Преобразователь напряжения на двух транзисторах: Простой преобразователь напряжения 12 220 своими руками

Содержание

Преобразователь напряжения на транзисторах

Двухтактный преобразователь напряжения на полевых транзисторах. Более удачная схема двухтактного преобразователя с полевыми транзисторами, выполненная с использованием специализированного ШИМ-контроллера ЕУ4, приведена на рис. При указанных на схеме номиналах частота преобразования около 20 кГц. В нормальном состоянии транзисторы VT1 и VT2 закрыты и открываются импульсами, поступающими с выхода микросхемы. Цепь CI, R2 обеспечивает плавный выход на рабочий режим. Делители напряжения на резисторах R7, R9 и R8, R10 ограничивают выходной ток микросхемы, а также величину напряжения на затворах ключей.


Поиск данных по Вашему запросу:

Преобразователь напряжения на транзисторах

Схемы, справочники, даташиты:

Прайс-листы, цены:

Обсуждения, статьи, мануалы:

Дождитесь окончания поиска во всех базах.

По завершению появится ссылка для доступа к найденным материалам. ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: 700 вольт из Севшей батарейки Повышающий простой преобразователь

Преобразователь напряжения на полевых транзисторах, 12В — 220В/50Гц


Устройство радиоуправления. Задача 1. В разных радиотехнических журналах встречается немало схем преобразователей с 12 В постоянного напряжения в В переменного или любое другое значение.

Генераторы как правило выполняются на микросхемах малой степени интеграции. Для согласования работы биполярных транзисторов с такими микросхемами необходимо конструировать дополнительные каскады на транзисторах малой и средней мощности. Выходные же транзисторы, нужно ставить на довольно большие радиаторы, поскольку они пропускают через себя достаточно большие токи.

С появлением мощных полевых транзисторов появилась возможность значительно упростить такие схемы преобразователей, достигая при этом достаточно больших мощностей преобразующих напряжение устройств. Схема преобразователя напряжения на полевых транзисторах. Микросхема КРЕУ1 имеет прямой и инверсный выход. Это выводы 4 и 6 соответственно. Уровень сигнала на этих выходах достаточен для непосредственного управления выходными транзисторами: транзисторы открываются импульсами высокого уровня.

Это сделано для того, чтобы исключить появление сквозного тока при открытии обоих ключей сразу. Чтобы получить частоту f в герцах , надо подставить:. Это свойство можно использовать для дистанционного управления или для защиты. В данной схеме эта функция не используется, поэтому вывод 1 просто соединен с общим проводом.

Трансформатор можно применить любой готовый, у которого есть две выходные обмотки на 12В. Мощность трансформатора зависит от нагрузки и должна быть в 2,5 раза выше: предположим, что мощность нагрузки 30Вт. Я использовал трансформатор ТС от старого черно-белого телевизора см.

Мощность трансформатора Вт. Преобразователь напряжения на трансформаторе ТС Правда, трансформатор пришлось перемотать. Первичку оставил, поскольку она рассчитана на В в преобразователе она служит вторичкой.

А первичку точнее две первички для преобразователя намотал самостоятельно предварительно сняв все ненужные обмотки. Мотал медным проводом в диаметре 2,5 мм. На 12 В в трансформаторе ТС необходимо намотать 38 витков. Можно намотать чуть меньше, тогда выходное напряжение будет чуть выше. Это необходимо учесть, поскольку при включении нагрузки выходное напряжение падает. Такая переделка позволяет с легкостью подключать нагрузку даже свыше Вт. Ну и полевики, конечно поставил на радиатор см.

При включении лампочки Вт радиаторы чуть теплые, а трансформатор — холодный. В качестве стабилитрона VD1 подойдет любой с напряжением стабилизации 8…10В. Электролитические конденсаторы импортные. Если нет конденсаторов на мкф, С4, С5 их можно заменить конденсаторами емкостью мкф, включив их параллельно.

Конденсатор С6 служит для подавления на выходе высокочастотных импульсов. Он может быть типа К или подобный ему импортный. При монтаже не следует забывать о том, что уже при мощности в Вт ток, потребляемый от аккумулятора по цепи 12В, может достигать 40А, поэтому провода для присоединения к аккумулятору должны быть достаточного сечения и минимально возможной длины.

Нагрузку к устройству можно подключать любую, как активную лампа накаливания, паяльник, и др. Главное чтобы соответствовало напряжению и мощности преобразователя. Перейти полю для комментария. Мощность подобных устройств зависит от многих параметров конструкции.

Главное это трансформатор и полевые транзисторы. Для увеличения мощности ставь трансформатор побольше в статье описано как его подбирать и полевики на радиаторы хорошие а еще лучше, по два транзистора в плече. Я к этому инвертору подключал электронасос мощностью 40Вт. Трансформатор у меня был гораздо меньше, и шума от него практически не было.

Поскольку электродвигатель работал нормально, то на выходе синусоида, или что-то очень близкое к ней. Для включения телевизора нужна синусоида и обеспечить достаточной мощностью. Здесь на выходе квадратики с паузой — модифицированный синус. Мотор конечно проглотит такую форму но будет греться и не очень хорошо себя чувствовать… А современным телевизорам с импульсными блоками питания глубоко по барабану какая там форма сигнала и синус им не к чему!

Както так…. В котле на дровах стоит два електродвигателя по ват,сколько нужно в каждом плече транзисторов IRL и какой мощности трансформатор? Только на 50 гц потребление около 4А холостого хода. Игрался с конденсаторами ставил и на входе трансформатора разные, и на выходе ничего не помогло. Что это может быть? Какой сигнал должен поступать на вход трансформатора?

Транзисторы должны открываются с задержкой или переключение происходит почти сразу? Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться. Копирование материалов сайта возможно только с указанием ссылки на первоисточник — сайт meandr. Обратная связь. Устройство радиоуправления Задача 1. Рассмотрим схему простого и достаточно надежного инвертора на полевых транзисторах. Выходными ключами могут быть полевые транзисторы IRL Сопротивление открытого канала таких полевых транзисторов составляет 0, Ом.

Это позволяет при недостаточно больших мощностях устройств отказаться от громоздких теплоотводящих радиаторов. Цепь R2 — C2 используется в качестве пусковой. Преобразователь напряжения на микросхеме КРЕУ1. Neo1 к Добавить комментарий Отменить ответ Для отправки комментария вам необходимо авторизоваться.

Translation Русский English. Полезный совет Хранить жидкий и полужидкий флюс спирто-канифольный, «паяльную кислоту» и др. С помощью такой масленки можно легко и быстро нанести требуемое количество флюса на место пайки. При этом флюс расходуется значительно экономнее, уменьшается испарение его растворителя, пайка получается более чистой и аккуратной. Факт Прохоров А. Впервые экспериментально установил когерентность СВЧ-излучения электронов в ускорителе типа синхротрон.

В — годах открыл новый принцип усиления и генерации электромагнитных колебаний, основанный на использовании вынужденного излучения атомов и молекул. В году, разрабатывая квантовые стандарты частоты, совместно с Н. Басовым сформулировал основные принципы квантового усиления и генерации, а в м реализовал их при создании первого квантового генератора мазера на аммиаке, чем было положено начало новой области науки и техники — квантовой электронике.

Предложенный Прохоровым и Басовым метод получения инверсной населенности в трехуровневой схеме под воздействием внешнего источника излучения в настоящее время используется в большинстве твердотельных лазеров.


Простой преобразователь напряжения 1,5 – 9 вольт

Принципиальные схемы простых преобразователей напряжения на основе автогенераторов, построены с использованием транзисторов. В генераторах с самовозбуждением автогенераторах для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются. Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.

На рис. представлена принципиальная схема простого преобразователя напряжения, применяемого для питания газоразрядных индикаторов в.

Радиотехника

Данный инвертор был разработан всего месяц назад и с того дня получил широкую популярность. Схема относительно проста, не содержит микросхем и сложных схематических решений — простой задающий генератор настроенный на 57Гц и силовые ключи. Еще один промышленный инвертор купленный специально для тестов и обзоров. Если сравнить, то размеры инвертора будут не больше двух пачку сигарет. Выходное напряжение составляет Вольт допуск 5 Вольт, номинал входного напряжения Вольт, по крайней мере так заявляет сам производитель. Недавно коллеги с сайта попросили нарисовать схему мощного автомобильного инвертора на ватт и вот сегодня решил выложить принцип строения мощных автомобильных инверторов. Для более наглядной демонстрации возможностей таких схематик, решил нарисовать силовую часть мощного инвертора на 4-х трансформаторах.

Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах

Дневники Файлы Справка Социальные группы Все разделы прочитаны. Преобразователь напряжения на транзисторах. Прошу подсказать со схемкой преобразователя напряжения на транзисторах. Я к сожалению забыл её, но помню что в задающем генераторе ставил П, а на выходе П или ГТ Сделан он был, если не путаю, на двух кольцах как электроудочке но возможно и 3 кольца, ниже опишу задачу.

Этот преобразователь, как оказалось работает практически с любыми элементами. Его собрали из кучки хлама в течении, буквально минут.

Простой преобразователь напряжения 1,5 – 9 вольт

Русский: English:. Бесплатный архив статей статей в Архиве. Справочник бесплатно. Параметры радиодеталей бесплатно. Даташиты бесплатно. Прошивки бесплатно.

