпрямитель и фильтр связана с выходными выводами для подключения нагрузки.
Данное известное устройство также имеет относительно низкий КПД, низкую надежность и электромагнитные помехи из-за выбросов напряжения при переключении транзисторов, достигающих пяти-десятикратного значения входного напряжения питания.
Целью изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно, повышение надежности преобразователя и его КПД при одновременном снижении энергетических потерь и снижении электромагнитных помех путем значительного снижения выбросов напряжения при переключениях транзисторов.
Указанная цель достигается тем, что двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий первый и второй управляемые переключающиеся транзисторы, трансформатор, выпрямитель, фильтр и схему управления, причем последовательно соединенные силовые выводы первого транзистора и первой секции первичной обмотки трансформатора связаны с входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные силовые выводы второго транзистора и второй секции первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр связана с выходными выводами постоянного напряжения, при этом управляющие выводы каждого транзистора соединены с соответствующими выходами схемы управления, представляющей собой генератор двух импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на 180 градусов, дополнительно содержит конденсатор, выводы которого соединены с концами первой и второй секций первичной обмотки трансформатора, а в качестве транзисторов используют полевые транзисторы, причем с плюсовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало первой секции первичной обмотки трансформатора и сток второго транзистора, исток которого соединен с концом второй секции первичной обмотки трансформатора, а с минусовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало второй секции первичной обмотки трансформатора и исток первого транзистора, сток которого соединен с концом первой секции первичной обмотки трансформатора, управляющими входами транзисторов являются их затворы.
Технический результат изобретения состоит в том, что напряжение выброса при переключениях транзисторов уменьшается в два-пять раз, пропорционально чему возрастает надежность, снижается уровень помех и возрастает КПД преобразователя.
На фиг.1, 2 и 3 соответственно представлены блок-схема преобразователя и эпюры работы прототипа и заявленного изобретения.
На чертежах приняты обозначения: Еп — входное постоянное напряжение.
Исток — напряжение между выводами СТОК и ИСТОК каждого транзистора.
Показанные на фиг.2 и 3 эпюры соответствуют одному периоду работы одного из транзисторов. Для всех других периодов этого же транзистора эпюра повторяется, а для другого транзистора эпюра сдвинута на 180 градусов по оси времени t.
Преобразователь содержит первый 1 и второй 2 переключающие транзисторы, трансформатор 3 с первой секцией 3.
1, второй секцией 3.2 первичной обмотки и вторичной обмоткой 3.3, выпрямитель 4 с первым 4.1 и вторым 4.2 диодами, фильтр 5 с конденсатором 5.1 и дросселем 5.2, схему 6 управления, конденсатор 7, плюсовой 8 и минусовой 9 входные выводы и плюсовой 10 и минусовой 11 выходные выводы.
Последовательно соединенные силовые выводы первого транзистора 1 и первой секции 3.1 первичной обмотки трансформатора 3 связаны с входными выводами 8 и 9 постоянного напряжения Еп, с которыми также связаны последовательно соединенные силовые выводы второго транзистора 2 и второй секции 3.2 первичной обмотки трансформатора 3, вторичная обмотка 3.3 которого через выпрямитель 4 и фильтр 5 связана с выходными выводами 10 и 11 постоянного напряжения, при этом управляющие выводы каждого транзистора 1 и 2 соединены с соответствующими выходами схемы управления 6, представляющей собой генератор двух импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на 180 градусов, выводы конденсатора 7 соединены с концами первой 3.
1 и второй 3.2 секций первичной обмотки трансформатора 3. При использовании полевых транзисторов 1 и 2 с плюсовым входным выводом 8 постоянного напряжения Еп соединены начало первой секции 3.1 первичной обмотки трансформатора 3 и сток второго транзистора 2, исток которого соединен с концом второй секции 3.2 первичной обмотки трансформатора 3, а с минусовым входным выводом 9 постоянного напряжения Еп соединены начало второй секции 3.2 первичной обмотки трансформатора 3 и исток первого транзистора 1, сток которого соединен с концом первой секции 3.1 первичной обмотки трансформатора 3.
В качестве транзисторов 1 и 2 для наибольшего эффекта используют полевые транзисторы. При этом их силовыми выводами являются СТОК и ИСТОК, а управляющими выводами — затворы. Для неполевых транзисторов — это соответственно коллектор, эммитор и база. В качестве элемента 6 целесообразно применить микросхему фирмы Моторолла типа UC 3843. Все остальные используемые в преобразователе элементы являются простейшими элементами широкого применения.
Преобразователь работает следующим образом.
Схема 6 управления формирует на затворах транзисторов 1 и 2 поочередно сменяющие друг друга с заданной частотой открывающие и закрывающие эти транзисторы потенциалы, т.е. когда открыт транзистор 1 — закрыт транзистор 2 и наоборот. При этом открытый транзистор 1 (транзистор 2) и первая секция 3.1 (вторая секция 3.2) первичной обмотки трансформатора 3 осуществляют высокочастное преобразование входного постоянного напряжения Еп, приложенного к выводам 8 и 9, в импульсное напряжение, трансформируемое на вторичную обмотку 3.3. Затем с помощью диодного выпрямителя 4 и фильтра 5 выпрямленное и сглаженное постоянное напряжение заданной величины поступает на выходные выводы 10 и 11.
Для прототипа (фиг.2) при переключениях транзисторов на каждом периоде происходят выбросы напряжения Исток на выводах транзисторов СТОК-ИСТОК, превосходящие уровень Еп 5-10 раз.
Для заявленного изобретения (фиг.3) большая часть индуктивной энергии аккумулируется на конденсаторе 7, уменьшая выбросы напряжения Исток в 3-5 раз, а затем возвращая накопленную энергию в схему, тем самым повышая КПД и надежность преобразователя и уменьшая электромагнитные помехи.
Формула изобретения
Двухтактный преобразователь постоянного напряжения, содержащий первый и второй управляемые переключающиеся транзисторы, трансформатор, выпрямитель, фильтр и схему управления, причем последовательно соединенные силовые выводы первого транзистора и первой секции первичной обмотки трансформатора связаны с входными выводами постоянного напряжения, с которыми также связаны последовательно соединенные силовые выводы второго транзистора и второй секции первичной обмотки трансформатора, вторичная обмотка которого через выпрямитель и фильтр связана с выходными выводами постоянного напряжения, при этом управляющие выводы каждого транзистора соединены с соответствующими выходами схемы управления, представляющей собой генератор двух импульсных последовательностей, сдвинутых относительно друг друга на 180 градусов, отличающийся тем, что преобразователь дополнительно содержит конденсатор, выводы которого соединены с концами первой и второй секций первичной обмотки трансформатора, а в качестве транзисторов используют полевые транзисторы, причем с плюсовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало первой секции первичной обмотки трансформатора и сток второго полевого транзистора, исток которого соединен с концом второй секции первичной обмотки трансформатора, а с минусовым входным выводом постоянного напряжения соединены начало второй секции первичной обмотки трансформатора и исток первого полевого транзистора, сток которого соединен с концом первой секции первичной обмотки трансформатора, при этом управляющими входами полевых транзисторов являются их затворы.
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Похожие патенты:
Двухтактный инвертор // 2206173
Изобретение относится к электронной технике и может быть использовано в преобразовательных устройствах, преобразующих постоянное напряжение в переменное, применяемых во многих отраслях промышленности, сельском хозяйстве, медицине, быту
Преобразователь напряжения // 2155431
Транзисторный конвертор // 2147157
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в транзисторных конверторах, преобразующих постоянное напряжение одного уровня в постоянное напряжение другого уровня, применяемых преимущественно в автономных установках электропитания
Преобразователь напряжения // 2145145
Способ управления магнитной индукцией при преобразовании питающих напряжений // 2134013
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в силовых преобразователях напряжения
Устройство для управления магнитной индукцией при преобразовании напряжения питания // 2134012
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в силовых преобразователях и источниках напряжения
Стабилизированный преобразователь постоянного напряжения // 2110134
Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам регулирования и преобразования электрической энергии, и может использоваться при разработке вторичных источников электропитания, устройств автоматики и вычислительной техники
Транзисторный конвертор // 2110133
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках вторичного электропитания
Способ стабилизации выходного напряжения транзисторного преобразователя постоянного напряжения и устройство для его осуществления // 2096900
Изобретение относится к электротехнике, к преобразовательной технике
Преобразователь постоянного напряжения в постоянное // 2094936
Изобретение относится к электротехнике, а именно к автогенераторным стабилизированным преобразователям напряжения, используемых в источниках вторичного электропитания систем радиотехники, автоматики и вычислительной техники
Мостовой инвертор // 2223590
Изобретение относится к области электротехники, а именно к однофазным мостовым транзисторным инверторам, применяемым в различных источниках питания
Способ регулирования источника сварочного тока с резонансным контуром // 2245232
Изобретение относится к способу регулирования источника сварочного тока с резонансным контуром и может найти применение в сварочных аппаратах в различных отраслях машиностроения
Преобразователь напряжения и способ управления им // 2251786
Изобретение относится к области электротехники и может быть использован в статических преобразователях электрической энергии
Трансформатор постоянного напряжения // 2267218
Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве преобразователей постоянного напряжения в постоянное для систем вторичного электропитания
Преобразователь напряжения с защитой от перегрузки // 2269195
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при проектировании вторичных источников питания
Двухтактный преобразователь напряжения // 2314627
Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано при построении конверторов и инверторов
Двухтактный транзисторный преобразователь // 2367081
Изобретение относится к преобразовательной технике, и может быть использовано в автономных источниках вторичного электропитания, и направлено на повышение быстродействия двухтактного транзисторного преобразователя в режиме заряда емкости выходного фильтра с повышением КПД и надежности его работы
Устройство стабилизации напряжения постоянного тока // 2444832
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для стабилизации напряжения источников постоянного тока
Двухтактный мостовой преобразователь // 2455746
Изобретение относится к силовой преобразовательной технике и может быть использовано для преобразования и регулирования энергии, потребляемой от источника постоянного тока, и передачи преобразованной энергии ее приемнику с использованием трансформаторной связи между цепями источника и приемника энергии
Способ импульсного преобразования постоянного напряжения и устройство для его осуществления // 2510871
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения в переменное — инвертора-хм и регулятора-хм напряжения автономных систем электропитания и электроприводов перспективных авиакосмических летательных аппаратов с преимущественно или полностью электрифицированным приводным оборудованием.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей — получение выходного напряжения с произвольно задаваемой периодически-непрерывной формой, в частности синусоидального. В способе импульсного преобразования постоянного напряжения энергию от источника питания постоянного тока непрерывно передают непосредственно подключенной к нему двухконденсаторной емкостной стойке. Путем импульсного управления двумя регулируемыми ключами на первом этапе каждого периода высокочастотного периодического процесса дозирования осуществляют накопление энергии в дозирующем дросселе, подключая его к одному из двух конденсаторов стойки через замкнутый один из двух регулирующих ключей при разомкнутом другом ключе. На втором этапе энергию, накопленную на первом этапе, передают в другой конденсатор стойки при разомкнутых состояниях обоих ключей от дозирующего дросселя через один из двух выпрямительных диодов. Энергию, накапливаемую в конденсаторах стойки и в дозирующем дросселе, и энергию источника питания непрерывно передают в нагрузку переменного тока по двунаправленной цепи между средними выводами источника питания и емкостной стойки, периодически изменяя величину и полярность напряжения нагрузки на чередующихся полупериодах низкочастотного периодического процесса.
На этапах длительности каждого его периода при нарастании напряжения нагрузки энергию, накопленную в первом конденсаторе емкостной стойки и источника питания, дозированно передают во второй конденсатор и в нагрузку. На этапах длительности того же периода при спадании напряжения нагрузки или при его неизменности энергию из второго конденсатора стойки и источника питания дозированно передают в первый конденсатор и в нагрузку.2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Что такое двухтактный преобразователь?
`;
Гейша А. Легаспи
Двухтактный преобразователь — это схема преобразователя, в которой используются переключающие устройства двухтактного и двухтактного типов, которые обычно представляют собой транзисторы с биполярным переходом (BJT), полевые транзисторы (FET) или выпрямители с кремниевым управлением (SCR).
Двухтактный — это термин, который обычно ассоциируется с двумя переключателями, каждый из которых подключен либо к положительной, либо к отрицательной ветви источника питания постоянного тока (DC). Двухтактный преобразователь — это преобразователь постоянного тока в постоянный, который очень распространен из-за высокой эффективности схемы, которая определяется в основном мощностью, теряемой на основных клеммах двухтактного устройства, и энергоэффективностью используемого трансформатора. Обычно двухтактный преобразователь использует преимущества высокоэффективных трансформаторов с ферритовым сердечником, которые работают в диапазоне звуковых частот до более высоких звуковых частот. Двухтактный преобразователь также использует управление рабочим циклом для получения желаемого выходного напряжения в условиях несущей нагрузки.
Как и двухтактный преобразователь, обратноходовой преобразователь также является преобразователем постоянного тока в постоянный, хотя его также можно использовать для преобразования переменного тока в постоянный.
Обратноходовой преобразователь в телевизорах (ТВ) использует сигнал горизонтального отклонения для создания высокого положительного напряжения, необходимого на аноде телевизоров с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ) и некоторых плазменных телевизоров. С точки зрения времени нарастания и спада сигнала, быстрое падение выходного сигнала горизонтального отклонения по мере того, как луч ЭЛТ возвращается к началу следующей видеостроки, имеет решающее значение для генерирования высокого напряжения на выходе обратноходового трансформатора. Результирующее высокое напряжение выпрямляется и фильтруется для получения анодного питания, которое обычно составляет более 20 000 вольт постоянного тока (В постоянного тока) для небольших ЭЛТ.