Простые преобразователи напряжения на полевых и биполярных транзисторах.

Преобразователи напряжения с 12 В на В интересны всем, кто много ездит и проводит немало времени в машине. Приходится запитывать и заряжать ноутбук, коммуникатор, беспроводные наушники, сотовый телефон, порой нужен даже автомобильный холодильник лучше, конечно, на 12 вольт, такие продаются. Такой преобразователь можно подключать к прикуривателю либо к аккумулятору. Подключать стоит к аккумулятору напрямую, поскольку в прикуривателе тоненькие провода, а при зарядке потребляется много тока. Для ноутбуков стоит иметь DC-DC инвертор, нет смысла преобразовывать 12 В в В, включать в инвертор блок питания ноутбука, который опять В преобразует в 19 В питание ноутбука примерно такое. Но это вводная, перейдем к практике. В схеме три функциональные узла: задающий мультивибратор вырабатывает импульсы 50 Гц, инвертор на выходе , двухтактный транзисторный ключевой усилитель мощности, повышающий трансформатор.

На рис. представлена принципиальная схема простого преобразователя напряжения, применяемого для питания газоразрядных индикаторов в.

Преобразователи напряжения c 12 В на 220 В: обзор схем и вариантов реализации

Преобразователь напряжения на транзисторах

Схема радиолюбительской конструкции очень простого преобразователя постоянного напряжения 1,5 вольта в 9 вольт. Устал покупать поэтому решил собрать преобразователь напряжения, дабы запитать устройство от одного пальчикового аккумулятора. Схему нашел в инэте рис.

Простой самодельный инвертор напряжения 12-220В на двух транзисторах

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Мощный преобразователь напряжения 12-220В для лампы на таймере 555 и полевом транзисторе.

Портал QRZ. RU существует только за счет рекламы, поэтому мы были бы Вам благодарны если Вы внесете сайт в список исключений. Мы стараемся размещать только релевантную рекламу, которая будет интересна не только рекламодателям, но и нашим читателям. Отключив Adblock, вы поможете не только нам, но и себе. В генераторах с самовозбуждением автогенераторах для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь.

В первой части статьи были рассмотрены электрические принципиальные схемы преобразователей напряжения, построенных на биполярных транзисторах.

Добавить в избранное. Таймер выключатель Вт Магнитная рамочная антенна Цифровой индикатор уровня Схема чувствительного инерционного датчика Карманный стереоприемник Схема усилителя высокой частоты — трансивера Мощные кварцевые генераторы для мостовых измерителей Генератор высоковольтных импульсов. Ру — Все права защищены. Публикации схем являются собственностью автора. Схема простого преобразователя напряжения 12ВВ. Категория: Источники питания , Стабилизаторы Иногда возникает необходимость подключить бытовой прибор который питается от сети В, в тех местах где отсутствует электричество например, отдых, рыбалка, дача , но есть 12 В автомобильный аккумулятор. Подключить приборы В можно используя простой преобразователь напряжения 12 вольт в вольт 50 Гц.

В настоящее время интернет пестрит всевозможными схемами инверторов Вольт, которые построены на микросхемах серии TL и полевых транзисторах и нет ни одной схемы максимально простой, на отечественной элементной базе. Я решил заполнить этот пробел. Предлагаю для повторения очень простую и надежную схему инвертора преобразователя напряжения из 12В в Вольт , для энергосберегающей лампы. Схема до безобразия проста и вместе с тем очень надежна, запускается без каких либо проблем сразу, содержит всего два транзистора и три детальки в обвязке — проще не бывает.


Преобразователь на двух транзисторах для элемента питания 1,5В | PRACTICAL ELECTRONICS

Приветствую всех читателей канала! В этой небольшой статье хочу поделиться простой схемой микромощного преобразователя напряжения для элемента питания типа АА или ААА. Схема реализована на распространённых радиодеталях и использует всего два транзистора типа отечественных КТ3102/КТ3107. Максимальное значение напряжения составляет 15 В при токе нагрузки 5 мА. Выходное напряжение определяется номинальным напряжением стабилизации стабилитрона.

Преобразователь на двух транзисторах для элемента питания 1,5В

На рисунке выше представлена схема преобразователя, в которой используется батарея или аккумулятор напряжением 1,5 В — источник постоянного тока для получения постоянного напряжения 15 В.

При замыкании тумб ера SA1 на резисторе R1 появляется падение напряжения, через базу транзистора VT1 будет протекать ток и оба транзистора VT1 и VT2 будут находиться в открытом состоянии.

В начальный момент времени на коллекторе транзистора VT2 почти нулевое напряжение и через него и катушку индуктивности L1 протекает нарастающий ток. Величина тока будет непрерывно нарастать до тех пор, пока транзистор VT2 не перейдет в режим насыщения.

Следствием будет увеличение напряжения на коллекторе транзистора VT2, что приведет к повышению напряжения на резисторе R2. В результате этого транзистор VT1 закроется, после чего закроется и транзистор VT2. Прекращение тока катушки индуктивности L1 приводит к образованию на коллекторе транзистора VT2 относительно большого положительного напряжения (десятки вольт), которое через диод Шоттки VD1 заряжает конденсатор С1. Стабилитрон VD2 выполняет роль ограничителя зарядного напряжения на конденсаторе С1 и поддерживает его на уровне 15 В.

После исчезновения магнитного поля катушки L1 напряжение на коллекторе транзистора VT2 уменьшается до уровня напряжения источника питания 1,5 В, оба транзистора переходят в открытое состояние, и через катушку индуктивности опять потечет нарастающий ток.

Описанный процесс повторяется с частотой около 10 кГц.

Преобразователь на двух транзисторах для элемента питания 1,5В

Tr_inv

Tr_inv

В.Я.Володин
Вероятно, наиболее часто двухтактные низковольтные преобразователи строятся по схеме (рис.1) трансформаторного инвертора (ТИ).