Прямой преобразователь вводит постоянный ток и обычно выдает более высокое постоянное напряжение. Прямые преобразователи имеют генераторы и высокочастотные трансформаторы, которые используют двухтактный выход для восстановления постоянного напряжения на требуемом уровне. Электронное оборудование обычно имеет минимальное входное напряжение, ниже которого оборудование перестает работать. Прямой преобразователь может использоваться, чтобы напряжения питания ниже предыдущего минимума все еще были полезными. Эта функция очень полезна для полевого и спасательного оборудования, которому требуется вся энергия, которую можно использовать в особых условиях, например, при длительном отключении электроэнергии.
Двухтактный выход может быть получен либо от одного источника питания, либо от двойного источника питания. Автомобильное напряжение 12 В постоянного тока является несимметричным. Есть только одна горячая линия +12 В постоянного тока; другая линия является возвратной или общей. Другие источники питания постоянного тока могут иметь положительный или «+» и отрицательный или «-» выход, включая общую линию. Различные конфигурации схемы позволяют использовать конфигурации с одним или двумя источниками питания для получения желаемого выходного сигнала.
СПОСОБ ПРИВОДА ПТ В НАСЫЩАЮЩЕМ АВТОКОЛЕБАТЕЛЬНОМ ДВУХТОЧНОМ ИЗОЛИРОВАННОМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. Область изобретения
Настоящее изобретение относится к преобразованию энергии, а более конкретно, настоящее изобретение относится к схеме и способу управление полевыми транзисторами (FET) в насыщающем автоколебательном двухтактном изолированном преобразователе постоянного тока.
2. Описание предшествующего уровня техники
Биполярные переходные транзисторы (BJT) использовались в качестве управляющих ключей в насыщающих автоколебательных двухтактных изолированных преобразователях постоянного тока. Однако, поскольку BJT являются устройствами с управлением по току, они обычно имеют большие потери при переключении, чем устройства с управлением по напряжению, такие как MOSFET (полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник). Эти потери на переключение становятся значительным источником потерь мощности в насыщающем автоколебательном двухтактном изолированном преобразователе постоянного тока, работающем на относительно высоких частотах переключения.
Соответственно, когда биполярные транзисторы используются в насыщающем автоколебательном двухтактном изолированном преобразователе постоянного тока в постоянный, трансформатор преобразователя постоянного тока должен быть спроектирован с большим числом первичных витков и/или сердечником большого поперечного сечения. области для снижения частоты коммутации. Кроме того, коэффициент усиления биполярных транзисторов обычно сильно зависит от температуры, что может привести к ряду проблем, включая трудности при запуске при низких рабочих температурах.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают схему и способ, которые управляют переключателями насыщающего двухтактного изолированного преобразователя постоянного тока с относительно высокими частотами переключения, что позволяет уменьшить габаритные размеры трансформатора. Кроме того, предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения требуют относительно небольшого числа витков на первичной обмотке трансформатора, а коммутационные потери в предпочтительных вариантах осуществления настоящего изобретения уменьшаются за счет использования полевых транзисторов, в частности полевых МОП-транзисторов, для которых требуется очень мало ток управления затвором. Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения также обеспечивают стабильную работу преобразователя постоянного тока в широком диапазоне температур, а также надежный запуск при низких температурах.
Преобразователь имеет вход постоянного тока; трансформатор, включающий в себя первую и вторую первичные обмотки, первую и вторую вторичные обмотки и первую и вторую обмотки обратной связи; первый полевой транзистор; второй полевой транзистор; и схему возбуждения, соединенную с первым и вторым полевыми транзисторами. Схема возбуждения включает в себя схему смещения, которая подает напряжение смещения на затворы первого и второго полевых транзисторов через первую и вторую обмотки обратной связи во время запуска преобразователя, при этом напряжение смещения уменьшается до нуля или практически до нуля после запуск преобразователя; и схему сброса, которая сбрасывает схему смещения, когда преобразователь выключен. Преобразователь представляет собой автоколебательный двухтактный преобразователь постоянного тока.
Автоколебательный двухтактный преобразователь постоянного тока представляет собой генератор Ройера.
Цепь смещения предпочтительно включает конденсатор и резистор, соединенные последовательно между входом постоянного тока и землей. Первый вывод конденсатора предпочтительно соединен со входом постоянного тока. Второй вывод конденсатора предпочтительно соединен с первым выводом резистора и центральным отводом первой и второй обмоток обратной связи. Первый вывод резистора предпочтительно соединен со вторым выводом конденсатора и центральным отводом первой и второй обмоток обратной связи. Второй вывод резистора предпочтительно соединен с землей. Резистор предпочтительно снижает напряжение на среднем отводе первой и второй обмоток обратной связи до земли или по существу до земли после того, как конденсатор полностью заряжен.
Цепь сброса предпочтительно включает резистор, подключенный параллельно цепи смещения между входом постоянного тока и землей.
Схема возбуждения предпочтительно дополнительно включает первый резистор, включенный между затвором первого полевого транзистора и первой обмоткой обратной связи; и второй резистор, включенный между затвором второго полевого транзистора и второй обмоткой обратной связи.
Преобразователь предпочтительно дополнительно включает конденсатор, подключенный к первой и второй вторичным обмоткам.
Преобразователь предпочтительно дополнительно включает схему выпрямителя, соединенную с первой и второй вторичными обмотками. Схема выпрямителя предпочтительно включает в себя первый и второй диоды.
Вышеупомянутые и другие особенности, элементы, характеристики, этапы и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи.
РИС. 1 представляет собой принципиальную схему насыщающего автоколебательного двухтактного изолированного преобразователя постоянного тока в постоянный ток в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения.
РИС. 2 показаны осциллограммы, связанные с транзистором в насыщающем автоколебательном изолированном двухтактном преобразователе постоянного тока, показанном на фиг. 1.
РИС. 1 показан насыщающийся автоколебательный двухтактный изолированный преобразователь постоянного тока в постоянный в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления настоящего изобретения. Насыщающий автоколебательный двухтактный изолированный преобразователь постоянного тока на фиг. 1 иногда называют генератором Ройера. Как показано на фиг. 1, преобразователь постоянного тока включает в себя входное напряжение Vin, выходное напряжение Vout и трансформатор TX 9.0053 1 с первой и второй первичными обмотками P 1 и P 2 , первой и второй вторичными обмотками S 1 и S 2 , и первой и второй обмотками обратной связи F 1 и F 2. Диоды Д 1 и Д 2 выпрямляют напряжения вторичных обмоток С 1 и С 2 , а выходной конденсатор С 2 накапливает энергию и сглаживает выпрямленное напряжение.
Как показано на РИС. 1, преобразователь постоянного тока также включает в себя схему управления полевыми транзисторами с резисторами R 9 с первого по четвертый. от 0053 1 до R 4 и конденсатор C 1 , который обеспечивает напряжение для управления полевыми транзисторами TR 1 и TR 2 .
Во время запуска преобразователя постоянного тока сначала начинает заряжаться конденсатор C 1 , который подает постоянное напряжение смещения, равное или практически равное входному напряжению Vin на центральном отводе обмотки обратной связи (т. е. точка между первой и второй обмотками обратной связи F 1 и F 2 ). На клеммы затвора полевых транзисторов TR 9 подается положительное напряжение смещения постоянного тока.0053 1 и ТР 2 , через обмотки обратной связи Ф 1 и Ф 2 и резисторы R 3 и R 4 . Из-за присущих незначительных производственных различий (например, отклонения в пределах обычных производственных допусков) между полевыми транзисторами TR 1 и TR 2 , один полевой транзистор TR 1 или TR 2 может иметь немного более низкое пороговое напряжение затвора V GS (th) , что приводит к его первому включению. Здесь предполагается, что FET TR 1 имеет более низкое пороговое напряжение затвора V GS(th) , чем FET TR 2 , так что FET TR 1 включается первым.
При включении полевого транзистора TR 1 ток протекает через первую первичную обмотку P 1 и индуцирует магнитное поле в трансформаторе TX 1 . Это увеличивает магнитный поток трансформатора ТХ 1 и приводит к наведению напряжений во второй первичной обмотке Р 2 , первой и второй вторичных обмотках S 1 и С 2 , а также первая и вторая обмотки обратной связи Ф 1 и Ф 2 . Соответственно, на первой обмотке F 1 обратной связи индуцируется отрицательное напряжение, а на второй обмотке F 2 обратной связи индуцируется положительное напряжение. Положительное напряжение на второй обмотке обратной связи F 2 включает полевой транзистор TR 1 , так что полевой транзистор TR 1 находится в режиме насыщения, а отрицательное напряжение на первой обмотке обратной связи F 1 выключает полевой транзистор TR 2 , так что полевой транзистор TR 2 находится в режиме отсечки. В режиме отсечки полевого транзистора полевой транзистор отключается, так что между выводами истока и стока полевого транзистора ток отсутствует или практически отсутствует. Напряжение, индуцируемое на второй первичной обмотке P 2 , в это время не влияет на работу преобразователя постоянного тока, поскольку полевой транзистор TR 2 выключен, что предотвращает протекание тока через вторую первичную обмотку P 2 . Когда конденсатор C 1 полностью заряжен (т. е. после запуска схемы), напряжение смещения постоянного тока на среднем отводе обмотки обратной связи (т. е. в точке между первой и второй обмотками обратной связи F 1 и F 2 ) заземляется или существенно заземляется через резистор R 1 .
Ток стока I d(TR1) полевого транзистора TR 1 , протекающий в первой первичной обмотке P 1 увеличивается с магнитным потоком в сердечнике трансформатора ТХ 1 , пока ядро не достигнет насыщения. Когда магнитный поток в сердечнике трансформатора ТХ 1 достигает максимального значения B sat , индуктивность первой первичной обмотки P 1 падает до нуля. Поскольку магнитный поток в сердечнике трансформатора TX 1 перестает изменяться, когда достигает своего пикового значения B sat , величины напряжений на первой и второй обмотках обратной связи F 1 и F 2 падают до нуля или практически нуля. Это приводит к FET TR 1 выключается и вызывает коллапс магнитного поля, индуцированного первой первичной обмоткой P 1 , вызывая противоположное изменение магнитного потока трансформатора TX 1 . Переключение полевых транзисторов TR 1 и TR 2 затем меняется на противоположное, поскольку на первой обмотке обратной связи F 1 индуцируется положительное напряжение, а на второй обмотке обратной связи F 2 индуцируется отрицательное напряжение. Положительное напряжение на первой обмотке обратной связи F 1 включает полевой транзистор TR 2 , а отрицательное напряжение на второй обмотке обратной связи F 2 выключает полевой транзистор TR 1 .
Поскольку клеммы затвора полевых транзисторов TR 1 и TR 2 управляются отрицательным напряжением, когда они выключены, а не просто не подается напряжение или напряжение недостаточно для управления полевыми транзисторами TR 1 и TR 2 в насыщение, емкости затворов полевых транзисторов TR 1 и TR 2 быстро разряжаются, что приводит к быстрому отключению полевых транзисторов ТР 1 и ТР 2 . ИНЖИР. 2 показаны осциллограммы, связанные с полевым транзистором TR 1 . Как показано на фиг. 2, FET TR 1 быстро включается и выключается, обеспечивая по существу прямоугольную форму волны.
Ток в первой и второй первичных обмотках P 1 и P 2 ограничивается их сопротивлениями постоянному току и сопротивлением сток-исток в открытом состоянии R DS(on) полевых транзисторов TR 1 и ТУ 2 . При коротком замыкании или перегрузке выходного напряжения Vout напряжение на первой и второй первичных обмотках P 1 и P 2 падает, так как потребляемый ток на нагрузке превышает предельный ток, обеспечиваемый сопротивлениями постоянного тока первую и вторую первичные обмотки Р 1 и Р 2 и сопротивление сток-исток в открытом состоянии R ДС(вкл) полевых транзисторов ТР 1 и ТР 2 . Напряжения на первой и второй обмотках обратной связи F 1 и Ф 2 , и, следовательно, напряжения на выводах затворов полевых транзисторов ТР 1 и ТР 2 , падают в соответствии с пониженным напряжением на первой и второй первичных обмотках Р 1 и Р 2 . Как только напряжение на клеммах затвора полевых транзисторов TR 1 и TR 2 падает ниже обоих соответствующих пороговых напряжений затвора V GS(th) , генерация в преобразователе постоянного тока прекращается лишь при незначительной величине мощность, рассеиваемая через резистор R 1 . Однако преобразователю постоянного тока необходимо только еще раз пройти описанную выше последовательность запуска для перезапуска. Предпочтительно это достигается простым кратковременным отключением входного напряжения Vin, чтобы конденсатор C 1 разрядился через резистор R 1 .
Желательно, чтобы полевые транзисторы TR 1 и TR 2 имели низкое сопротивление сток-исток в открытом состоянии R DS(on) для снижения потерь и рассеяния мощности. Согласно предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения размер выходного конденсатора C 2 выбран для значительного уменьшения или минимизации переходных процессов нагрузки на выходном напряжении Vout, например, для предотвращения нежелательного отключения преобразователя постоянного тока из-за переходных процессов нагрузки, вызывающих короткое замыкание или перегрузку.
Емкость конденсатора C 1 задает время запуска цепи. То есть большие номиналы конденсатора C 1 увеличивают время, в течение которого положительное напряжение смещения постоянного тока подается на выводы затвора полевых транзисторов TR 9.0053 1 и ТР 2 при запуске преобразователя постоянного тока. Резистор R 1 разряжает конденсатор C 1 при отключении входного напряжения Vin, тогда как резистор R 2 позволяет конденсатору C 1 заряжаться и снижает постоянное напряжение смещения на выводах затвора полевых транзисторов TR 1 и TR 2 до нуля или практически до нуля после зарядки конденсатора C 1 . Более высокие номиналы резисторов R 1 и R 2 уменьшают рассеиваемую мощность DC-DC преобразователя. Резисторы R 3 и R 4 гасят напряжение на выводах затворов полевых транзисторов TR 1 и TR 2 для уменьшения «звона» затвора из-за LC-контура, определяемого индуктивностями первой и второй обмоток обратной связи F 1 и F 2 и собственные емкости затворов полевых транзисторов TR 1 и TR 2 . Значения резисторов R 3 и R 4 предпочтительно должны быть достаточно большими, чтобы уменьшить нежелательные колебания, но достаточно малыми, чтобы избежать чрезмерного перекоса напряжения управления затвором. Если номиналы резисторов R 3 и R 4 слишком высоки, полевые транзисторы TR 1 и TR 2 могут работать в их «резистивном» режиме, что увеличивает их рассеиваемую мощность.
Коэффициенты витков первичных обмоток (т. е. суммарные витки первой первичной обмотки P 1 и второй первичной обмотки P 2 ) и обмоток обратной связи (т. е. суммарные витки первой обмотки обратной связи F 1 и вторая обмотка обратной связи F 2 ) на трансформаторе ТХ 1 установите частоту переключения и напряжение управления затвором полевых транзисторов TR 1 и TR 2 . Величина напряжения управления затвором V gs определяется по уравнению:
Vgs=Vp×NfNp,
, а частота переключения f может быть рассчитана по уравнению:
f=Vp4×B× Np×Ae,
где V p – напряжение на первичной обмотке, N f – число витков обратной связи, N p – число витков первичной обмотки, B – пиковая магнитная индукция трансформатора сердечник и А e — эффективная площадь поперечного сечения сердечника трансформатора. Приведенное выше уравнение для частоты коммутации f определено относительно половины первичной обмотки, то есть только одной из первой первичной обмотки P 1 и второй первичной обмотки P 2 . Однако первая первичная обмотка P 1 предпочтительно имеет такое же количество витков, как и вторая первичная обмотка P 2 . Кроме того, первая вторичная обмотка S 1 предпочтительно имеет такое же количество витков, как и вторая вторичная обмотка S 9.0053 2 , а первая обмотка обратной связи F 1 предпочтительно имеет то же число витков, что и вторая обмотка обратной связи F 2 .
Соответственно, преобразователь постоянного тока способен работать на относительно высоких частотах переключения, хотя диапазон частот переключения ограничен различными факторами. Например, диапазон частот переключения для DC-DC преобразователя также ограничен потерями в сердечнике, номиналами резисторов R 3 и R 4 , емкостями затворов полевых транзисторов TR 1 и TR 2 и т.п.
В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения сопротивление в открытом состоянии сток-исток R DS(on) каждого полевого транзистора TR 1 и TR 2 имеет положительный тепловой коэффициент для обеспечения эффект самобалансировки в двухтактной схеме преобразователя постоянного тока, стабильная работа преобразователя постоянного тока в широком диапазоне температур и надежный запуск преобразователя постоянного тока даже при низких температурах.
Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут применяться как к N-канальным полевым транзисторам, так и к P-канальным полевым транзисторам. Если используются P-канальные полевые транзисторы, шины питания входного напряжения Vin меняются местами.
В соответствии с предпочтительными вариантами осуществления настоящего изобретения стабилитроны могут быть размещены параллельно клеммам затвора и истока полевых транзисторов TR 1 и TR 2 для ограничения максимального напряжения управления затвором Vgs.
Следует понимать, что предшествующее описание является только иллюстрацией настоящего изобретения. Специалисты в данной области техники могут разработать различные альтернативы и модификации, не выходя за рамки настоящего изобретения. Соответственно, настоящее изобретение предназначено для охвата всех таких альтернатив, модификаций и вариаций, которые входят в объем прилагаемой формулы изобретения.
Преобразователь напряжения от -48 В до 10 В, использующий двухтактную топологию
Распределенные системы питания -48 В часто требуют шины положительного смещения для питания цепей связи и контроля системы. Когда изоляция заземления между входом и выходом не требуется, доступно множество подходов для преобразования входного напряжения отрицательной полярности в выходное напряжение положительной полярности; большинство из них основано на топологии повышения. Повышающие преобразователи страдают от высоких выходных пульсаций напряжения, и их трудно стабилизировать.
Для приложений, не требующих изоляции заземления, хорошим выбором является схема, показанная на рис. 1 . Эта схема основана на двухтактной топологии с использованием двухобмоточного трансформатора. Двухтактная топология обеспечивает очень низкое выходное напряжение пульсаций, надежную защиту от перегрузок и простоту компенсации контура.
Две обмотки трансформатора поочередно функционируют как первичная входная обмотка или вторичная выходная обмотка. Чтобы понять основную работу схемы, сначала предположим, что транзистор Q1 включен. За это время положительный потенциал V в наносится на точечный конец обмотки трансформатора N1, как показано на рисунке. Поскольку трансформатор имеет соотношение витков 1 к 1, потенциал V в также находится на точечном конце обмотки N2. Этот положительный потенциал будет смещать диод D1 и подавать положительное напряжение на выходной LC-фильтр.
Эта схема полностью симметрична. Когда транзистор Q2 включен, положительный потенциал V в подается на неточечный конец обмотки N2. В течение времени, когда транзистор Q2 открыт, диод D2 будет смещен в прямом направлении и подавать питание на выход. На рис. 1 показаны протекание тока и полярность обмотки трансформатора для случаев, когда либо Q1, либо Q2 являются проводящими.
В течение времени выключения, когда Q1 и Q2 оба выключены, выходной ток дросселя продолжает протекать одинаково через обе обмотки трансформатора и оба выходных диода. Падение напряжения на обмотках трансформатора в выключенном состоянии отсутствует, поскольку в встречных обмотках течет одинаковый ток, компенсирующий магнитный поток в сердечнике трансформатора.
Для входа -48 В и выхода 10 В рабочий цикл каждого переключателя будет примерно 12 %. Приложения с более высокими выходными напряжениями потребуют соответственно более высоких рабочих циклов. В пределе, если оба силовых транзистора работают попеременно с максимальной скважностью 50%, то величина выходного напряжения будет почти равна величине входного напряжения. Выходной LC-фильтр дополняет силовой каскад и обеспечивает выходное напряжение с низким уровнем пульсаций.
Другой интересной областью дизайна является генерация сигнала обратной связи. Контроллер относится к входу -48 В, а выходное напряжение относится к заземлению системы. Требуется некоторый тип схемы сдвига уровня. Простейшей реализацией является переключатель уровня тока, показанный на основной схеме. Когда выход находится в стабилизированном состоянии, ток через R1 составляет примерно (10 — 0,7)/R1 = 0,823 мА. Этот же ток будет течь через Q3 и R2. Контроллер LM5030 содержит усилитель ошибки с опорным напряжением 1,25 В. Резистор R2 выбран номиналом 1,5 кОм, так что ток коллектора Q3, протекающий через него, будет генерировать 1,25 В при выходном напряжении 10 В. Контроллер будет увеличивать рабочий цикл переключающих транзисторов до тех пор, пока напряжение на резисторе R2 не станет равным 1,25 В, а на выходе достигается регулировка напряжения. Более высокая точность выходного сигнала может быть достигнута путем добавления еще одного транзистора с диодным включением последовательно с резистором R2. Это повысит точность при изменении температуры. В этом случае R2 должен быть равен R1. Напряжение на резисторе R2 и добавленном транзисторе будет равно выходному напряжению, отнесенному к -48 В. Для масштабирования этого напряжения на вывод FB требуется еще один делитель напряжения с высоким импедансом.
Дальнейшее повышение точности может быть достигнуто за счет добавления внешнего опорного сигнала и усилителя ошибки, а затем смещения уровня сигнала ошибки. Компенсация контура осуществляется парой ноль/полюс с помощью резисторов R3 и C2.
Управление по току было выбрано для простоты компенсации контура при обеспечении встроенной защиты от ограничения тока. Трансформатор измерения тока 100:1 (CS1) предоставляет информацию о измерении тока, необходимую для управления режимом тока и защиты от перегрузки. Контроллер прерывает время включения силового транзистора, если напряжение на выводе CS достигает 0,5 В.
Токоизмерительный резистор, расположенный в истоке силовых транзисторов, можно использовать вместо токоизмерительного трансформатора. Резисторный подход обычно используется в приложениях с низким энергопотреблением из-за потерь мощности резистора. Дополнительные функции, используемые в контроллере LM5030, включают компенсацию плавного пуска, синхронизацию часов, прямой привод затвора, дистанционное отключение, регулятор смещения и защиту от перегрева.
Эта схема была реализована с использованием всех компонентов для поверхностного монтажа с силовым каскадом, рассчитанным на выходной ток 10 А. Трансформаторы с соотношением витков 1 к 1 доступны в качестве стандартной продукции по каталогу. Транзисторы и диоды силового каскада должны быть рассчитаны на напряжение пробоя, по крайней мере, в два раза превышающее максимальное входное напряжение.
Для получения дополнительной информации об этой статье, ОБВЕСТИ 339 на сервисной карточке читателя. либо постоянного тока в постоянный, постоянного тока в переменный или переменного тока в постоянный. Транзисторы надежнее вибраторы и не такие сложные и громоздкие, как мотор-генераторы. Кроме того, их эффективность очень высока.
Высоковольтный слаботочный постоянный ток используется для питания пластин мобильных радиостанций и
низковольтный сильноточный переменный ток применяется к сервосистемам и двигателям переменного тока. Сила
преобразование постоянного тока низкого напряжения в высокое требует преобразователя постоянного тока, в то время как
для преобразования низковольтного постоянного тока в переменный требуется инвертор. Добавляя выпрямитель
фильтр к инвертору, можно изготовить преобразователь постоянного тока в постоянный.
ИНВЕРТОР НА 700 ВТ
———— 700-ваттный инвертор.
На этой схеме показан двухтранзисторный инвертор на силовых триодах 2Nll67, который имеют коэффициент усиления по току 25 при 25 амперах и, таким образом, могут коммутировать 700 Вт (25 ампер на 28 вольт). Вентилятор 10-CFM используется для стабилизации температуры корпуса. ниже 60°С. Транзисторы изолированы от радиатора анодированным покрытием. алюминиевая шайба, а силиконовая смазка помогает снизить тепловое сопротивление от корпус транзистора к радиатору.
Конструкция с двумя трансформаторами позволяет трансформатору обратной связи выполнять функцию насыщения. при уменьшении пиков тока коллектора.
Поскольку выходной трансформатор не насыщается, потери насыщения уменьшаются
значительно. Трансформатор драйвера рассчитан на колебание от 200 до 1200
циклов с приводом от 2 до 12 вольт. Многократное отвод на выходном трансформаторе
наматывается на двойной 4½-дюймовый сердечник Hypersil C, каждая половина имеет поперечное сечение
около ¾ дюйма. Трансформатор драйвера состоит из трех одинаковых обмоток.
из трехжильного провода № 16 для обеспечения различных схемных конфигураций.
Сердцевина драйвера ламинирована из мю-металла с площадью сердцевины около 3 кв. дюйм.
и около 1 «х 1″ х ½» внешние размеры. Схема
двухтактный с общим эмиттером. Потенциометр на 0,5 Ом вставляется между
обмотка обратной связи и трансформатор драйвера, чтобы обеспечить правильное переключение и
Помогите настроить частоту. Производительность улучшена за счет установки резисторов 0,25 Ом.
последовательно с базой для выравнивания привода и устранения перегорания.
Из этой схемы получается выходная мощность 575 Вт при входной мощности 700 ватт, при потерях 125 ватт и КПД около 82 %. Предвзятость и на резисторы обратной связи приходится около 25 ватт, а еще 35 ватт приходится на теряется в транзисторах.
Остальные 65 Вт видимо теряются в трансформаторах.
Для работы вентилятора, который приводится в действие, требуется дополнительно 20 Вт. с выхода. Могут переключаться токи до 34 ампер и выходная мощность
с перерывами более 700 Вт.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ СОПРОТИВЛЕНИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА
———— Преобразователь импеданса на полевом транзисторе. (А) Эффект поля
символ транзистора. (B) Усилитель и преобразователь с высоким входным сопротивлением. (C) Коммутация
схема.
Шумовые параметры полевого транзистора в части А будут чрезвычайно низкий уровень даже при очень высоком импедансе источника при условии поддержания анодного напряжения примерно +3 вольта. Затем устройство работает в области триода и следовательно, чрезвычайно полезен в качестве входного каскада в очень малошумящих, высокоимпедансных транзисторные усилители. Выходное сопротивление прибора в области триода составляет примерно 2,5 кОм, что является идеальным сопротивлением источника для обычных малошумящие транзисторы после входного каскада.
Как и в схеме B, R1 должен быть не менее 10 кОм, чтобы избежать чрезмерной потери сигнала. Каскад работает при коэффициенте усиления по напряжению порядка единицы.
Преобразователи импеданса также могут использоваться в качестве согласующих устройств, где это необходимо. использовать обычный транзисторный усилитель, но никакая сигнальная нагрузка не допустима.