Несмотря на то, что в этом инверторе используется трансформатор с выводом от средней точки первичной обмотки и к транзисторам прикладывается удвоенное напряжение, он имеет определённые преимущества перед мостовым и полумостовым инверторами. По сравнению с ним в мостовом инверторе используется в два раза большее количество ключей, а в полумостовом ключи нагружены удвоенным током нагрузки. Поэтому, при питании от низковольтного источника 12..27В, ТИ является неплохим выбором.
Как уже говорилось выше, обязательным элементом ТИ является трансформатор (Т2 на рис.1), имеющий отвод от средней точки первичной обмотки. При изготовлении такого трансформатора остро встаёт проблема обеспечения хорошей магнитной связи между половинками первичной обмотки (низкой индуктивности рассеяния). Обычно, в маломощных преобразователях, этот трансформатор имеет тороидальную конструкцию и обе половинки первичной обмотки мотаются вместе (в два провода). Если же обмотку невозможно мотать в два провода (например в мощных трансформаторах), то её секционируют и отдельные секции половинок первичной обмотки мотают вперемешку. Обычно, в намотанных такими способами, трансформаторах удаётся снизить индуктивность рассеяния между половинками первичной обмотки до неких допустимых пределов. Но даже в этом случае, если не принимать особые меры, на запираемых транзисторах появляются опасные выбросы напряжения, способные повредить транзистор (рис.2). Для защиты транзисторов от перенапряжений в схему инвертора вводят дополнительные элементы. Например, для ограничения амплитуды выбросов можно использовать стабилитроны (рис.3а). Минимальное напряжение стабилизации таких стабилитронов должно быть выше максимального напряжения на транзисторах в закрытом состоянии (Uст.мин > Uкэ), а максимальное напряжение стабилизации ниже максимально допустимого напряжения для используемых транзисторов [1]. Здесь следует помнить, что, согласно первому закону коммутации, через стабилитрон будет протекать тот же ток, что протекал через защищаемый транзистор непосредственно перед его запиранием. То есть, если в мощном преобразователе транзистор коммутирует ток более 2..3А, то с подбором стабилитрона возникают проблемы. Кроме этого, так как половинки первичной обмотка трансформатора ИТ уложены вперемежку, то для этих трансформаторов характерна значительная величина паразитной межобмоточной ёмкости. Поэтому при запирании транзистора на его коллекторе может возникать не одиночный всплеск напряжения самоиндукции, а целая “шапка” высокочастотных паразитных колебаний. При очень высокой частоте паразитных колебаний стабилитроны могут оказаться неэффективными из-за большой собственной индуктивности. В этом случае используют различные ёмкостные и резистивно- ёмкостные цепочки демпферирующие паразитные ВЧ колебания (рис.3б) или снижающие скорость запирания транзисторов (рис.3в,г,д). По сравнению с вариантом на рис.3а, варианты на рис.3б,в,г,д характеризуются большими активными потерями мощности. Кроме этого, в вариантах на рис.3в,г,д из-за снижения скорости включения-выключения, потери возрастают в самих транзисторах, что может вызвать проблемы с их тепловым режимом.
Исходя из вышесказанного полезно было бы доработать вариант изображённый на рис.3а так, чтобы стабилитроны в нём не подвергались нагрузке импульсными токами. Доработанный вариант изображён на рис.4 и был использован в бесперебойном источнике [2]. Здесь энергия накопленная в индуктивности рассеяния первичной обмотки, в моменты запирания транзисторов инвертора, через двухполупериодный выпрямитель на диодах VD1, VD2 передаётся в конденсатор С, который зашунтирован цепочкой состоящей из последовательно включенных сопротивления и стабилитрона. Напряжение стабилизации стабилитрона должно быть выше максимально возможного напряжения питания преобразователя. Так как напряжение питания преобразователя в два раза ниже напряжения на транзисторах в закрытом состоянии, то, следовательно, стабилитрон может быть более низковольтным и допускать больший ток стабилизации нежели в случае изображённом на рис3а. Кроме этого через стабилитрон протекает средний, а не амплитудный ток. К решению данной проблемы меня подтолкнул сгоревший преобразователь ПНА (преобразователь напряжения автомобильный 12В->220В 50Гц) непонятного производителя, который принесли в ремонт. В каждом плече преобразователя было включено параллельно по 2 транзистора 2Т818А, которые были зашунтированы стабилитронами Д817А. Вдобавок ко всему половинки первичной обмотки были намотаны на различных кернах П-образного сердечника трансформатора, что обеспечивало максимально возможную индуктивность рассеяния между ними. Как и следовало ожидать, один из стабилитронов был в обрыве, а другой закорочен. Всё остальное, кроме сгоревшего предохранителя, было в норме. Для расчёта номиналов R и C (рис.4) нужно определить индуктивность рассеяния первичной обмотки трансформатора. Для этого воспользуемся измерительной схемой изображённой на рис.5. Здесь Ra=Rb=0.025Ом активное сопротивление соответствующей половинки первичной обмотки трансформатора. Из эксперимента получено, что, при токе 3А, на половине первичной обмотки падает напряжение 1.156В, следовательно полное сопротивление измеренной цепи Z=1.156/3=0.385Ом. Зная активное и полное сопротивление обмотки Ia, можем найти её индуктивное сопротивление: Без учёта активного сопротивления обмотки XL=0.1925Ом. Найдём индуктивность рассеяния:
Ls=XL/(2*3.14*F)=XL/314=0.192/314=0.61мГн
Из настройки защиты (которая имелась в преобразователе) и внешних прикидок (количество транзисторов, размеры трансформатора…) стало ясно, что максимальный ток первичной обмотки I=15А. Исходя из этого, можно определить мощность которая накапливается в индуктивности рассеяния и которую потом надо будет рассеять:
PLs=F*I*I*Ls=50*15*15*0.61e-3=6.86Вт Определимся со стабилитроном. Из условий изложенных выше отлично подходит стабилитрон Д815Ж. Напряжение стабилизации Д815Ж, при максимальном токе стабилизации Iст.макс=0.45А, составляет 16.2 – 18 — 19.8В, что гарантированно выше максимального напряжения аккумуляторной батареи Uп.макс=15В от которой работает преобразователь.
Теперь определимся с максимальным напряжением на конденсаторе С. Во-первых есть смысл сделать это напряжение побольше, т.к. в этом случае основные потери энергии будут происходить на балластном резисторе R, а не на стабилитроне VD3. Во-вторых мы не можем поднять это напряжение выше Uc.макс=Uкэ.макс- Uп.макс=100-15=85В. И в-третьих мы не можем опустить это напряжение ниже Uс.мин=PLs/Iст.макс=6.86/0.45=15.25В. Чтобы не было особых проблем с подбором конденсатора определим напряжение Uc=50В. При этом через стабилитрон VD3 и резистор R будет протекать ток Ic=PLs/Uc=6.86/50=0.137А. Сопротивление резистора R=(Uc-Uст)/Ic=(50-18)/0.137=233Ом. На резисторе R будет рассеиваться мощность Pr=Ic*Ic*R=0.137*0.137*233=4.37Вт. Соберём этот резистор из трёх резисторов МЛТ-2 сопротивлением 680Ом. Результирующее значение сопротивления получаем R=227Ом. Чтобы теперь для этого сопротивления найти новое значение тока нужно решить квадратное уравнение:
Ic*Ic*R+Ic*Uст-P=0, откуда Ic=0.14A.
Пусть двойная амплитуда пульсации на конденсаторе С будет dUc=0.1*Uc=5В. Тогда C=Iс/(2*F*dUc)=280мкФ. Используем в качестве С три конденсатора 100мкФ х 63В, включенных параллельно.
После установки данного устройства, преобразователь работает и по сей день (это с 1997 года). Реальные режимы соответствуют расчётным.
Литература:
1. Г.П. Вересов, Ю.Л, Смуряков. Стабилизированные источники питания радиоаппаратуры. М.: Энергия, 1978 год, стр.139-141.
2. В. Володин. Источник бесперебойного питания. Журнал Радио №5,6 за 2001 год.


Преобразователи напряжения (инверторы) и фотореле

Преобразователи напряжения на транзисторах предназначены для получения высоких напряжений от низковольтных батарей и аккумуляторов. Они отличаются от умформеров и вибропреобразователей более высокой экономичностью, меньшим весом и небольшими габаритами.

Отсутствие подвижных механических деталей; щеток, контактов, коллекторов — делает преобразователи на транзисторах исключительно надежными устройствами, практически не требующими ухода в процессе эксплуатации.

Маломощный преобразователь напряжения

Преобразователь напряжения, принципиальная схема которого приведена на рис. 1, предназначен для питания радиоустройств, потребляющих ток порядка 60 ма при напряжении 300 в.

Принцип действия преобразователя следующий. При включении питания начинает работать двухтактный блокинг-генератор (транзисторы Т1, Т2), в результате чего на обмотке III трансформатора Тр1 получается переменное напряжение, частота которого определяется частотой блокинг-генератора.

Это напряжение подается на выпрямитель, собранный по двухполупериодной схеме удвоения на двух диодах Д2, Д3 Выпрямленное напряжение снимается с конденсаторов С3, С4, соединенных последовательно, и через двухзвенный фильтр Др3, С5; Др4, С6 поступает на гнезда ±300 в.

Рис. 1. Схема преобразователя напряжения для получения 300В, 60мА.

Для улучшения условий запуска преобразователя под нагрузкой в схему внесена асимметрия, которая осуществляется резистором R2.

Диод  Д1 служит для защиты транзисторов при неправильном подключении полярности источников питания. Резистором R1 обеспечивается наиболее выгодный режим работы преобразователя.

Для того, чтобы уменьшить уровень помех, создаваемых преобразователем, он заключен в стальной кожух, а входная и выходная цепи преобразователя защищены фильтрами, состоящими из высокочастотных дросселей Др1—Др4 и конденсаторов С1, С2, С5, С6.

Трансформатор Тр1 выполнен на сердечнике из пластин Ш12, толщина пластины 0,3 мм, толщина набора 16 мм. Обмотка I содержит 7+7 витков провода ПЭЛ 0,5, обмотка II — 30 + 30 витков провода ПЭЛ 1,0, обмотка III — 600 витков провода ПЭЛ 0,2. Первой на каркас наматывают обмотку I, затем обмотку II и сверху — обмотку III Намотка ведется виток к витку с прокладкой между слоями парафинированной бумаги.

Высокочастотные дроссели Др1, Др4 намотаны проводом ПЭЛ 1,2 и имеют по 30 витков. Намотка однослойная, бескаркасная, диаметр витка 8 мм.

Низкочастотные дроссели Др2, ДрЗ фильтров выпрямителя намотаны на сердечниках из пластин Ш10, толщина набора 10 мм, зазор 0,1— 0,2 мм. Обмотки намотаны проводом ПЭЛ 1,0 и ПЭЛ 0,2 соответственно до полного заполнения каркаса.

Преобразователь смонтирован на шасси размером 200X135 мм, изготовленном из мягкой стали толщиной 2 мм. Для лучшего охлаждения транзисторов Т1 и Т2 используют радиаторы, которые изготавливают из красной меди ’толщиной 2— 3 мм. Общий вид преобразователя приведен на рис. 2. Шасси крепится к передней панели тремя винтами.

Рис. 2. Конструкция преобразователя.

Учитывая, что при работе преобразователя сердечник трансформатора нагревается до температуры 50— 60° С, его следует крепить подальше от места установки транзисторов.

Схема, как правило, налаживания не требует. Нужно только резистором R1 установить оптимальный режим работы преобразователя, при котором обеспечивается к. п. д. порядка 70%. Центральным радиоклубом подобные преобразователи в течение нескольких лет применялись для питания передающих устройств при проведении соревнований «Охота на лис».

Универсальный преобразователь напряжения

Радиолюбитель Г. Коропец предложил схему преобразователя напряжения (рис. 3), позволяющего преобразовать постоянное напряжение 6 в в переменное (127 в, 30 в) и наоборот, переменное напряжение 127 в или 30 в —  в постоянное 6 в. Подобный преобразователь вместе с аккумулятором (например, ЗСЦ-11) представляет собой достаточно портативный источник питания.

При мощности преобразователя 15 ва, от него напряжением 127 в можно питать электробритву, фотовспышку и другие маломощные устройства.

Рис. 3. Схема универсального преобразователя напряжения +6В в 127В и 30В.