Полевые транзисторы могут использоваться в качестве переключателей в цифровых приложениях,
как в части C. В отличие от транзисторов, им требуются импульсы только одной полярности
для полноценного включения-выключения. Устройство включено, когда на
сетки и выключается, когда сетка становится отрицательной. В состоянии «выключено»
сопротивление устройства составляет около 100 МОм, а сопротивление «включено»
составляет примерно 2 тыс. Поскольку входная емкость составляет примерно 50 мФд,
скорость переключения напрямую зависит от импеданса привода генератора
выключатель. Для высокой скорости переключения задающий генератор имеет низкий импеданс.
во время как нарастания, так и спада ведущего импульса.
ИНВЕРТОР (от 12 В пост. тока до 110 В перем. тока)
Используется несколько видов инверторов. Выходная мощность 50 Вт при токе 0,5 ампера. а 110 вольт переменного тока можно получить от пары силовых транзисторов 2N176, соединенных как показано. Этой мощности достаточно для работы небольшого фонографа, радио AC-DC, диктофон, небольшой паяльник или аварийная лампочка. Эффективность около 75% от постоянного тока к переменному. Как показано, базовое смещение и связь между коллектором и базой обеспечивается через резисторы R1 и R2 сопротивлением 100 Ом и мощностью 2 Вт. Обеспечивается стабильность смещения резисторами R3 и R4 сопротивлением 15 Ом и мощностью 2 Вт.
Инвертор (от 12 В постоянного тока до 110 В переменного тока).
Этот инвертор, предназначенный для использования с оборудованием переменного тока, имеет частотный выход
приблизительно 60 Гц и размах напряжения (между плоскими вершинами)
250 вольт на 50 ватт. Для многих приложений этот вывод является удовлетворительным,
даже несмотря на то, что форма волны без фильтра представляет собой приблизительно прямоугольную волну. Хэш-фильтр (состоящий из C1, L1 и C2) удаляет большинство всплесков, давая
трапециевидной формы волны. С фильтром частота снижается примерно до
56 Гц.
ИНВЕРТОР 6 КВ
Инверторымогут обеспечивать питание для нескольких приложений. Инвертор на 6 к Здесь показано 6000 вольт переменного тока. Эти 6 кВ можно удвоить и использовать для труб CR. Слева инвертор, в котором используется пара 2Nl76 в общем коллекторе. схема.
Трансформатор специальный; сердечник Ceramag U, AP 11-264(2), подобен тип, часто используемый в трансформаторах обратного хода для телевизоров. L1 и L2 с ручным заводом сбоку на картонной бобине, с выводами с обеих сторон. обмотка покрыта бумагой трех толщин, пропитанной катушкой наркотик.
L3 универсально наматывается на этот бумажный слой. Обмотка имеет ширину ¾ дюйма. После
через каждые 250 витков на обмотку наносится слой легированной бумаги для усиления
катушка. Это увеличивает обмотку до диаметра примерно 2¾ дюйма. Катушка тщательно легирована, затем высушена и покрыта сверху и по бокам
малярным скотчем, окрашенным краской. Каждая катушка намотана следующим образом:
L1-6 витков, Т.Т. №18 Nylclad L2-10 витков, C.T. № 18 Nylclad L3-3,500 витки, №36 Nylclad, Шелк
————— Инвертор 6 кВ.
Инвертор 6 кВ.
Внутренний вывод L3 заземляется в любую удобную точку на корпусе, а внешняя клемма выведена хорошо изолированным проводом. Обмотки L1 и L2 должны быть правильно сфазированы, чтобы получить колебание. Правильная фаза лучше всего устанавливается методом проб и ошибок. Поменяйте местами выводы базы, если колебание получается не с первой попытки.
Этот блок производит 6 кВ переменного тока на выходе, который можно комбинировать с блоком на
справа, как показано. Правая схема представляет собой генератор временной развертки, который может
использоваться в качестве переносного мигающего устройства для сигнальных огней (например, для строительных опасностей). Их также можно использовать вместе.
Возьмем только генератор временной развертки. При 6-вольтовом питании, 2N35 и используется силовой транзистор 2N176, это релаксационный генератор. Сеть R1-C1 представляет собой цепь постоянной времени, а R2 управляет длительностью импульса.
При разомкнутом S1 выход отсутствует. Когда переключатель S1 замкнут, конденсатор начинает заряжаться, делая базу X1 более положительной, чем эмиттер. Эта зарядка скорость зависит от постоянной времени R1-Cl. При некотором критическом напряжении Х1 начинает провести, а затем X2. Когда X2 переходит в режим насыщения, полная батарея потенциал на нагрузке. Проводимость X2 приводит к разрядке конденсатора C1. до тех пор, пока при низком критическом значении X1 не отключится, что приведет к отключению и X2. Это действие повторяется и устанавливает временную базу.
Частота показанной цепи составляет примерно 90 импульсов в минуту.
Другие временные ставки можно получить, используя другие значения R1 и Cl. частота изменяется обратно пропорционально значению R1 или C1. Так как значение R2 равно
увеличивается, увеличивается и длительность импульса. В показанной цепи
длительность импульса составляет примерно 10 миллисекунд. Если R2 увеличить до 1000
Ом, продолжительность будет примерно 50 миллисекунд.
Генератор временной развертки может питать 6-вольтовую лампу накаливания в целях предупреждения. Соединение A и B, как показано, позволяет инвертору управлять газотрубными лампами.
ИНВЕРТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПЕРЕМЕННЫЙ
В обеих показанных схемах используются четырехслойные диоды. Во-первых, это высокая эффективность.
схема с минимумом компонентов. Второй контур обеспечивает запас
от последствий изменений нагрузки, коэффициента мощности нагрузки или напряжения питания.
Напряжение питания до 80 вольт может использоваться с одним четырехслойным диодом.
на каждой стороне инвертора, и более высокие напряжения питания могут быть получены путем
добавление дополнительных диодов последовательно.
В части A диаграммы показан высокоэффективный преобразователь постоянного тока в переменный. схема попеременно переключает фиксированный ток, подаваемый через L1, в две половины первичной обмотки трансформатора с центральным отводом. Частота управляется входными импульсами в точку запуска, причем два импульса требуются для каждый цикл.
Схема может работать на любой частоте, от нескольких сотен циклов до более чем двадцать килоциклов. Напряжение питания постоянного тока может быть от шести до нескольких сотен вольт. Выходная мощность ограничена максимальным током, который может быть переключен в первичку. Эффективность схемы зависит от напряжения питания постоянного тока; оно составляет около 95 % для более высокого напряжения питания и минимум 75 % для 6-вольтового. питание постоянного тока.
Когда 4 D1 проводит, ток от источника постоянного тока проходит через петлю, состоящую из
L1, P1, 4 D1 и D. Этот ток ограничен импедансом, отраженным
в Pl от вторичной обмотки трансформатора. Точка А будет при удерживающем напряжении
(от 1 до 2 вольт) 4 последовательно соединенных D1 и D1. Центральный отвод трансформатора
будет на Vo, а точка B будет трансформаторной связью между P1 и P2.
вдвое больше этого напряжения, или 2 Vo.
Если на точку запуска подается отрицательный импульс достаточной амплитуды, 4D2 начнет проводить. Напряжение на коммутирующем конденсаторе Cc, которое соединен от вторичной обмотки трансформатора к двум первичным ветвям, будет управлять точка А отрицательная.
Это отключит 4 D1. Ток питания постоянного тока будет коммутирован с P1 в П2.
(A) Высокоэффективный преобразователь.
(B)Твердотельный инвертор.
(С) Осциллограммы
————- Преобразователь постоянного тока в постоянный.
Следующий отрицательный триггерный импульс снова включит 4 D1; и коммутирующий конденсатор через действие трансформатора выключит 4D2. Цикл сейчас завершенный.
Коммутирующий конденсатор должен быть достаточно большим, чтобы его напряжение при отражении
в первичную обмотку трансформатора, способен отключить диод. коммутирующий
конденсатор может быть подключен непосредственно через первичку, из точки А в точку
B. (Если он расположен во вторичной обмотке с более высоким напряжением, конденсатор намного меньшего размера может
использовать.) Обычные диоды D1 и D2 должны выдерживать высокие
средний ток, протекающий в цепи. При больших первичных токах возможно
заменить D1 и D2 четырехслойными диодами.
В высокоэффективных параллельных инверторах наблюдается тенденция для обеих сторон. инвертора оставаться включенным при включении. Этого можно избежать, используя нормально замкнутое реле вместо L1. Постоянный ток питания проходит через как контакты реле, так и исполнительная катушка.
Схема твердотельного инвертора, показанная в части B, защищает от изменений
в нагрузке, коэффициенте мощности нагрузки или напряжении питания. Схема является отказоустойчивой, потому что
ток питания падает до нуля при коротком замыкании нагрузки. Нормальная операция
возобновляется после устранения короткого замыкания. Цепь будет продолжать работать
нормально, несмотря на большие изменения напряжения питания или низкие коэффициенты мощности нагрузки.
В этой высоконадежной схеме используются ступени выносных опор, которые отключают соседние проводящие ветви базового инвертора при поступлении триггерного импульса, независимые состояния другой основной ветви инвертора. Начало проведения в этап аутригера также активирует ранее непроводящую ветвь инвертора при нормальных условиях эксплуатации.
Конструктивные соображения для базового инвертора такие же, как и для Части A. Примечание. отсутствие коммутирующего конденсатора во вторичной обмотке трансформатора; это функцию обеспечивают ступени аутригеров.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ (ПИТАНИЕ МОБИЛЬНОГО РАДИО)
Транзисторные преобразователи постоянного тока используются для питания пластин, поскольку они
более эффективны и надежны, чем другие типы источников питания постоянного тока. Выходная мощность
возможна мощность до 700 Вт.
На этом рисунке показана схема транзисторного источника питания, добавлены и используются с мобильными радиостанциями. Работают два мощных триода на транзисторах. в качестве генератора триггера используются. Этот осциллятор представляет собой генератор прямоугольных импульсов. с частотой приблизительно от 100 до 3500 Гц.
Преобразователь постоянного тока в постоянный (мобильное радиопитание). Для источника питания типа вибратора требуется трансформатор с железным сердечником, материалы и конструкция которого аналогичны 60-тактное оборудование. Однако трансформатор в транзисторном блоке весит всего несколько унций. Следовательно, требуется меньше фильтрации и экранирования, потому что коммутация тока электронная. Прямоугольные волны являются источником гармоник в радиочастотном диапазоне, но эти нежелательные компоненты нетрудно подавить.
Повышенное напряжение, возникающее на вторичной обмотке трансформатора, выпрямляется
по мостовой схеме с использованием четырех кремниевых диодов. Реализована фильтрация пульсаций.
в обычной RC-сети после выпрямителей. Выходная мощность
Показанный источник питания транзистора обычно находится в диапазоне 200 вольт, 100 мА, что
достаточно для питания многокаскадного FM-приемника. Общая эффективность снабжения
составляет от 70% до 75%. Это приблизительный КПД источника питания вибратора с использованием
асинхронный вибратор и селеновый выпрямитель.
Все компоненты, кроме транзисторов, обычно монтируются на небольшой печатной плате. доска. Сами транзисторы монтируются непосредственно снаружи корпус, выполняющий роль теплоотвода. Защитная скоба закрывает транзисторы но все же позволяет воздуху свободно циркулировать вокруг радиатора, что поддерживает транзисторы в пределах рекомендуемых рабочих температур.
ИНВЕРТОР НА 500 ВТ
Эта цепь представляет собой источник питания с общим эмиттером и заземленным коллектором, обеспечивающий
Выходная мощность переменного тока 500 Вт от источника постоянного тока 28 В. Два комплекта запараллеленных 3Н46
или используются тетродные транзисторы 3N50. R2-R5 — базовые резисторы сопротивлением 3,3 Ом;
от R6 до R9эмиттерные резисторы 0,05 Ом, используемые для выравнивания коллектора
токи.
Падение напряжения на диодах D1 и D2, подаваемое на базы через термисторы, обеспечивают смещение, которое увеличивается с температурой и, таким образом, предотвращает тепловой разгон.
При работе одна пара транзисторов (Х3 и Х4) проводит через нижний вторичный T1 (источник постоянного тока) и нижняя половина T2. Индуцированный ток в старшей вторичной обмотке Т1 включаются X1-X2, и переменный ток подается через Т2 на выходе.
————- 500-ваттный инвертор.
———— 85-ваттный преобразователь постоянного тока в постоянный.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА НА 85 ВТ
Здесь показан преобразователь постоянного тока в постоянный на транзисторах 2Nl755.
Когда преобразователи постоянного тока работают при более высоких входных напряжениях, их
трансформаторы должны быть специально разработаны. Рекомендуемые материалы сердечника трансформатора
являются Orthonol или Deltamax с пластинами толщиной 0,002 дюйма. Частота работы
на частоте около 2000 Гц предлагает лучший компромисс между размером трансформатора и
эффективность преобразователя, хотя частоты могут быть выше 2000 Гц
если более низкая эффективность, вызванная уменьшенной прямоугольностью формы волны, может
быть терпимым. Выбрана частота работы и конструкция трансформатора
первичной обмотки рассчитывают по формуле, приведенной на рисунке. Отзыв
обмотка обеспечивает примерно два-три вольта на каждую базу, а вторичная
обмотка обеспечивает необходимое напряжение на нагрузке. Цель R1 — истекать кровью
ток в базы X1 и X2, чтобы способствовать запуску при низком напряжении. Р2,
в сочетании с R1 настраивается для обеспечения надлежащей базы «включено»
Текущий. R2 должен быть от 3 до 10 Ом. Следует соблюдать следующие меры предосторожности
наблюдалось:
1. Обмотки трансформатора должны быть сбалансированы и иметь бифилярную намотку. свести к минимуму реактивное сопротивление утечки.