В положении 1 переключателя В1 устройство преобразует постоянное напряжение (Гн5, Гн6) в переменное (Гн1, Гн2 или ГнЗ, Гн4). При этом транзисторы Т1, Т2 и трансформатор Тр1 образуют блокинг-генератор, частота которого в пределах 50— 100 гц может устанавливаться конденсаторами C1, С2. Резисторы R1, R2 определяют смещение на базах транзисторов.

Если переключатель В1 установить в положение 2, устройство работает в качестве обычного выпрямителя, собранного по двухполупериодной схеме. В качестве вентилей используются коллекторно-базовые переходы транзисторов Т1, Т2. Выпрямленное напряжение — 6 в снимается с гнезд Гн5, Гн6.

От этого напряжения можно заряжать аккумулятор, входящий в комплект преобразователя. Зарядный ток в процессе заряда меняется от 3 до 0,5 а. Сеть переменного тока 127 в в этом случае присоединяют к гнездам Гн1, Гн2.

Переменным резистором R3 в небольших пределах можно изменять величину зарядного тока и переменного напряжения (при работе устройства в режиме преобразователя).

Трансформатор Тр1 собран на сердечнике Ш20Х25. Обмотки содержат: I — 2X42 витка провода ПЭВ-1 0,86; 11 — 890 витков провода ПЭВ-1 0,25; 111 — 2ХІ0 витков провода ПЭВ-1 0,25 и IV — 210 витков провода ПЭВ-1 0,41. Число витков обмотки 111 рекомендуется подобрать опытным путем.

В схемах рис. 1 и 2 можно использовать любые транзисторы средней мощности типа П4, П216В, П217В и др.

Фотоэлектрическое релейное устройство

На рис. 4 приведена схема фотоэлектрического релейного устройства, разработанного радиолюбителями Ф. Болсун, Ф. Торбииым, Н. Селезневым (г. Гомель). Это реле предназначено для бесконтактного управления различными механизмами и срабатывает, когда луч света падает на фотодиод. Такие установки могут быть также использованы для автоматического открывания дверей, подсчета штучных изделий, управления- освещением и других целей.

Достоинством подобного реле являются малые размеры датчика, экономичность по питанию и надежность действия.

Основные части устройства: фотодиод типа ФД-1, двухкаскадный усилитель на транзисторах, электромагнитное реле Р1 типа МКУ-48 и выпрямитель.

Рис. 4. Фотоэлектрическое релейное устройство — схема.

Предварительный каскад усиления собран на транзисторе Т1 и работает в режиме эмиттерного повторителя. Фотодиод ФД-1 и последовательно соединенный с ним резистор R2, который служит для ограничения величины тока через диод, включены в цепь базы. Через эту цепь осуществляется управление коллекторным током транзистора Т1.

Для уменьшения величины коллекторного тока при затемненном диоде на базу транзистора Т1 подается положительное смещение +1 в, снимаемое с части делителя R5, R6 (с резистора R6), являющегося нагрузкой специального выпрямителя смещения. Резистор R3, включенный в цепи коллектора, обеспечивает необходимый режим работы второго каскада усиления.

Резистор R4 служит сопротивлением нагрузки эммитерного повторителя.

Второй, оконечный каскад усиления собран на транзисторе Т2. Его нагрузкой служит реле МКУ-48 напряжением 12 в (паспорт Ш.171.90.90) с облегченным якорем.

При затемненном фотодиоде коллекторный ток транзистора Т2 должен иметь минимальное значение. Это достигается подачей на его базу положительного смещения +1 в, снимаемого с резистора R5.

В исходном состоянии схемы через фотодиод и цепь базы протекает ток порядка 30 мка. Транзистор Т1 практически закрыт положительным смещением. Так как на резисторе R4 падение напряжения в этом случае отсутствует, то оказывается запертым и транзистор Т2, а следовательно, реле Р1 оказывается обесточенным.

В случае попадания светового потока на фотодиод его сопротивление резко уменьшается и в цепи базы транзистора 77 ток увеличивается до 150 мка, а в цепи коллектора — до 4,5 ма. Учитывая, что этот ток в основном протекает через промежуток эмиттер — база транзистора Т2, последний отпирается и ток в цепи его коллектора, а следовательно, и через реле Р1 увеличивается. В этом режиме реле Р1 срабатывает и своими контактами замыкает соответствующие исполнительные цепи При прекращении действия света на фотодиод фотоэлектрическое релейное устройство приходит в первоначальное положение и исполнительные цепи размыкаются.

Фотоэлектрическое устройство, описанное выше, может работать и в режиме прерывания луча света. В этом случае его можно использовать в качестве «электронного сторожа», для автоматического включения эскалаторов, в качестве блокирующего прибора от несчастных случаев и т. д.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока с помощью двух выпрямителей, из которых один (12 в) служит для питания коллекторных цепей, а другой (2 в) — для получения необходимого смещения.

Трансформатор Тр1 намотай на сердечнике УШ-19, толщина набора 30 мм (от приемника «Казаиь-57»), Обмотка 1 содержит 1397 + 1023 витков провода ПЭЛ 0,2, обмотка 11— 150 витков такого же провода, обмотка 111 —  20 витков провода ПЭЛ 0,1.

Источник: С. Л. Матлин — Радиосхемы (пособие для радиокружков), 1974г.

Двухтактный преобразователь — напряжение — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Двухтактный преобразователь — напряжение

Cтраница 1

Двухтактные преобразователи напряжения выполняются на базе двухтактных блокинг-генераторов. В настоящее время известно большое количество различных схем этих устройств.  [1]

Двухтактный преобразователь напряжения ( ПН) предназначен для преобразования постоянного напряжения в переменное с частотой, определяемой входным напряжением синхронизации. Переменное напряжение необходимо для питания широтно-импульсного модулятора, а также для получения изолированных источников постоянного тока для смещения переходов эмиттер — база транзисторов ТЗ и Т4 блокинг-генераторов в обратном направлении и для питания токоограничительного узла.  [2]

Двухтактный преобразователь напряжения, выполненный на двух трансформаторах Tpl и Тр2 и двух транзисторах ПТЗ и ПТ4, генерирует переменное напряжение прямоугольной формы с частотой / 100 гц.  [3]

Достоинством двухтактного преобразователя напряжения с самовозбуждением является его простота, а также присущее схеме свойство автоматической защиты транзисторов от короткого замыкания в цепи нагрузки, при котором автоколебания прекращаются, но повреждений элементов схемы при этом не возникает. Недостатком схем с насыщающимся трансформатором является наличие выбросов тока коллектора в момент переключения, что ведет к увеличению потерь в преобразователе напряжения.  [5]

Чем отличается двухтактный преобразователь напряжения на транзисторах от однотактного.  [6]

В простейшей схеме двухтактного преобразователя напряжения с насыщающимся трансформатором частота выходного напряжения прямо пропорциональна величине напряжения питания.  [8]

Наиболее широко применяются схемы двухтактных преобразователей напряжения. На рис. 61 а изображена наиболее распространенная схема двухтактного иреобразов-ателя. Пре-образов-атель состоит из трансформатора Т pi и двух транзисторов — Т, Т2, включенных по схеме с общим эмиттером.  [10]

Зарядное устройство выполнено на основе транзисторного двухтактного преобразователя напряжения с автотрансформаторной связью и может работать в Двух режимах — источника тока и источника напряжения. При выходном токе, меньшем некоторого предельного значения, оно работает как обычно — в режиме источника напряжения. Если попытаться увеличить ток нагрузки сверх этого значения, выходное напряжение будет резко уменьшаться — устройство перейдет в режим источника тока. Режим источника тока ( обладающего большим внутренним сопротивлением) обеспечен включением балластного конденсатора в первичную цепь преобразователя.  [11]

На рис. 6, а приведена распространенная схема двухтактного преобразователя напряжения. Обмотки трансформатора включаются так, чтобы на концах, обозначенных точками, наводились напряжения одной полярности.  [13]

Искровой дефектоскоп ДИ-64 состоит из следующих основных элементов: двухтактного преобразователя напряжения, однополупериодного выпрямителя, накопительных конденсаторов, искрового разрядника, индукционной катушки, блока питания.  [14]

На рис. 11 — 4 приведена часто применяемая чна практике схема двухтактного преобразователя напряжения с самовозбуждением на полупроводниковых триодах с обратной связью по напряжению.  [15]

Страницы:      1    2

Маломощные преобразователи напряжения на транзисторах

На рис. 1 изображена схема аккумуляторного светодиодного светильника с индуктивным преобразователем напряжения. Он был изготовлен лет 20 назад и применялся для освещения рыбацкой избушки на Крайнем Севере. Потребляемый от GB1 (аккумуляторной батареи 2НКП-24 от старой армейской радиостанции) ток — не более 54 мА, КПД — 73 %. 3апаса энергии в такой батарее хватало на весь сезон.

Рис. 1. Схема аккумуляторного светодиодного светильника с индуктивным преобразователем напряжения

 

Светодиоды EL1-EL4 — сверхъяркие белого свечения, например BL-L101UWC. Они ограничивают напряжение на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 на уровне 6,3 В. Подборкой резисторов R1 и R2 установлен средний ток через каждую пару светодиодов 15 мА. Его увеличение сверх этого значения нецелесообразно — яркость свечения светодиодов повышается незначительно, а их долговечность заметно снижается. Транзисторы серии КТ817 при токе коллектора до 100 мА имеют весьма малое, около 0,05 В напряжение насыщения коллектор-эмиттер и очень надёжны.

Для питания радиоприёмника был применён преобразователь напряжения по схеме, изображённой на рис. 2. Частота преобразования — несколько килогерц. Германиевые диоды VD1 и VD2 по очереди подключают плечи преобразователя к сглаживающему конденсатору C1 и нагрузке. При случайном отключении нагрузки стабилитрон VD3 ограничивает выходное напряжение до своего напряжения стабилизации (7…8,5 В).

Рис. 2. Схема преобразователя напряжения

 

Если подборкой резисторов R1 и R2 добиться, чтобы при номинальном токе нагрузки выходное напряжение преобразователя было немного меньше напряжения стабилизации стабилитрона VD3, весь выходной ток преобразователя течёт через нагрузку, не ответвляясь в стабилитрон. Преобразователь, помещённый в закрытый металлический корпус, создаёт весьма незначительные помехи радиоприёму на КВ-диапазонах.

По этой же схеме было изготовлено несколько блоков питания различных устройств с выходным напряжением от 5 до 9 В и током нагрузки от 5 до 40 мА при КПД 72…78 %. Батареи GB1 состояли из двух Ni-Cd аккумуляторов. В качестве катушек индуктивности L1 и L2 применялись дроссели на Ш-образных магнитопроводах от КЛЛ. Конечно, это не самый лучший вариант. В некоторых моделях КЛЛ имеются сетевые помехоподавляющие фильтры, дроссели которых намотаны на гантелеобразных магнитопроводах. При применении таких дросселей в качестве L1 и L2 КПД преобразователей удавалось повысить до 82 % за счёт меньшего активного сопротивления их обмоток. В действительности он несколько выше, поскольку при расчётах не было учтено сопротивление миллиамперметра (авометра Ц4315 на пределе 100 мА), измеряющего входной ток преобразователя.

Для питания мультиметра я применяю внешний блок питания, схема которого изображена на рис. 3. От предыдущей она отличается лишь более современной элементной базой. Полевые транзисторы серии КП505 имеют малую входную ёмкость. При частоте преобразования в несколько десятков килогерц потери на их переключение практически отсутствуют. Установка в качестве VD1 и VD2 диодов с барьером Шоттки вместо германиевых диодов позволила почти в два раза снизить потери энергии на них.

Рис. 3. Схема внешнего блок питания

 

При выходном напряжении преобразователя 7,1 В, что на 0,1 В больше минимального напряжения питания мультиметра М8908, и токе нагрузки 15 мА потребляемый от батареи GB1 ток не превышает <30 мА. Это означает, что КПД преобразователя не менее 98 %. m Блок питания мультиметра смонтирован в подставке, на которой наклонно (для удобства считывания показаний) закреплён сам мультиметр. Катушки индуктивности L1 и L2 — дроссели на гантелеобразных магнитопроводах от КЛЛ, подобранные равной индуктивности. Батарея GB1 составлена из трёх соединённых последовательно Ni-Cd аккумуляторов ёмкостью 1200 мА·ч от шуруповёрта.

Автор:  К. Мороз, г. Белебей, Башкортостан

Преобразователь для электробритвы 12 В / 220 В / 16 Вт на транзисторах КТ837 | РадиоДом

Купить мужские и женские унты с бесплатной доставкой по России
 Преобразователь предназначен для питания от бортовой сети автомобиля электробритв с коллекторным двигателем («Харьков-5», « Агидель » и т. п.), рассчитанных на номинальное рабочее напряжение 220 В постоянного тока и потребляющих мощность до 16 Вт. Преобразователь пригоден также для питания автомобильного стробоскопа, не содержащего встроенного преобразователя напряжения. Потребляемый преобразователем ток без нагрузки не превышает 0,4 А, под нагрузкой током 60 мА — 1,4 А. Коэффициент полезного действия — не хуже 0,75.
 
          Преобразователь выполнен по двухтактной трансформаторной схеме на транзисторах VT1, VT2 и отличается от других подобных устройств тем, что эмиттерные переходы транзисторов включены последовательно, то есть для питания базовых цепей обоих транзисторов использована одна обмотка трансформатора Т1 (обмотка III). Диоды VD2, VD3 обеспечивают прохождение управляющего тока, минуя эмиттерный переход закрытого в тот или иной полу-период транзистора. Падение напряжения на открытом диоде вполне достаточно для надежного закрывания транзистора. Одновременно диоды служат для защиты эмиттерного перехода транзисторов от пробоя. Резистор R1 ограничивает базовый ток. Резистор R2 и конденсатор С2 составляют цепь запуска преобразователя при его включении. Частота генерации преобразователя на холостом ходу — около 850 Гц, а под нагрузкой — примерно 650 Гц. Снимаемые со вторичной обмотки IV трансформатора импульсы выпрямляет мост, собранный на диодах VD4 — VD7, и фильтрует конденсатор С3. В моменты переключения транзисторов возникают кратковременные импульсы напряжения с большой амплитудой, приводящие к повышению выходного напряжения преобразователя в режиме холостого хода. Нагрузочный резистор R3 служит для уменьшения выходного напряжения на холостом ходе и разряжает конденсатор С3 при отключении питания преобразователя.
       Примененные в преобразователе кремниевые транзисторы КТ837 рассеивают относительно небольшую мощность и обеспечивают его эффективную работу. Однако из-за больших значений их статического коэффициента и предельной частоты преобразователь склонен к переходу на паразитную генерацию с повышенной частотой (несколько десятков килогерц). Это явление особенно сильно проявлялось при работе со стробоскопическим фонарем из-за резко меняющегося тока нагрузки. Проведенные исследования показали, что наиболее эффективным способом обеспечения устойчивости работы преобразователя является включение дросселя L1 последовательно в цепь питания базовых цепей транзисторов. Диод VD1 служит для защиты устройства при неправильной полярности подключения его входных зажимов к бортовой сети автомобиля. Если для включения преобразователя использован специальный переходник, включаемый в гнездо прикуривателя, подключение в ошибочной полярности становится невозможным и этот диод можно исключить.        Трансформатор ТІ собран на магнитопроводе Ш8х16 с пластинами толщиной 0,08…0,15 мм из стали Э310, Э320 или Э330. Можно применить магнитопровод несколько большего типоразмера. Обмотки I и II содержат по 45 витков провода ПЭВ-1 0,47…0,51 мм, III — 15 витков провода ПЭВ-1 0,2…0,35 мм… IV — 900 витков провода ПЭВ-1 0,17…0,25 мм. Первой наматывают обмотку IV, затем I и II, последней — обмотку III. Все обмотки укладывают виток к витку с изоляцией между слоями. Обмотки I и II наматывают в два провода одновременно; идентичность параметров этих обмоток необходима для уменьшения выбросов вторичного напряжения. Если преобразователь предназначают и для работы со стробоскопическим фонарем, изоляцию между первичными и вторичной обмотками следует выбрать более надежной — ее рассчитывают на напряжение не менее 2 кВ. В устройстве могут быть использованы любые транзисторы серии КТ837 с напряжением насыщения между коллектором и эмиттером не более 0,9 В, например, с индексами Г—К, П—Ф. Возможно применение и германиевых транзисторов серий П214, П215, П216 и т. п. В этом случае дроссель L1 можно исключить. Нужно, однако, отметить, что с германиевыми транзисторами преобразователь будет обладать худшими параметрами. Диод VD2, VD3 — любые из серий КД105, КД208, КД209. Диоды VD4 — VD7 (или готовый выпрямительный блок) должны быть рассчитаны на обратное напряжение не менее 800 В. Конденсатор С1 -— К50-6; С2 — любой, например, КЛС, КМ; С3 — К50-12. Дроссель L1 — серийный, ДМ-0,2 или самодельный. Транзисторы устанавливают на прямоугольные теплоотводы размерами 35x25X8 мм, изготовленные из меди или дюралюминия. Диод VD1 также следует снабдить таким же теплоотводом размерами 20х30х6 мм.
          Преобразователь смонтирован на печатной плате из фольгированного стеклотекстолита толщиной 2 мм. Чертеж платы и расположение деталей на ней показаны на вкладке. Для крепления трансформатора в плате прорезано прямоугольное отверстие. Плата установлена в прямоугольную пластмассовую коробку с крышкой. Гнездовая колодка XS1 укреплена на коробке, а выключатель питания Q1 — на плате.
        Для налаживания преобразователь подключают к источнику постоянного напряжения 13 В, при этом должен быть слышен характерный свист, свидетельствующий о работе генератора. При отсутствии генерации необходимо поменять местами выводы обмотки III. Критерием нормального режима работы преобразователя может служить потребляемый на холостом ходе ток; если он больше 0,3…0,4 А, необходимо несколько уменьшить число витков обмотки III. Напряжение на выходе преобразователя без нагрузки должно быть не более 380 В, а при подключении электробритвы — не менее 200 В. Он должен надежно запускаться при напряжении питания 10 В и более.
        При эксплуатации устройства необходимо сначала включить его в бортовую сеть автомобиля, а затем уже включить нагрузку. Иначе возможно вхождение преобразователя в режим паразитной генерации. Это им опасности не представляет: потребляемый ток не превышает 0,4 А. При отключении нагрузки устройство переходит в режим нормальной генерации.