2. Переходные процессы переключения в осциллограмме напряжения коллектора должны быть устранены. с помощью сетей «удаления пиков» небольшого буферного конденсатора через вторичная обмотка.
3. Путь работы (VCE по сравнению с le) следует наблюдать на осциллографе. Наиболее надежные преобразователи получаются, когда график зависимости VcE от le охватывает минимально возможная площадь. Улучшения могут быть сделаны путем обхода R2 с помощью большой конденсатор и гарантируя, что ток базы «включено» не превышать рекомендуемое значение.
4. Любые входные переходные процессы должны быть устранены путем установки конденсатора входные клеммы питания.
5. Изолирующие шайбы между транзисторами и радиатором должны быть покрыты.
с силиконовой смазкой. Радиатор должен иметь достаточную площадь для поддержания
температура монтажной базы транзистора ниже 85°С. по максимуму
ожидаемая температура окружающей среды.
Для этих устройств рекомендуются следующие максимальные входные напряжения (постоянное плюс пиковое). типы транзисторов:
Тип 2Nl755 2Nl756 2Nl757 2Nl758
Максимальное входное напряжение постоянного тока (В)
16 24 30 35 Приблизительная выходная мощность (Вт)
35 60 75 85
РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
———— Рег. Преобразователь постоянного тока в постоянный.
Эта схема состоит из двух силовых транзисторов PNP в двухтактном переключении. цепь, которая соединена с источником питания постоянного тока цепью управления. два транзистора поочередно подключают входное напряжение к каждой половине первичная обмотка тороидального трансформатора. Рассеивание транзистора низкое, а эффективность преобразования высокая. В дополнение к первичному и вторичному, тороидальный также имеет обмотки для положительной обратной связи от коллектора к эмиттеру каждого транзистора.
Когда один транзистор открыт, напряжение питания подается на половину
первичный, а противоположный коллектор имеет отрицательное значение в два раза больше, чем питание
Напряжение. В этот момент базовое напряжение обратной связи уменьшается. Коллектор
ток и напряжение на первичной обмотке также уменьшаются, что снижает базу
водить машину. Это действие регенеративно отключает проводящий транзистор и запускает
цикл проводимости в оппозитном транзисторе. Результирующая форма волны
серия прямоугольных волн на первичной обмотке.
Частота колебаний зависит от характеристик трансформатора сердечник, количество первичных витков и напряжение питания. Схема управления базой используется для предотвращения чрезмерного рассеяния на транзисторе, когда генератор эффективно работает на холостом ходу. Схема управления также обеспечивает быстрый запуск и предотвращает выход из строя транзистора, если напряжение питания случайно быть обращенным.
Цепь управления базой использует изменение полярности между
Транзисторы PNP и NPN. Этот разворот позволяет основам осциллятора PNP
транзисторы для подключения непосредственно к коллектору управляющего транзистора NPN
цепи, а затем к положительному концу источника постоянного тока. Управляющий транзистор
имеет отрицательное напряжение смещения, полученное от дополнительной обмотки на возбудителе
трансформатор. Коллекторный ток управляющих транзисторов (отсюда
максимальный базовый ток пары генераторов) определяется этим напряжением смещения.
Транзистор управления имеет высокое эффективное сопротивление коллектора, а Транзисторы генератора работают так, как если бы они работали с постоянным током. предвзятость. Таким образом, если по какой-либо причине выход закоротит, не будет напряжения смещения, и ток базы упадет очень низко. Это защищает преобразователь от случайного короткого замыкания нагрузки, поскольку другие источники питания постоянного тока не защищены.
Может использоваться регулировка базовой цепи; образец ректифицированного и фильтрованного
выходное напряжение сравнивается с точным, стабильным эталонным напряжением
стабилитрон. Затем разностное напряжение усиливается одним или двумя транзисторами.
и подается на базу транзистора регулятора последовательно с возвратом базы
схема переключения транзисторов. Импеданс управляющего транзистора меняется
пропорционально напряжению ошибки и тем самым изменяет выход переключающего
транзисторы.
Регулятор реактора насыщения может использоваться между свободно работающим транзистором осциллятор и нагрузка. Реакторы насыщения включаются, открываются или закрываются при контроль напряжения ошибки, полученного путем сравнения выпрямленного и отфильтрованного Выходное напряжение постоянного тока с напряжением стабилитрона.
ЗАЩИТНЫЙ ИНВЕРТОР
Здесь показана схема с защитой от коротких замыканий. Схемы инвертора которые используют бистабильные устройства, часто требуют защиты. Низкий проводящий импеданс и высокая эффективность устройств управления делают их привлекательными для инверторов использования, но при коротком замыкании или размыкании нагрузки или при потерян. Эта схема была разработана для защиты инвертора.
Выпрямители выполняют функцию инвертора от источника постоянного тока 24-30 В к
HO-вольт, 300 В, 400 циклов нагрузки. Ударно-спусковой механизм ворот представляет собой
автономный мультивибратор. Дополнительные компоненты в центре
схема выполняет защитную функцию.
—————- Инвертор с защитой от короткого замыкания.
Чтобы включить цепь, переключатель S1 замкнут, а рычажный переключатель S2 нажат.
и выпущен. С учетом действия только основной цепи срабатывает выпрямитель 1.
через источник питания постоянного тока и половину первичной обмотки трансформатора. Когда выпрямитель
2, он идет по тому же пути, но использует нижнюю половину основного.
Эффект маховика коммутирующего конденсатора во вторичной обмотке продолжается.
это действие. Когда S2 нажата, переключатели S2A и S2B обеспечивают быструю зарядку.
путь для конденсатора 1000 мкФ через резисторы 1,0 и 0,1 Ом. Выключатель
секция S2C обеспечивает изменение пути для конденсатора 0,5 мФд через
Резистор 10 Ом. Когда S2 размыкается, конденсатор обеспечивает заряд
срабатывание TCR1020, в то время как резистор 10K предотвращает зарядку
Конденсатор емкостью 1000 мФд от утечки.
Предположим, короткое замыкание на нагрузке. Это будет отражено в первичном, и коммутирующий конденсатор не сможет накопить заряд, необходимый для поддерживать коммутационное действие. Проводивший ТКР ( ТК R1, для пример) не будет отключен при срабатывании TCR2. Однако, как только падение на резисторе 0,1 Ом превышает 1,5 вольта (обычно 1 вольт при 10 средний ампер), TCR510 срабатывает, и конденсатор емкостью 1000 мФд устанавливает отрицательный напряжение на аноде TCR1020, отключив это устройство и прервав протекание тока в главной цепи.
Вторичный ток на мгновение продолжается через TCR510. Тем не менее Резистор l0K в этом контуре ограничивает протекание тока до значения ниже удерживающего или минимальное поддерживающее значение для текущего расхода. Цепь отключается полностью, но может быть сброшен нажатием SL. Такая же защита предоставляется, если ворота диск потерян или нагрузка открыта.
Когда полупроводниковая защита от короткого замыкания не требуется, управляемый
выпрямители могут быть защищены от токов короткого замыкания плавким предохранителем или быстродействующим магнитным полем. автоматический выключатель. Во избежание пропусков зажигания при включении инвертора
мультивибратор должен быть включен до подачи напряжения на управляемый
выпрямители или небольшое дополнение, сделанное в цепи мультивибратора, чтобы гарантировать
его правильный запуск.
МУЛЬТИПЛИКАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
Этот умножитель постоянного напряжения преобразует 1,5 В постоянного тока в 50 В постоянного тока. Путем предоставления высокое напряжение от низковольтного источника устраняет неприятный вибратор или громоздкая батарея B+. Когда транзисторы колеблются, они обеспечивают переменное напряжение через трансформатор. Выходное напряжение и ток определяются напряжение батареи и коэффициент трансформации трансформатора; поэтому они могут быть разнообразными в соответствии с приложением, если номиналы транзисторов и диодов не превышен.
———- Множитель постоянного тока.
ГЕНЕРАТОР-УСИЛИТЕЛЬ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Эта схема генератора-усилителя может иметь входное напряжение 14 или 28 вольт. Для 14 вольт выходная мощность до 100 Вт; при 28 вольтах удваивается, до
200 Вт.
Трансформатор T1 бифилярно намотан на сердечник и ярмо AP 11-424 Ceramag с № 22 Медный магнитный провод Nylclad. Первичная обмотка имеет 108 витков и находится в центре. постучал. Вторичная обмотка также имеет 108 витков и центральный отвод, но имеет два дополнительных отводит по 13 витков с каждой стороны от центра. Трансформатор Т2 можно намотать с помощью Арнольд Core Section 4 MIL C Core (A)-H-12). БМ равна 12 килогауссам с площадью 0,5 кв.
———— Следующие детали не зависят от входного напряжения.
C,C,-0,2 MFD, 200 ЛОС, c,.C,-500 MFD, 50 В постоянного тока, R1R2-100 Ом, 1 Вт, CR1234-1N2614, Т2 МТР-916, РХ-1301
Генератор-усилитель преобразователь постоянного тока в постоянный.
При подключении генератора правильное соотношение фаз между первичная обмотка и обмотка обратной связи должны быть сохранены.
Если колебание не получено и клеммы фазы не отмечены, реверс
коллектор или база ведет.
Судя по кривым, наибольшая эффективность (около 87 %) может быть получена при 100 ватт для входа 14 вольт и 200 ватт для 28 вольт.
————————
МУЛЬТИВИБРАТОРНЫЙ ИНВЕРТОР
На этом рисунке показан мультивибратор, использующий 2N339 и запускающий пару управляемых выпрямители. Чтобы запустить цепь, переключатель Sl замкнут, чтобы подать напряжение питания к CR и триггерной цепи.
Внезапное повышение напряжения питания в цепи триггера вызывает положительный
шип на затворе малого управляемого выпрямителя 2Нл595, который срабатывает.
база второго 2N339 замыкается на землю и таким образом предотвращается
проведение. Первый транзистор проводит и включает C R1. Когда конденсатор
C1 заряжается, ток через 2Nl595 упадет ниже тока удержания
арендовать из-за высокого импеданса (примерно 3К) протеканию тока.
Таким образом, этот управляемый выпрямитель отключается. Когда 2Nl595 выключен,
получается нормальная работа мультивибратора триггерной цепи, в результате чего
при правильном запуске и нормальной работе инвертора.
Значения C1 и C2 даны для 60, 400 и 2400 Гц.
Для лучшей стабильности частоты напряжение питания цепи запуска можно регулировать с помощью стабилитрона.
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Этот преобразователь можно использовать для различных выходов, от 12 до 14 вольт постоянного тока. ввод с эффективностью 75%.
Для 250 вольт, 65 мил, трансформатор представляет собой TY-68S с парой транзисторов 2N669. и 20 квадратных дюймов радиатора. Выпрямители 1N2613; R1 500 Ом, 5 Вт; R2, 50 Ом, 5 Вт; R3, 300К, 1 Вт; C1, 50 мкф, 50 вольт; C2 это не используется; а С3 — 2 мкФ, 400 вольт.
Другие значения — для 300 вольт при 100 милах, 325 вольт при 200 милах и 375 вольт при 200 милах, как показано.
———— Преобразователь постоянного тока в постоянный.
————
3-ФАЗНЫЙ ГЕНЕРАТОР И УСИЛИТЕЛЬ, 400 Гц
Здесь показана схема для управления трехфазной нагрузкой мощностью 20 Вт с частотой 400 Гц. Трехфазные колебания питаются от RC-генератора, так что
на коллекторе каждого транзистора существует разность фаз 120°. Эмиттерный повторитель
Усилитель переводит транзисторы выходной мощности в режим насыщения. Результат
обрезанная синусоида на вторичной обмотке выходного трансформатора.
Эта схема может использоваться для управления трехфазным авиационным гироскопом от 12-вольтовый источник постоянного тока.
МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Преобразователи мощности можно приобрести в виде полных комплектов, как показано на рисунке.
или специальные трансформаторы можно приобрести отдельно, а блок питания изготовить по индивидуальному заказу.
В показанной схеме можно использовать 12-вольтовый трансформатор. Этот блок обеспечивает
выходная мощность до 40 Вт при 200, 250 или 300 вольт постоянного тока с токоотводом
до 125 мА. Два силовых транзистора соединены перекрестно, образуя генератор.
который работает на частоте около 2 кГц. После повышения напряжения генератор
выпрямляется удвоителем напряжения и фильтруется RC-фильтром.
————- Многоцелевой преобразователь постоянного тока в постоянный.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ МОЩНОСТИ
По мере увеличения потребляемой мощности транзисторные преобразователи становятся более сложными. Необходимо больше транзисторов; они могут быть соединены последовательно или мостом. Обе схемы обычно представляют собой транзисторы одного типа. Трансформаторы для преобразователи сложные, требующие шести или семи обмоток.
————— Дополнительный силовой преобразователь.
Показан комплементарный транзисторный преобразователь с простой схемой. С использованием
комплементарные транзисторы приводят к экономии схемы и большей надежности.
В трансформаторе используются только две обмотки. Базы и эмиттеры PNP и
Транзисторы NPN включены параллельно. Это препятствует тому, чтобы основания стали сильно
с обратным смещением, потому что, если один блок выключен, другой должен быть включен. Внутренняя защита снижает возможность самоуничтожения при
транзисторы работают с индуктивной нагрузкой. Показанный преобразователь имеет КПД
87% при выходной мощности 122 Вт и питании 45 В постоянного тока.