Работая с повышающими преобразователями соблюдайте правила безопасности, так как работа ведётся с опасным для организма напряжением. Выходную обмотку в процессе наладки желательно изолировать во избежание случайного контакта.


ТРАНЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ МОЩНОСТИ




Мощные транзисторы представляют собой эффективные коммутационные устройства для преобразования энергии из 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. Власть 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. №16 проводов с трехжильной обмоткой для обеспечения различных схемных конфигураций. То 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 требуется дополнительно 20 Вт, который приводится в действие 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 Переключатель.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

Инверторы

могут 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. То 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, Silk


————— Инвертор 6 кВ.

Инвертор 6 кВ.

Внутренний вывод L3 заземляется в любую удобную точку на раме, 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 выдает на выходе переменный ток 6 кВ, 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. То 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 схемы показан высокоэффективный преобразователь постоянного тока в переменный. То 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 блока 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, который обеспечивает 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; R6-R9 — эмиттерные 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» ток. R2 должен быть от 3 до 10 Ом.Следует соблюдать следующие меры предосторожности наблюдалось:

1. Обмотки трансформатора должны быть сбалансированы и намотаны бифилярно, чтобы свести к минимуму реактивное сопротивление утечки.

2. Импульсные переходные процессы 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.То 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 мФд через 1.Резисторы 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. Однако 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.

Если полупроводниковая защита от короткого замыкания не требуется, 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. То 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 В ПОСТОЯННЫЙ

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.


(PDF) Двухтранзисторные понижающие преобразователи постоянного тока в постоянный с отказоустойчивостью

inductace Land Выходная емкость Care used 80 мкГн и

2200 мкФ соответственно.Входное напряжение составляет 12 В, а выходное напряжение

составляет 5 В/2,5 А. Преобразователь работает в режиме непрерывной проводимости

и на частоте 100 кГц. На рис. 10 показаны экспериментальные результаты преобразователя

в понижающем режиме, а на рис. 11 показаны

в повышающе-понижающем режиме. Преобразователь смог поддерживать на

около 5В для обоих режимов. Обратите внимание, что рабочий цикл должен изменяться, так как коэффициенты преобразования напряжения в понижающем режиме и в

повышающе-понижающем режиме различны.

V. ВЫВОДЫ

В этой статье представлен систематический подход к созданию

двухуровневых неизолированных понижающих преобразователей постоянного тока с отказоустойчивостью

. Отказоустойчивость относится к обрыву цепи силового транзистора. Чтобы обеспечить непрерывную работу преобразователя

, цель процесса синтеза преобразователя

состоит в том, чтобы объединить два немного разных преобразователя, чтобы производный преобразователь

совместно использовал все устройства, кроме двух отдельных транзисторов

.Преобразователь способен работать всего с одним транзистором

. Другой транзистор неактивен до тех пор, пока не произойдет обрыв цепи

активного транзистора. Этот подход минимизирует

количество дополнительных компонентов для реализации функции отказоустойчивости

. В этой статье

для синтеза преобразователей принят теоретико-графовый подход. Экспериментальные результаты выбранного преобразователя

показали, что он способен поддерживать выходную стабилизацию

при работе любого из транзисторов.Эта статья в основном сосредоточена на синтезе преобразователей

вместо алгоритмов обнаружения неисправностей

и управления. О некоторых из этих методов сообщалось в

[11]–[14].

ССЫЛКИ

[1] М. Уилкинсон и Б. Хендрикс, «Отчет о надежности ветряных турбин

профилей. рабочий пакет WP1 — анализ надежности полевых данных», Reliawind,

Tech. Rep., 2010.

[2] F. Fuchs, «Некоторые методы диагностики инверторов источников напряжения в приводах с регулируемой скоростью

с асинхронными машинами — обзор», в The 29th

Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society ( ИЭКОН),

том.2, ноябрь 2003 г., стр. 1378–1385 Том 2.

[3] Б. Джонсон и Р. Окли, «Насколько надежна ваша топология светодиодного драйвера?

Взгляд на частоту отказов дает явных победителей и проигравших», Fairchild

Semiconductor Corporation, Fairchild Semiconductor Blog, 2012.

[4] W. suk Choi, S. mo Young, and D. wook Kim, «Analysis режимов отказа MOSFET

в резонансном преобразователе LLC», на 31-й Международной конференции по телекоммуникациям IEEE

(INTELEC), октябрь 2009 г., стр.1–6.

[5] К. Вонг, «Отказы силовых полевых МОП-транзисторов в мобильных PMU —

причины и меры предосторожности», Texas Instruments Incorporated,

http://www.ti.com/lit/an/slyt502/slyt502.pdf , Тех. Rep., 2013.

[6] Ф. Чан и Х. Кальеха, «Оценка надежности трех однофазных топологий

в фотоэлектрических системах, подключенных к сети», IEEE Transactions on Indust-

пробная электроника, том. 58, нет. 7, стр. 2683–2689, июль 2011 г.

[7] Р. Каплар, Р. Брок, С.DasGupta, M. Marinella, A. Starbuck,

A. Fresquez, S. Gonzalez, J. Granata, M. Quintana, M. Smith и

S. Atcitty, «Производительность и надежность фотоэлектрических инверторов: какова роль

БТИЗ?» на 37-й конференции IEEE Photovoltaic Specialists (PVSC),

, июнь 2011 г., стр. 1842–1847.

[8] Дж. Фликер, Р. Каплар, М. Маринелла и Дж. Граната, «Производительность и надежность фотоэлектрического инвертора

: какова роль шинного конденсатора?» in

38th IEEE Photovoltaic Specialists Conference (PVSC), июнь 2012 г., стр.

1–3.

[9] П. А. Куллстам, «Доступность, среднее время безотказной работы и среднее время восстановления для ремонтопригодных m из системы

», IEEE Transactions on Reliability, vol. Р-30, нет. 4, стр. 393–

394, октябрь 1981 г.

[10] «Изменение электропитания в центре обработки данных — сетевое питание Emerson», Emerson

Electric Co., Tech. Rep., 2007.

[11] К. Амбусаиди, В. Пикерт и Б. Захави, «Новая топология схемы для отказоустойчивого преобразователя постоянного тока с h-мостом

», IEEE Transactions on Power

Electronics, vol. .25, нет. 6, стр. 1509–1516, июнь 2010 г.

[12] Г. Адам, К. Ахмед, С. Финни, К. Белл и Б. Уильямс, «Новое поколение

сетевого отказоустойчивого источника напряжения». -преобразователь HVDC Transmission

system», IEEE Transactions on Power Systems, vol. 28, нет. 1, стр. 335–

346, февраль 2013 г.

[13] Ф. Ричардо и Т. Фам, «Расчет надежности многоуровневых преобразователей

: теория и приложения», IEEE Transactions on Industrial

Electronics, об.60, нет. 10, стр. 4225–4233, октябрь 2013 г.

[14] Ж. Николя-Апруццезе, С. Бускетс-Монж, Ж. Бордонау, С. Алепюс,

и А. Калле-Прадо, «Анализ неисправности — допустимая мощность многоуровневого преобразователя с активным ограничением

», IEEE Transactions on Industrial

Electronics, vol. 60, нет. 11, стр. 4773–4783, ноябрь 2013 г.

[15] E. Ribeiro, A. Cardoso и C. Boccaletti, «Отказоустойчивая стратегия для фотоэлектрического преобразователя постоянного тока

», IEEE Transactions on Power Electronics ,

том.28, нет. 6, стр. 3008–3018, июнь 2013 г.

[16] Б. Лу и С. Шарма, «Обзор литературы по диагностике неисправностей IGBT и методам защиты

для силовых инверторов», IEEE Transactions on Industry

Applications, об. 45, нет. 5, стр. 1770–1777, сентябрь 2009 г.

[17] Д. Максимови ´

c, «Синтез ШИМ и квазирезонансных преобразователей постоянного тока

», к.т.н. диссертация, Калифорнийский технологический институт,

Пасадена, Калифорния, 1989 г.

[18] Д. Чжоу, «Синтез ШИМ-преобразователей постоянного тока в постоянный», доктор философии. диссертация

, Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния, 1996.

[19] CK Tse, YS Lee, and WC So, «Подход к моделированию цепей преобразователя постоянного тока

с использованием теоретико-графовых концепций», Международный журнал

теории цепей и приложений, том. 21, нет. 4, стр. 371–384, 1993.

[Онлайн]. Доступно: http://dx.doi.org/10.1002/cta.44
407

[20] Л.Салазар и Дж. Урра, «Новый трехпортовый кондиционер питания для возобновляемых источников электроэнергии», в IECON 2011 — 37-я ежегодная конференция

Общества промышленной электроники IEEE, ноябрь 2011 г., стр. 1131–1136.

[21] Дж. Чен, Д. Максимович и Р. Эриксон, «Понижающе-повышающие ШИМ-преобразователи

с двумя независимо управляемыми переключателями», на 32-й ежегодной конференции IEEE

специалистов по силовой электронике (PESC), том. 2, 2001, стр. 736–

741.

Знакомство с двухтранзисторной прямой топологией для эффективных источников питания 80 PLUS

//php echo do_shortcode(‘[Responsevoice_button voice=»US English Male» buttontext=»Listen to Post»]’) ?>

Разработчики блоков питания

ATX склонны отдавать предпочтение топологиям с одним переключателем и прямым преобразователем, поскольку они просты и могут питать несколько изолированных выходов.Однако недостатком этих подходов является то, что нагрузка напряжения на транзистор представляет собой сумму напряжения на шине, отраженного напряжения трансформатора и выброса индуктивности рассеяния при выключении.

Новая программа энергосбережения Агентства по охране окружающей среды США (EPA) под названием 80 PLUS ломает эту тенденцию и вводит более высокую эффективность и более стабильные правила, а также новые топологии. Эффективность сразу же вступает в противоречие со стоимостью спецификации. С самого начала разработчики должны предусмотреть второй транзисторный ключ верхнего плеча, в котором снижается напряжение, а дополнительная сложность и количество компонентов являются небольшой платой за получаемые преимущества.Таким образом, двухтранзисторная топология прямого преобразователя по стоимости эффективно повышает эффективность для достижения требований 80 PLUS в источниках питания ATX за счет использования новой технологии высоковольтных полевых МОП-транзисторов.

Более низкое напряжение для полевых МОП-транзисторов
Двухтранзисторная топология ( рис. 1 ) является очень надежной конструкцией, которая не подвергает транзисторы скачкам напряжения.



Рис. 1. Двухтранзисторный преобразователь прямой топологии

Два транзистора включаются и выключаются одновременно.При включении транзисторов мощность передается на вторичную обмотку через выпрямительный диод (D 3 ) на вторичной стороне, а затем на выходной конденсатор и нагрузку.
Когда два транзистора выключены, обратные диоды (D 1 и D 2 ) ограничивают напряжение на первичной обмотке от земли до V sus соответственно. В это время каждый транзистор имеет напряжение выключения только V sus . Следовательно, пиковое напряжение транзистора совпадает с V sus :

Максимум V sw = V sus

Например, при входном напряжении 220 В перем. тока, когда V sus рассматривается с решением с активной коррекцией коэффициента мощности, V sus может подавать 400 В на повышающий выходной конденсатор.Два транзистора будут выбраны MOSFET на 500 В или 600 В, что обеспечивает запас снижения номинальных характеристик от 70 до 80%.

Низковольтная переходная работа МОП-транзисторов делает этот МОП-транзистор хорошо подходящим для более стабильной и надежной системы электропитания.

Конструкции 80 PLUS с полевым МОП-транзистором с суперпереходом
При отказе источника питания разработчики учитывают конструкцию и конструкцию силовых компонентов и источника питания. В частности, полевые МОП-транзисторы в силовых компонентах, входящих в состав импульсных источников питания (ИИП), имеют более высокую частоту отказов по сравнению с конденсаторными и магнитными компонентами (ссылка 1).Мощные полевые МОП-транзисторы с более высоким запасом напряжения пробоя и более низким сопротивлением в открытом состоянии (R ON sp) определенно способствовали созданию более надежной конструкции из-за работы с низкой температурой перехода и достаточной SOA (безопасной рабочей зоной) даже в ненормальных условиях. условия.

Новая технология МОП-транзисторов с суперпереходом преодолела ограничения, связанные с более высокой плотностью мощности и более надежной конструкцией, когда разработчик использует обычную технологию планарных МОП-транзисторов. Линейная зависимость между сопротивлением во включенном состоянии (R ON sp) и напряжением пробоя (BV), показанная в уравнениях, увеличивает удельную мощность импульсных источников питания.

R на сп = 6,10 -9 * БВ 2,5
R на сп = (сп * БВ) / (2 * q * u * Ec * Q)

В двухтранзисторной прямой конструкции полевой МОП-транзистор должен включаться после того, как V DS упадет до V IN для надлежащего сброса тока намагничивания. Что касается конструкции силового трансформатора, соотношение витков для каждого выходного напряжения устанавливается с 0,4 от D max для 300 В от V IN min:


для выхода 5 В;


для выхода 12 В;


за 3.Выход 3В.

В схемах вторичного выпрямления используются диоды Шоттки на 30 В/60 В для постстабилизации выходного напряжения +5 В и +12 В (но не 3,3 В) со схемой, показанной на рисунке 2:



Рис. 2: Главный силовой каскад постоянного/постоянного тока и вторичная сторона

(Щелкните, чтобы увеличить изображение)

Двухтранзисторный прямоходовой преобразователь с активной коррекцией коэффициента мощности обеспечивает КПД более 80 % при использовании полевых МОП-транзисторов FCP20N60 с суперпереходом при любых условиях нагрузки, что подтверждено испытаниями конструкции (таблица 1).



Таблица 1: Эталонная эффективность при 115 В переменного тока/60 Гц
(Эталон 2 )

(Нажмите, чтобы увеличить изображение)

Заключение
МОП-транзисторы с суперпереходом и очень низким сопротивлением в открытом состоянии стали новым эталоном для высокоэффективных источников питания благодаря меньшим потерям проводимости. Принятие двухтранзисторной прямой топологии может экономически эффективно повысить удельную мощность и надежность, чтобы соответствовать требованиям 80 PLUS для блоков питания ATX.

Ссылки
1. Рэнди Малик, «Почему выходят из строя блоки питания и что с этим делать», IBM, 7 октября. 2005
2. Ecos ID # 104, протестировано EPRI Solutions Inc., Ноксвилл, Теннесси, 23 сентября 2006 г.

Об авторах
Чонмин На — старший менеджер по техническому маркетингу Fairchild Semiconductor. После получения степени бакалавра технических наук в Университете Аджу (Республика Корея) Чонмин начал свою карьеру в качестве передового инженера-конструктора силовых полевых МОП-транзисторов в компании Samsung Semiconductor в респ.Кореи. С 1999 года он занимается техническим маркетингом автономных источников питания и промышленных продуктов, уделяя особое внимание силовой электронике.

Стэнли Чанг получил степень бакалавра наук в Национальном технологическом университете Чин-Йи на Тайване. Он присоединился к Fairchild Semiconductor в Таоюане, Тайвань, в 2006 году в качестве инженера-лаборанта Глобальных центров энергоресурсов, чтобы заниматься техническими разработками автономных источников питания. Он разработал эталонные проекты для блоков питания ATX мощностью 400 Вт и 240 Вт, которые получили сертификат 80 PLUS от EPA.

Сунгмо Янг ​​ — штатный инженер-программист Fairchild Semiconductor. Он имеет степень магистра технических наук Университета Ханьянг, Республика Корея, и является автором многочисленных технических статей для конференций и публикаций.

Справка по двухтранзисторному прямому преобразователю

Справка по двухтранзисторному прямому преобразователю

Двухтранзисторный прямоходовой преобразователь

Как пользоваться программой

Артикул: Формы кривых тока и напряжения рассчитываются по закону Фарадея.Они не представляют собой инкрементную симуляцию, как это обычно делают такие программы, как P-Spice. При расчетах прямые напряжения диодов учитывались при В F = 0,7 В, а транзисторы интерпретировались как идеальные переключатели.
  • Значения всех полей ввода могут быть изменены.
  • Если поле ввода остается пустым, выбирается значение по умолчанию. Это значение отображается после выхода из соответствующего поля ввода.
  • Импульсный блок питания работает в пределах определенного входного диапазона i.е. между В in_min и В in_max .
    Примечание:
    • Для европейской сети 230 В +/-10 % и после выпрямителя и сглаживания (с пульсацией напряжения 10 %) диапазон входного напряжения составляет от В in_min = 250 В до В in_max = 360В.
    • Для широкодиапазонных импульсных источников питания диапазон входного напряжения сети составляет от 100 В переменного тока -10 % (Япония) до 240 В переменного тока +6 % (Великобритания).В этом случае диапазон входного постоянного тока источника питания составляет от В in_min = 110 В до В in_max = 360 В.
    • Для использования предварительного регулятора коэффициента мощности диапазон входного напряжения обычно составляет от В in_min =360 В до В in_max =400 В.
  • Программе нужны выходные значения V из и I из .
  • Частота переключения   f   – это рабочая частота транзистора.
  • Если для катушки индуктивности L активировано поле «предложение», предлагается значение для L и соответствующая пульсация тока Δ I L . Эти значения расположены таким образом, что Δ I L = 0,4 I out с В in_max в качестве входного напряжения.
  • Если полевое предложение «Предложение» для поля ввода « N 1 / N 2 2 « Соотношение поворотов N 1 / N 2 .Это предложение выбрано таким образом, чтобы требуемое выходное напряжение могло быть достигнуто при использовании В in_min в качестве входного напряжения.
  • Если вы не согласны с нашими предложениями, вы можете заменить N 1 / N 2 или L а также Δ I L . После этого поле «предложение» автоматически деактивируется.
  • Значение В в является значением для расчета диаграмм тока и напряжения в правой части дисплея. В в должны лежать между В in_min и В in_max .