МОП-транзисторы: основы и применение в силовых преобразователях | Артикул
СКАЧАТЬ PDF
Получайте ценные ресурсы прямо на свой почтовый ящик — рассылка раз в месяц
Подписаться
Мы ценим вашу конфиденциальность (MOSFET) — это электронное устройство, относящееся к категории полевых транзисторов (FET). Эти устройства действуют как источники тока, управляемые напряжением, и в основном используются в качестве переключателей или для усиления электрических сигналов. МОП-транзистор управляется путем подачи определенных условий напряжения на затвор. Когда МОП-транзистор включен, ток течет от стока к истоку МОП-транзистора через канал, созданный в объеме (также называемом корпусом). В большинстве случаев большая часть полевого МОП-транзистора подключена к источнику, поэтому полевые МОП-транзисторы обычно называют 3-контактными устройствами.
Рис. 1: MOSFET
P-Channel MOSFET в сравнении с N-Channel MOSFET
MOSFET — это полупроводниковые устройства, которые в основном изготавливаются из кремния P-типа или N-типа. Разница между этими двумя типами кремния заключается в заряде, сохраняемом ионами легирующей примеси, которые представляют собой заряженные частицы, которые вводятся в кремний для создания нестабильности заряда, что делает элемент полезным для электронных целей. Если область кремния была легирована ионами с пятью валентными электронами (группа 5 в периодической таблице), то в полупроводнике освобождается дополнительный электрон, поэтому заряд будет в целом отрицательным (N-тип). Поскольку они вносят электрон, эти примеси в кремнии называются донорными примесями. С другой стороны, у элементов с тремя электронами в валентной зоне будет отсутствовать электрон, что эквивалентно вложению дырки, а это означает, что общий заряд будет положительным (P-тип). Эти примеси также называют акцепторными примесями. На рис. 2 показаны различия между примесями для полупроводников P-типа и N-типа и влияние, которое они оказывают на структуру кремния.
Рисунок 2: Легирующие примеси – донорные и акцепторные примеси вверх по стоку и истоку (см. рис. 3). МОП-транзисторы могут иметь подложку P-типа и области стока и истока N-типа, а это означает, что для того, чтобы ток протекал от стока к истоку, канал также должен быть N-типа. Они называются N-канальными МОП-транзисторами или NMOS-транзисторами. И наоборот, если подложка N-типа, канал будет P-типа, поэтому MOSFET называется P-канальным MOSFET или PMOS-транзистором.
Рисунок 3: Структура полевого МОП-транзистора
Полевые МОП-транзисторы с расширением и истощением
МОП-транзисторы получили свое название от структуры, с помощью которой они управляются. Штифт затвора соединен с проводящим электродом, который отделен от подложки слоем оксида кремния или другого диэлектрического материала. Поэтому при подаче напряжения на затвор создается электрическое поле от металлического затвора через оксид к кремниевой подложке (металл-оксид-полупроводник). Это электрическое поле воздействует на свободные носители заряда в полупроводнике подложки (например, дырки или электроны) и притягивает их близко к затвору, образуя канал, или отталкивает их, разрушая канал.
Когда электрическое поле воздействует на полупроводник, оно воздействует на свободные носители заряда устройства. Свободные электроны, равномерно распределенные по полупроводнику, притягиваются к точке входа электрического поля (в случае MOSFET с положительным напряжением затвора это электрод затвора), тогда как дырки будут увлекаться в направлении электрического поля. поле, противоположное электронам (см. рис. 4). Это называется дрейфом носителей и логически изменяет распределение концентрации заряда внутри полупроводника.
Рис. 4. Дрейф носителей в полупроводниках
Основная цель полевого МОП-транзистора — контролировать создание канала между стоком и истоком, что достигается за счет концентрации правильных носителей в области, ближайшей к затвору, чтобы создать или уничтожить канал. Таким образом, полевые МОП-транзисторы можно разделить на две основные группы: полевые МОП-транзисторы с истощением и полевые МОП-транзисторы с улучшением.
Истощение МОП-транзисторы поставляются с предварительно сгенерированным каналом (см. рис. 5). Когда на затвор подается напряжение, электрическое поле выталкивает носители в канал, тем самым опустошая его. Следовательно, полевые МОП-транзисторы с истощением можно приравнять к нормально замкнутому переключателю.
В улучшенных МОП-транзисторах канал появляется только при подаче напряжения на затвор, притягивая заряды и расширяя область канала. Этот тип МОП-транзистора, который можно рассматривать как нормально разомкнутый переключатель, чаще всего используется в электронных приложениях, потому что при потере питания переключатель отключается, и ток в цепи прекращается, что позволяет избежать неконтролируемой работы и повышает безопасность цепи. Остальная часть этой статьи будет относиться только к усовершенствованным N-канальным МОП-транзисторам.
Рисунок 5: MOSFET в режиме истощения
Рисунок 6: MOSFET в режиме расширения
Области работы MOSFET
Из того, что было объяснено до сих пор, становится ясно, что одним из наиболее важных аспектов работы MOSFET является приложенное потенциальное напряжение к воротам. Фактически работа MOSFET определяется потенциалом напряжения между затвором MOSFET и его истоком (V GS ). На рис. 7 показано, как V GS влияет на протекание тока через МОП-транзистор. В улучшенном N-канальном МОП-транзисторе, когда между затвором и истоком отсутствует потенциальное напряжение, канал не существует. Эта рабочая область называется областью отсечки; когда транзистор находится в этой рабочей области, ток от стока к истоку не течет, что означает, что МОП-транзистор ведет себя как открытый ключ.
По мере увеличения напряжения затвора канал начинает формироваться, но он не обеспечивает проводимость между стоком и истоком до определенного уровня напряжения, называемого пороговым напряжением. Как только порог достигнут, ток начинает течь через МОП-транзистор. Эту область, называемую областью насыщения, можно сравнить с источником тока, управляемым напряжением. По мере увеличения напряжения на затворе увеличивается и ток, протекающий через ключ. Эта область в основном используется для усиления сигнала, поскольку небольшие изменения напряжения на затворе приводят к большим изменениям выходного тока (см. рис. 7). Затем этот ток можно использовать для изменения напряжения на резисторе, который является основой усилителей с общим истоком.
Рисунок 7: Ток стока в зависимости от напряжения на затворе
По мере того, как напряжение на затворе продолжает увеличиваться, растет и канал. В области насыщения канал еще не полностью соединяет области стока и истока, поэтому напряжение между истоком и стоком не оказывает большого влияния на работу. Однако, как только канал достаточно усилен, чтобы соединить сток и исток (это называется напряжением отсечки, которое является верхним пределом области насыщения), канал MOSFET полностью усилен, и транзистор ведет себя как полностью замкнутый переключатель.
С этого момента полевой МОП-транзистор можно рассматривать как сопротивление из-за потери напряжения между стоком и истоком (R DS(ON) ). В этой новой рабочей области, называемой омической или линейной областью, наблюдается увеличение тока через МОП-транзистор, которое линейно пропорционально напряжению, приложенному между стоком и истоком МОП-транзистора, хотя оно ограничено напряжением затвор-исток ( см. рисунок 8).
Рис. 8. Ток стока в зависимости от напряжения сток-исток
Рисунок 8 также дает представление о том, какие рабочие области полезны для различных приложений. Как упоминалось ранее, область насыщения лучше всего подходит для усиления, поскольку для тех же V DS небольшое изменение напряжения на затворе вызывает гораздо большее изменение тока. Однако, поскольку мощность, потребляемая МОП-транзистором, определяется произведением тока и напряжения на МОП-транзисторе (V DS ), область насыщения также является наихудшей с точки зрения энергоэффективности, поскольку она имеет заметный ток и сток-исток. Напряжение.
Поэтому, когда МОП-транзистор используется в коммутационных устройствах, необходимо убедиться, что МОП-транзистор работает только как полностью открытый или полностью закрытый переключатель, чтобы уменьшить потери мощности. Другими словами, он должен работать только в области отсечки или линейных областей и максимально избегать насыщения.
Паразитические компоненты в силовых полевых МОП-транзисторах
Как и в случае любого электронного устройства, важно учитывать паразитные элементы, которые оно включает, то есть компоненты, которые непреднамеренно создаются структурой устройства. В этой статье уже подробно рассказывалось об одном из них, о сопротивлении, но есть и другие компоненты, встроенные в структуру MOSFET (см. рис. 9).и рисунок 10).
Другими основными пассивными компонентами полевых МОП-транзисторов являются различные конденсаторы, встроенные в структуру транзистора. Существует много паразитных конденсаторов, но в первую очередь следует учитывать конденсаторы, образованные между затвором и стоком, а также между затвором и истоком. Эти конденсаторы ограничивают максимальную частоту коммутации, на которой может работать устройство.
В дополнение к этим пассивным элементам БЯТ создается переходами N+-P-N-, образованными областями источника, тела и дрейфа. Этот транзистор имеет решающее значение для безопасной работы MOSFET. Если он случайно включен, полевой МОП-транзистор переходит в состояние «фиксации», что значительно снижает максимальное напряжение блокировки. Если это напряжение превышено, BJT вызывает лавинный пробой устройства, который может разрушить устройство, если ток не ограничен. Поэтому биполярный транзистор всегда нужно выключать, делая напряжение на базе (корпусе) максимально близким к напряжению на эмиттере (истоке). Вот почему исток и корпус почти всегда имеют короткое замыкание в силовых полевых МОП-транзисторах. Однако за счет замыкания истока и основной области создается диод, известный как внутренний диод. Этот диод не так проблематичен, как BJT, и даже может быть полезен в некоторых приложениях.
Рис. 9: Паразитные компоненты силового МОП-транзистора
Рис. 10: Паразитные конденсаторы
Силовые МОП-транзисторы
Одной из целей при разработке МОП-транзистора для силовых приложений является обеспечение того, чтобы он мог работать при высоких напряжениях, то есть блокировать высокое напряжение. потенциалы, когда это необходимо, без разрушения. Это достигается за счет диодного эффекта, возникающего между N-Si стока и P-Si объема. При смещении PN-переход сток-объем действует как диод с обратным смещением, создавая область пространственного заряда (SCR) и блокируя напряжение. Чем выше смещение напряжения, тем больше область пространственного заряда, необходимая для блокирования напряжения. Если напряжение достаточно высокое, SCR может пересечь пространство между стоком и истоком, что обеспечит проводимость через MOSFET. Это называется обратным разрушением. Таким образом, казалось бы, ключом к работе при высоких напряжениях является наличие очень длинного канала MOSFET. Однако есть две причины, по которым изготовление более длинных транзисторов нецелесообразно:
- Эффективность: Чем длиннее канал, тем выше R DS(ON) , что, в свою очередь, приводит к более высоким потерям проводимости. Размер
- : более длинные каналы занимают больше места, что снижает возможности интеграции полевого МОП-транзистора.
По этой причине силовые МОП-транзисторы не имеют традиционной структуры МОП-транзисторов, к которой мы привыкли (см. рис. 5). Вместо этого силовые МОП-транзисторы имеют вертикальную структуру с истоком и затвором на верхней пластине и стоком на нижней (см. рис. 11).
Поскольку глубина транзистора не является проблематичным производственным параметром, область обеднения может быть сколь угодно длинной, с проблемой только увеличения потерь проводимости. При подключении стока полевого МОП-транзистора ко всей металлической задней панели также намного проще подключить эти полевые МОП-транзисторы параллельно, чтобы увеличить допустимый ток.
Рис. 11: Вертикальная структура МОП-транзистора
Как упоминалось ранее, основные потери энергии в МОП-транзисторе связаны либо с переключением, либо с проводимостью. Коммутационные потери можно свести к минимуму, используя быстро переключающиеся транзисторы и применяя мягкое переключение, но снижение кондуктивных помех почти полностью зависит от структуры MOSFET, особенно от сопротивления в открытом состоянии, или R ДС(ВКЛ) .
Значение сопротивления включения зависит от длины канала и концентрации носителей в полупроводнике. Конечно, более высокие напряжения создают более сильное электрическое поле и, следовательно, большую область обеднения (см. рис. 12). Так как область истощения не должна пересекать весь канал, глубину необходимо делать очень большой. Однако увеличение длины полупроводника оказывает существенное негативное влияние на открытое сопротивление, поэтому были разработаны сквозные полупроводники.
В полупроводниковом устройстве этого типа область N в стоке разделена на две части с различной плотностью легирования: область N+ с очень высокой плотностью легирования и область с низкой плотностью. Эта область с низкой плотностью называется дрейфовым слоем. Из-за градиента легирования между этими двумя областями электрическое поле, создаваемое обратным смещением, больше не имеет треугольной формы. Вместо этого он может «пробивать» границу области дрейфа, приобретая прямоугольную форму (см. рис. 13). Это позволяет использовать более высокие максимальные напряжения блокировки без увеличения длины канала.
Однако низкая концентрация легирующей примеси в дрейфовом слое оказывает негативное влияние на проводимость полупроводника в этой области, ограничивая влияние на сопротивление во включенном состоянии.
Рис. 12: Непроходной
Рис. 13: Проходной
Безопасная рабочая зона (SOA) MOSFET
Как и все устройства, MOSFET имеют ограничения рабочих условий, в которых они могут работать. делать с максимальными комбинациями напряжения и тока, с которыми они могут работать до выхода из строя. Чтобы лучше показать эти ограничения, большинство спецификаций полевых МОП-транзисторов содержат график безопасной рабочей зоны (SOA) (см. рис. 14).
Рисунок 14: МОП-транзистор SOA
Верхний предел области безопасной работы определяется максимальным током, который может протекать через устройство. Это ограничивается R DS(ON) устройства, поскольку ток, протекающий через канал MOSFET (и, следовательно, резистор), выделяет тепло, что может привести к выходу устройства из строя.
Вертикальный правый предел SOA задается максимальным напряжением, которое MOSFET может блокировать без разрушения и обеспечения проводимости. Это определяется структурой полевого МОП-транзистора, длиной канала и материалом, использованным при его изготовлении, как объяснялось в предыдущем разделе этой статьи.
Диагональный предел в правом верхнем углу SOA представляет способность полевого МОП-транзистора поддерживать работу в области насыщения. Из-за сочетания тока и напряжения в переключателе, которое происходит в основном при насыщении, говорят, что полевой МОП-транзистор потребляет мощность, которая затем должна рассеиваться в виде тепла. Если произведение тока и напряжения на МОП-транзисторе слишком велико, чрезмерное тепло может разрушить устройство.
Предел рассеиваемой мощности представлен несколькими линиями в правом верхнем углу SOA. Эти линии показывают, как предел рассеивания MOSFET изменяется в зависимости от процента времени, в течение которого транзистор находится в состоянии насыщения.
Если МОП-транзистор находится в постоянном токе, то на МОП-транзисторе есть постоянный ток и напряжение и, следовательно, постоянный нагрев устройства, что сильно ограничивает его способность рассеивать всю генерируемую энергию. Однако, если MOSFET включается и выключается, то устройство нагревается лишь часть времени и может выдерживать более высокие токи и напряжения. Чем короче время, в течение которого он остается включенным, тем выше могут быть напряжение и ток, ограниченные только максимальным током и напряжением.
Заключение
МОП-транзисторы являются неотъемлемой частью почти всех электронных систем. Таким образом, существует постоянный толчок к инновациям структур MOSFET, открытию новых материалов и разработке схем с целью преодоления существующих физических ограничений при одновременном уменьшении размеров транзисторов. MPS добилась значительных успехов в этой области, разработав модули преобразования мощности с силовыми ключами, способными выдерживать до 100 А непрерывного тока, такие как MPM369.5-100. Чтобы узнать больше, посетите наш веб-сайт и ознакомьтесь с нашими статьями, справочными проектами и примечаниями по применению.
Технический форум
Путаница с инструментом проектирования MPS LLC
Использование HR1001A.
Мне нужно повторить конструкцию трансформатора для преобразователя LLC, чтобы изменить его с 48 В 8 А на более высокое напряжение и меньший ток. Трансформатор …
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ
Virtual Bench Pro 4.0 для настройки MPF32010
Здравствуйте! Я скачал Virtual Bench Pro 4.0 и попытался настроить MPF32010. пока не могу выбрать устройство MPF3202. не могли бы вы помочь? БР, J…
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ
POE Принципиальная схема PoE (MP8008, 8009 8030)
Привет всем: У кого-нибудь есть принципиальная схема в Altium или Orcad 24 выхода Контроллер PoE является одним из этих MP8008/8009/8030 У кого-нибудь есть идея сравнить T…
ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПИТАНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ
Получить техническую поддержку.
Цепь, включающая защиту от перегрузки по току, включает в себя вход напряжения,
первый и второй переключающие транзисторы, которые комплементарно переключаются
и которые получают ток от входа напряжения, первый резистор,
первый диод, включающий в себя первый анод и первый катод, и второй
диод, включающий второй анод и второй катод. Первый анод и
второй анод соединены друг с другом и подключены к
ввод напряжения через первый резистор. Первый катод подключен к
первый переключающий транзистор и второй катод подключены к
второй переключающий транзистор так, что соединение первого и
Вторые аноды обеспечивают сигнал перегрузки по току, который связан с
ток в первом и втором переключающих транзисторах.
Заявления:
1. Цепь, включая защиту от перегрузки по току, включающая: напряжение
вход; первый и второй переключающие транзисторы, которые дополняют друг друга
коммутируемые и получающие ток от входа напряжения; первый
резистор; первый диод, включающий в себя первый анод и первый катод; а также
второй диод, включающий в себя второй анод и второй катод; где
первый анод и второй анод соединены друг с другом и
подключен к входу напряжения через первый резистор; первый катод
подключен к первому переключающему транзистору, а второй катод
подключен ко второму переключающему транзистору таким образом, что соединение
первый и второй аноды обеспечивают сигнал перегрузки по току, т. е.
относительно тока в первом и втором переключающих транзисторах.
2. Схема по п.1, в которой первый резистор представляет собой термистор.
3. Схема по п.1, отличающаяся тем, что первое и второе транзисторы — это транзисторы с биполярным переходом.
4. Схема по п.3, в которой первый и второй катоды соединены с коллекторами биполярных транзисторов.
5. Схема по п.1, в которой первый и второй коммутационные Транзисторы представляют собой полевые транзисторы на основе оксидов металлов и полупроводников.
6. Схема по п. 5, в которой первый и второй катоды подключен к стокам эффекта поля полупроводника оксида металла транзисторы.
7. Схема по п.1, дополнительно содержащая схему делителя напряжения подключен к первому и второму анодам.
8. Схема по п.7, в которой схема делителя напряжения включает
второй и третий резисторы соединены последовательно.
9. Схема по п. 8, в которой либо первый, либо второй резистор является термистор.
10. Цепь по п.9, в которой термистор является отрицательным термистор с температурным коэффициентом.
11. Цепь по п.7, дополнительно содержащая конденсатор фильтра, подключенный параллельно цепи делителя напряжения.
12. Цепь по п.1, дополнительно содержащая конденсатор фильтра, подключенный к первому и второму анодам.
13. Схема по п.1, в которой первый и второй коммутационные транзисторы переключаются при коэффициенте заполнения 50% или близком к нему.
14. Цепь, включая защиту от перегрузки по току, включающая:
вход; резистор; трансформатор, включая первичную и вторичную
обмотки; первый и второй переключающие транзисторы, которые дополняют друг друга
переключаются и которые устроены таким образом, чтобы пропускать ток от входа напряжения к
течь в первичных обмотках; схема защиты от перегрузки по току
включая: первый диод, включающий в себя первый анод и первый катод; а также
второй диод, включающий в себя второй анод и второй катод; где
первый анод и второй анод соединены друг с другом и с
ввод напряжения через резистор; первый катод соединен с
первый переключающий транзистор, а второй катод подключен к
второй переключающий транзистор так, что соединение первого и
Вторые аноды обеспечивают сигнал перегрузки по току, который связан с
ток в первом и втором переключающих транзисторах.
15. Цепь по п. 14, дополнительно содержащая развязывающий конденсатор. подключается между первичной обмоткой и землей.
16. Схема по п. 14, в которой трансформатор дополнительно включает обмотки обратной связи; а обмотки обратной связи управляют первой и второй переключающие транзисторы.
17. Схема по п.16, дополнительно содержащая схему делителя напряжения. подключен к первому и второму анодам.
18. Схема по п.17, в которой схема делителя напряжения включает в себя термистор.
19. Схема по п. 17, дополнительно содержащая фильтрующий конденсатор. включен параллельно цепи делителя напряжения.
20. Схема по п. 14, дополнительно содержащая третий и четвертый диоды. соединены со вторичными обмотками так, чтобы обеспечить выпрямленное напряжение выход.
Описание:
ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0001] 1. Область изобретения
[0002] Настоящее изобретение относится к генераторам Ройера и двухтактным генераторам. преобразователи. Более конкретно, настоящее изобретение относится к схема обнаружения перегрузки по току для генераторов Ройера и двухтактных генераторов преобразователи.
[0003] 2. Описание уровня техники
[0004] Один из традиционных способов контроля тока в генераторе Ройера
состоит в том, чтобы поместить чувствительный резистор в каждую половину генератора Ройера. Однако,
для этого традиционного подхода требуется дополнительное оборудование, поскольку для этого требуется два
чувствительные резисторы для двухтактного преобразователя, что также приводит к
дополнительные потери мощности. Кроме того, этот традиционный подход имеет
недостатки в том, что он неэффективен и чувствителен к шуму, если
чувствительные резисторы выбираются с малыми значениями сопротивления, чтобы
уменьшить потери мощности от резисторов считывания, несущих ток нагрузки
переключающих транзисторов генератора Ройера. Как правило, когда
биполярные переходные транзисторы (BJT) используются в качестве переключающих транзисторов
в генераторе Ройера чувствительные резисторы включены между
эмиттер каждого из переключающих транзисторов и землю.
[0005] Другим традиционным подходом является добавление индуктивности рассеяния к трансформатор генератора Ройера (путем разделения первичной и вторичные обмотки) и правильно подобрать переключающие транзисторы. усиления для ограничения перегрузки по току. Этот традиционный подход требует дополнительных оборудование для разделения первичной и вторичной обмоток и требует больше время изготовления. Кроме того, выбрав подходящее переключение транзисторы могут быть сложными и расточительными.
[0006] В продаже имеются многочисленные генераторы Ройера. Однако,
многие схемы на основе генератора Ройера не имеют короткого замыкания
защита. Кроме того, имеющиеся в продаже генераторы Ройера с
защита от короткого замыкания имеет нежелательные потери мощности при перегрузке по току
схема обнаружения.
[0007] Традиционным подходам присуща проблема потери эффективность из-за необходимости добавления одного или нескольких смыслов резисторы. В частности, эффективность теряется в обычном приближается из-за потери мощности в чувствительном резисторе (ах). Так же добавление индуктивности рассеяния приводит к более сложному трансформатору конструкции и требует тщательного выбора переключающих транзисторов, делая традиционные подходы громоздкими в производстве.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0008] Для преодоления проблем, описанных выше, предпочтительные варианты осуществления
Настоящее изобретение обеспечивает генератор Ройера, включающий в себя без потерь
схема обнаружения перегрузки по току для защиты генератора Ройера в
ответ на или после обнаружения перегрузки по току, чтобы обеспечить
защита от короткого замыкания без нежелательной потери мощности. Предпочтительный
варианты осуществления настоящего изобретения, описанные здесь, могут быть применены к
Генератор Ройера, который включает в себя управляющий штифт для включения генератора Ройера. ВКЛ/ВЫКЛ, как описано в соответствующей предварительной заявке на патент США №
61/711,392, озаглавленный «КОНТРОЛЬНЫЙ ШТЫРЬ И ЗАЩИТА ОТ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ ДЛЯ ROYER
ГЕНЕРАТОРЫ И ДВУХТАКТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ» и подана 9 октября 2012 г., т.е.
полностью включен посредством ссылки.
[0009] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают снижение потеря мощности в цепи обнаружения перегрузки по току силового преобразователя, как по сравнению с традиционными подходами.
[0010] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения преодолевают
вышеуказанные проблемы традиционных подходов. В частности,
резисторы, включенные в предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения
не несут ток нагрузки переключающих транзисторов, чтобы
обеспечить обнаружение перегрузки по току без потерь. Кроме того, предпочтительный
варианты осуществления настоящего изобретения менее чувствительны к изменениям в
коэффициенты усиления переключающих транзисторов по сравнению с обычными
подходит. Соответственно, предпочтительные варианты осуществления настоящего
изобретение обеспечивает более легкий выбор переключающих транзисторов
Осциллятор Ройера.
[0011] Цепь с защитой от перегрузки по току согласно
предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает вход напряжения,
первый и второй переключающие транзисторы, которые комплементарно переключаются
и которые получают ток от входа напряжения, первый резистор,
первый диод, включающий в себя первый анод и первый катод, и второй
диод, включающий второй анод и второй катод. Первый анод и
второй анод соединены друг с другом и подключены к
ввод напряжения через первый резистор. Первый катод подключен к
первый переключающий транзистор и второй катод подключены к
второй переключающий транзистор так, что соединение первого и
Вторые аноды обеспечивают сигнал перегрузки по току, который связан с
ток в первом и втором переключающих транзисторах.
[0012] Первый резистор предпочтительно представляет собой термистор. Первый и второй переключающие транзисторы предпочтительно представляют собой транзисторы с биполярным переходом. первый и второй катоды предпочтительно соединены с коллекторами транзисторы с биполярным переходом. Первый и второй переключающие транзисторы предпочтительно представляют собой полевые транзисторы на основе оксидов металлов и полупроводников. первый и второй катоды желательно подключить к стокам металла оксидно-полупроводниковые полевые транзисторы.
[0013] Схема также предпочтительно включает в себя схему делителя напряжения
подключен к первому и второму анодам. Схема делителя напряжения
предпочтительно включает второй и третий резисторы, соединенные последовательно.
Предпочтительно либо первый, либо второй резистор представляет собой термистор.
Термистор предпочтительно представляет собой термистор с отрицательным температурным коэффициентом. Схема также предпочтительно включает фильтрующий конденсатор, подключенный в
параллельно схеме делителя напряжения. Схема также предпочтительно
включает конденсатор фильтра, соединенный с первым и вторым анодами.
[0014] Первый и второй переключающие транзисторы переключаются на или около рабочий цикл 50%.
[0015] Цепь с защитой от перегрузки по току согласно
предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения включает вход напряжения,
резистор, трансформатор, включающий первичную и вторичную обмотки, первый
и вторые переключающие транзисторы, которые комплементарно переключаются и
которые устроены таким образом, чтобы позволить току от входа напряжения течь в
первичные обмотки и схема защиты от перегрузки по току, включающая
первый диод, включающий в себя первый анод и первый катод и второй
диод, включающий второй анод и второй катод. Первый анод и
второй анод соединены друг с другом и с входом напряжения через
резистор. Первый катод подключен к первому коммутационному
транзистор, а второй катод подключен ко второму коммутационному
транзистор таким, что соединение первого и второго анодов
обеспечивает сигнал перегрузки по току, который связан с током в
первый и второй переключающие транзисторы.
[0016] Схема также предпочтительно включает в себя развязывающий конденсатор подключается между первичной обмоткой и землей. Предпочтительно, трансформатор дополнительно включает обмотки обратной связи, а обмотки обратной связи управлять первым и вторым переключающими транзисторами.
[0017] Схема также предпочтительно включает в себя схему делителя напряжения подключен к первому и второму анодам. Схема делителя напряжения предпочтительно включает термистор. Схема также предпочтительно включает в себя фильтрующий конденсатор, включенный параллельно делителю напряжения схема.
[0018] Схема также предпочтительно включает в себя третий и четвертый диоды
соединены со вторичными обмотками так, чтобы обеспечить выпрямленное напряжение
выход.
[0019] Вышеупомянутые и другие признаки, элементы, характеристики, этапы и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из после подробного описания предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретение со ссылкой на прилагаемые чертежи.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0020] РИС. 1 представляет собой принципиальную схему генератора Ройера 10, оснащенного схема 11 обнаружения перегрузки по току без потерь в соответствии с первым предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.
[0021] РИС. 2 представляет собой принципиальную схему двухтактного преобразователя 20, оборудованного со схемой обнаружения перегрузки по току без потерь 21 согласно второму предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения.
[0022] РИС. 3 представляет собой принципиальную схему генератора Ройера 30, оснащенного
схема 31 обнаружения перегрузки по току без потерь, которая включает датчик температуры
компенсация согласно третьему предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения
изобретение.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ВОПЛОЩЕНИЯ
[0023] РИС. 1-3 показаны принципиальные схемы обнаружения перегрузки по току без потерь
схемы 11, 21, 31 согласно первому, второму и третьему предпочтительным
варианты осуществления настоящего изобретения. Предпочтительные варианты осуществления
Настоящее изобретение обеспечивает схемы обнаружения перегрузки по току, которые определяют
напряжение на выводах пары переключающих транзисторов с
комплементарное переключение, т. е. переключение в противофазе друг с другом
таким образом, что один переключающий транзистор включается/выключается, когда другой переключающий
транзистор выключен/включен. На фиг. 1 и 3, обнаружение перегрузки по току
цепи 11, 31 определяют напряжение коллектор-эмиттер В CE переключающие транзисторы TR1, TR2 в генераторе 10, 30 Ройера и на фиг.
2, схема 21 обнаружения перегрузки по току определяет напряжение исток-сток. V сд переключающих транзисторов TR1, TR2 в двухтактном преобразователе
20. После обнаружения перегрузки по току срабатывает схема отключения (не показана на фиг.
1-3) может отключить входное напряжение, чтобы предотвратить повреждение.
[0024] Переключающие транзисторы TR1, TR2 могут быть биполярными.
транзисторы (BJT) или полевые транзисторы на основе оксидов металлов и полупроводников
(МОП-транзисторы), например. Если выход генератора Ройера или
двухтактный преобразователь закорочен, ток через каждый из
переключения транзисторов TR1, TR2 увеличивается, а напряжения на
переключающие транзисторы TR1, TR2 увелич. Если переключающие транзисторы
TR1, TR2 — биполярные транзисторы, напряжение коллектор-эмиттер В ce каждого из
переключения транзисторов TR1, TR2 увеличивается. Увеличение
напряжение коллектор-эмиттер В ce переключающих транзисторов TR1, TR2
выше нормального напряжения насыщения коллектора V cesat при
полная нагрузка, так как переключающие транзисторы TR1, TR2 выходят из
насыщение и работают в активной области. Полная нагрузка относится к
номинальная нагрузка генератора Ройера или двухтактного преобразователя такая, что
переключающие транзисторы TR1, TR2 работают в режиме насыщения.
[0025] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения предпочтительно включают цепи обнаружения перегрузки по току 11, 21, 31, которые включают в себя два диоды Д1, Д2 с анодами, подключенными для обеспечения перегрузки по току сигнал. Катоды этих диодов Д1, Д2 соответственно подключены к переключающие транзисторы TR1, TR2.
[0026] РИС. 1 представлена принципиальная схема генератора Ройера 10 с схема 11 обнаружения перегрузки по току без потерь в соответствии с первым предпочтительным вариант осуществления настоящего изобретения.
[0027] Генератор 10 Ройера, показанный на фиг. 1 включает переключение
транзисторы TR1, TR2, трансформатор Т, резистор R5, диоды D3, D4 и
конденсаторы С3, С4. Трансформатор Т включает первичные обмотки Т Р и вторичные обмотки T S и обмотки обратной связи T FB . первичная обмотка T P имеет отвод посередине для образования двух первичных обмоток
Т Р1 , Т Р2 . Вторичная обмотка Т С — центральная точка
образуют две вторичные обмотки Т С1 , Т С 2. Обмотки обратной связи
T FB , имеет отвод по центру для образования двух обмоток обратной связи T FB1 ,
Т ФБ2 . Резистор R5 и конденсатор С2 используются для запуска Ройера.
осциллятор, а также может использоваться для поддержания сигнала возбуждения на
переключающие транзисторы TR1, TR2. Конденсатор С3 является входной развязкой.
конденсатор, предназначенный для уменьшения входных пульсаций.
[0028] Выводы переключающего транзистора TR1 подключены к
первичная обмотка Т Р1 , а выводы переключающего транзистора TR2
подключены к первичной обмотке Т Р2 . Обмотка обратной связи
T FB1 управляет переключающим транзистором TR2, и обмоткой обратной связи
T FB2 управляет переключающим транзистором TR1. Осциллятор Ройера
расположены по автоколебательной схеме, так что переключение
транзисторы TR1, TR2 управляются с коэффициентом заполнения 50% и не в фазе
друг с другом так, что переключающий транзистор TR1 включается/выключается, когда
переключающий транзистор TR2 выключен/включен. Осциллятор Ройера основан на
насыщение трансформатора Т1 для создания быстро нарастающего тока до
управлять переключающими транзисторами TR1, TR2. Форма сигнала напряжения через
первичные обмотки Т P управляется таким образом, что переменное напряжение, которое
предпочтительно представляет собой прямоугольную волну, генерируется на вторичных обмотках
T S1 ,T S 2. Величина переменного напряжения определяется
коэффициент трансформации трансформатора Т.
[0029] Диоды D3, D4 выпрямляют переменное напряжение от трансформатора Т в постоянное
Напряжение. Выпрямленное постоянное напряжение подается на накопительный конденсатор С4. что обеспечивает выходные напряжения +V, 0V. Вместо этого осциллятор Ройера может
обеспечения выходного напряжения постоянного тока, подайте выходное напряжение переменного тока, не
с помощью диодов Д3, Д4 для выпрямления переменного напряжения.
[0030] Схема 11 обнаружения перегрузки по току предпочтительно включает в себя два
диоды Д1, Д2 с подключенными анодами. Катоды этих диодов
D1, D2 соответственно подключены к переключающим транзисторам TR1, TR2.
в генераторе Ройера 10. В частности, если переключать транзисторы TR1,
TR2 — биполярные транзисторы, катоды диодов D1, D2 — соответственно
подключен к коллекторам переключающих транзисторов TR1, TR2.
Однако, если переключающие транзисторы TR1, TR2 являются МОП-транзисторами, катоды
диоды D1, D2 соответственно подключены к стокам
переключающие транзисторы TR1, TR2, как показано на фиг. 2. Аноды
диоды Д1, Д2 подключены к входному напряжению VIN через резистор R1. Аноды диодов Д1, Д2 также соединены с землей через
добавочные резисторы R2, R3. Таким образом, когда один из переключающих транзисторов TR1,
TR2 включается, напряжение на аноде соответствующего диода D1 или
D2 равно напряжению коллектор-эмиттер В ce через ВКЛ
переключающий транзистор TR1 или TR2 плюс один диод (т. е. прямое
падение напряжения на диоде, которое обычно составляет примерно 0,7 вольта).
Когда один из переключающих транзисторов TR1, TR2 закрыт, напряжение
на аноде соответствующего диода Д1 или Д2 подтягивается ко входу
напряжение VIN, к которому подключены аноды.
[0031] По мере увеличения напряжения на переключающих транзисторах TR1, TR2,
напряжение на катодах диодов Д1, Д2 увеличивается. Соответственно,
напряжение на аноде диодов Д1, Д2 увеличивается. Напряжение на
аноды пропорциональны току через коммутацию
транзисторы TR1, TR2, чтобы напряжение можно было использовать для обеспечения
сигнал перегрузки по току.
[0032] Резисторы R2, R3 образуют делитель напряжения, который устанавливает уровень напряжения сигнала перегрузки по току. Значения сопротивления резисторы R2, R3 можно подобрать по желаемому напряжению сигнал перегрузки по току. Значения сопротивления резисторов R2, R3 также могут следует выбирать исходя из номинальной нагрузки генератора Ройера. конденсатор C1 предпочтительно использовать для фильтрации высокочастотного шума, который может дать неправильное считывание сигнала перегрузки по току. Например, Конденсатор C1 может быть выбран для обеспечения фильтра нижних частот, который спадает. на частоте в диапазоне МГц, чтобы удалить нежелательные пики и шумы из схема обнаружения перегрузки по току 11.
[0033] РИС. 2 представляет собой принципиальную схему двухтактного преобразователя 20, оборудованного
со схемой обнаружения перегрузки по току без потерь 21.
схема обнаружения 21 предпочтительно такая же, как и схема обнаружения перегрузки по току. цепь 11, за исключением того, что схема обнаружения перегрузки по току 21 используется в
другая схема: двухтактный преобразователь 20 вместо генератора Ройера
10. Это показывает, что схемы обнаружения перегрузки по току 11, 21 могут быть
используется в схемах, включающих пару переключающих транзисторов с
комплементарное переключение.
[0034] Для двухтактного преобразователя 21 с комплементарным переключением
обмотки обратной связи T FB имеет отвод по центру, образуя две обмотки обратной связи
T FB1 , T FB2 , управляющие переключающими транзисторами TR1, TR1.
Любой из двух переключающих транзисторов TR1, TR2 открыт в любой момент времени.
цикла переключения, за исключением времени перехода, когда оба переключения
транзисторы TR1, TR2 закрыты. Как показано на фиг. 2, переключение
транзисторы TR1, TR2 предпочтительно представляют собой, например, МОП-транзисторы. Соответственно,
напряжение на аноде каждого из диодов Д1, Д2 всегда будет
напряжение исток-сток В сд каждого из переключающих транзисторов TR1,
TR2 плюс одно падение напряжения на диоде (т. е. прямое падение напряжения на
диода, который обычно составляет приблизительно 0,7 вольта), за исключением
время коммутации. Однако время перехода относительно короткое.
по сравнению с циклом переключения, а напряжение на аноде каждого из
диоды Д1, Д2 во время коммутации можно отфильтровать.
[0035] РИС. 3 показана принципиальная схема генератора Ройера 30, оснащенного со схемой обнаружения перегрузки по току без потерь 31, которая включает в себя температурная компенсация.
[0036] Резистор R2, как показано на фиг. 1 и 2 можно заменить на NTC
(отрицательный температурный коэффициент) термистор TM для обеспечения температуры
компенсация цепи обнаружения перегрузки по току. В частности, если
переключающие транзисторы TR1, TR2 — биполярные транзисторы, напряжение коллектор-эмиттер
V ce снижается по мере повышения температуры. Соответственно, НТЦ
термистор TM компенсирует колебания температуры
напряжение коллектор-эмиттер В ce путем изменения напряжения на переходе
резисторов R2, R3. Вместо замены резистора R2 на
термистор ТМ, также можно заменить резисторы R1 или R3 на
термистор ТМ.
[0037] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения также могут обеспечивать
защита от перегрева, если в качестве переключателя используются полевые МОП-транзисторы.
транзисторы ТР1, ТР2. МОП-транзисторы имеют положительный температурный коэффициент, т.к.
сопротивление сток-исток R ds ON МОП-транзистора увеличивается с
температура. То есть при более высоких температурах падение напряжения на
МОП-транзистор будет выше. Это более высокое падение напряжения влияет на напряжение на
общий анод диодов Д1, Д2, который можно использовать для обнаружения
состояние перегрева. Например, при повышении температуры
напряжение исток-сток V sd снижается, а сопротивление термистора
ТМ уменьшается. Соответственно, напряжение на переходе термистора ТМ
и резистор R3 увеличится, и, таким образом, сигнал перегрузки по току может быть
возникает в ответ на перегрев.
[0038] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут применяться к другим схемам, чтобы обеспечить ту же функциональность, что и Royer генератор или двухтактный преобразователь. Обнаружение перегрузки по току в соответствии к предпочтительным вариантам осуществления настоящего изобретения могут быть применены различные переключающие преобразователи, например обратноходовые или прямоходовые преобразователи.
[0039] Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения могут применяться
к любым двухтактным преобразователям, которые включают BJT или MOSFET и работают на
полный рабочий цикл (т. е. при нагрузке 50 % или около нее). Полный рабочий цикл предпочтителен
потому что, когда оба переключающих транзистора выключены, перегрузка по току
состояние может быть обнаружено, поскольку напряжение коллектор-эмиттер V CE или исток-сток V sd на переключающих транзисторах в два раза больше
входное напряжение Вин.