Начало страницы

Приложение

Двухтранзисторный прямоходовой преобразователь принадлежит к семейству преобразователей с первичным переключением, поскольку между входом и выходом имеется изоляция. Он подходит для выходной мощности до нескольких сотен ватт.

К началу страницы

Принципы функций

Рисунок 1: Двухтранзисторный прямоходовой преобразователь

Для последующего анализа предполагается, что транзистор упрощен как идеальный ключ, а диод не имеет прямого падения напряжения.В самой программе диод будет учитывать прямое падение напряжения В F = 0,7В.

Два транзистора одновременно включаются и выключаются управляющим напряжением с широтно-импульсной модуляцией.
Прямой преобразователь передает энергию во время работы транзистора. За это время напряжение В 1 равно входному напряжению В в . Обмотка N 2 имеет то же направление, что и N 1 .Когда транзистор на напряжении V 2 на N 2 дан V 2 = V в · N 1 / N 2 . Напряжение В 2 заряжает выходной конденсатор С вых через дроссель L .

В выключенном состоянии транзистора вторичная обмотка N 2 обесточена.Катушка индуктивности L пропускает ток через диод D 3 . Значение напряжения В 3 в это время равно нулю (ровно 0,7В).

Во время простоя транзистора магнитный поток трансформатора должен уменьшиться до нуля. Сердечник трансформатора размагничен через Н 1 и первичные диоды, до входного напряжения В в . Поэтому для размагничивания требуется такой же интервал времени, как и время включения транзистора.Для этого минимальное время простоя должно быть таким же, как и время включения. Это означает, что максимальный рабочий цикл t 1 / T для этого преобразователя не может превышать 50%.

Таким образом, напряжение В 3 представляет собой напряжение с широтно-импульсной модуляцией, которое колеблется от 0 до В в · N 2 / N 1 90. Фильтр нижних частот, образованный катушкой индуктивности и выходным конденсатором, дает среднее значение от В 3 .Для непрерывного режима ( I L никогда не становится нулем) это приводит к:

В связи с тем, что скважность t 1 / T не может быть больше 50%, возникает условие для соотношения оборотов:

В программе это значение умножается на коэффициент 0,95, так что предлагаемое значение для N 1 / N 2 включает небольшой запас, гарантирующий размагничивание сердечника при входе напряжение минимально (помните: при минимальном входном напряжении рабочий цикл достигает своего максимума).

Для расчета катушки индуктивности L можно использовать те же правила, что и для понижающего преобразователя. Также различают прерывистый режим и непрерывный режим в зависимости от того, падает ли ток катушки индуктивности до нуля во время простоя транзистора.

При непрерывной работе:

Выходное напряжение зависит только от рабочего цикла и входного напряжения, оно не зависит от нагрузки.Ток дросселя I L имеет треугольную форму и его среднее значение определяется нагрузкой. Изменение тока дросселя Δ I L зависит от L и может быть рассчитано с помощью закона Фарадея.
Во время непрерывного режима с V OUT = V в · ( N 2 / N / N 1 ) · T 1 / T и выбранная частота переключения F   можно показать, что:

Изменение тока дросселя не зависит от нагрузки.Выходной ток I out принимается за среднее значение тока дросселя I L .

При малом токе нагрузки, а именно, если I из I L /2, ток дросселя I L падает до нуля во время каждого цикла переключения. Этот режим называется непрерывным режимом (см. рис. 2). Для этого режима расчеты выше , а не действительны.

В тот момент, когда ток дросселя становится равным нулю, напряжение В 3 подскакивает до значения В из .Емкость диодного перехода образует с индуктивностью резонансный контур, активируемый скачком напряжения на диоде D 3 . Напряжение В 3 затем колеблется и затухает.

Непрерывный режим

Прерывистый режим

Рисунок 2: Режимы работы двухтранзисторного прямоходового преобразователя

К началу страницы

Советы

  • Чем больше выбранное значение катушки индуктивности L , тем меньше пульсации тока Δ I L .Однако это приводит к физически большему и тяжелому индуктору.
  • Чем выше выбранное значение частоты коммутации   f  , тем меньше размер катушки индуктивности. Однако коммутационные потери транзистора также увеличиваются по мере увеличения f .
  • Наименьший возможный физический размер катушки индуктивности достигается, когда Δ I L = 2 I out при В in_max . Однако коммутационные потери в транзисторах в этом состоянии максимальны.
  • Выберите Δ I L так, чтобы он не был слишком большим. Предлагаемые нами варианты имеют достаточно малую пульсацию тока при физически малых размерах дросселя. При больших пульсациях тока пульсации выходного напряжения В из становятся явно больше, а физический размер катушки индуктивности незначительно уменьшается.
  • Предложенное нами соотношение оборотов N 1 / N 2 лучше не изменять.

Начало страницы

Математика, используемая в программе

В поля ввода необходимо ввести следующие параметры:

V 2 V IN_MIN ,

, V , , V , I Out и F

Используя эти параметры, программа выдает предложение для N 1 / N 2 и L :

    (множитель 0.95 учитывается тот факт, что рабочий цикл t 1 / T = 0,5 не может быть полностью достигнут).

      В F = 0,7 (прямое напряжение диода)

      I L = 0,4 I вых

Для расчета форм кривых, а также для расчета «Δ I L for V in_max » необходимо различать два случая, т.е.е. непрерывный режим и прерывистый режим :

Отсюда следует, что:

  1. для Δ I Δ I L I OUT Преобразователь находится в непрерывном режиме, и это следует, что:

    ,

  2. для Δ I L > 2 I out преобразователь находится в прерывистом режиме и отсюда следует, что:

    ,

Экспоненциальные преобразователи и как они работают

2018-10-12 электроника дизайн

Экспоненциальные преобразователи являются основными строительными блоками, используемыми во многих синтезаторных схемах, но для многих из нас они представляют собой непонятные черные ящики.Основная концепция работы экспоненциального преобразователя очень проста; но простейшая возможная схема для этой цели имеет много серьезных ограничений, поэтому обычно добавляют несколько слоев дополнительных схем, чтобы компенсировать различные эффекты и сделать общее поведение более предсказуемым. В результате экспоненциальные схемы, которые мы на самом деле часто используем, могут показаться начинающим проектировщикам пугающе сложными, и не всегда легко распознать простой лежащий в их основе принцип. В этой статье я собираюсь перейти к реальному уровню сложности, начиная с простейшей из возможных схем экспоненциального преобразователя.

Почему экспоненциальный преобразователь?

Как я уже говорил в своей статье о СВУ, большинство человеческих чувств логарифмичны. Мы воспринимаем различия в физических явлениях — в частности, частоты звуков — в соответствии с пропорцией лежащей в их основе физической величины, а не в соответствии с абсолютной величиной . Например, разница между 220 Гц и 440 Гц звучит так же, как разница между 440 Гц и 880 Гц или даже между 55 Гц и 110 Гц. Каждая — одна октава.Этот факт позволяет нам получать полезную информацию от наших органов чувств в самых разных масштабах, на обоих концах спектра. Если бы вместо этого мы воспринимали высоту звука линейно, мы могли бы либо иметь хорошее восприятие высоты звука на самых высоких слышимых частотах и ​​не иметь полезного разрешения на самых низких, либо мы могли бы с пользой различать очень низкие частоты, но были бы полностью перегружены информацией на высоких частотах. .

Как для обеспечения лучшей аналогии с человеческим восприятием, так и потому, что сами схемы сталкиваются с одной и той же проблемой необходимости хорошо реагировать в широком диапазоне масштабов, в модульной электронике синтезатора обычно используются логарифмически масштабированные напряжения для управления частотами генераторов. , фильтры и так далее.Модули соответственно имеют экспоненциальную вольт-частотную характеристику. В Eurorack мы обычно используем стандарт 1 В на октаву: каждое увеличение управляющего напряжения на 1 В удваивает частоту. Обычно , а не , имеют какое-либо фиксированное определение того, какие диапазоны напряжений допустимы или какая частота соответствует нулевому напряжению. Эти вещи зависят от настроек задействованных модулей и могут меняться во время выступления. Но если ваш генератор настроен так, что 0 В соответствует 110 Гц, то при подаче на него управляющего напряжения 1 В он будет настраиваться на 220 Гц, при 2 В — на 440 Гц и так далее.

Логарифмические управляющие напряжения — не единственный способ сделать это. Некоторые синтезаторы, особенно старые, вместо этого используют линейное управление напряжением (часто называемое Гц/вольт), где предполагается, что частота прямо пропорциональна входному напряжению. Это может упростить некоторые схемы, в частности, значительно уменьшив потребность в экспоненциальных преобразователях. Но она также страдает именно от тех проблем, которые призвана решать логарифмическая система.

Вопрос о логарифмическом или линейном управлении напряжением относится не только к частотам.Усилители, управляемые напряжением, сталкиваются с одним и тем же вопросом: линейно ли реагировать (выходное усиление прямо пропорционально входному управляющему напряжению) или экспоненциально (реагировать на логарифмическое управляющее напряжение). В Eurorack для VCA популярны оба типа ответа, а некоторые модули VCA могут даже переключаться или интерполироваться между ними.

Схемы, требующие экспоненциальной реакции на напряжение, обычно содержат какое-то «ядро», которое действительно управляется линейным током .Чтобы они правильно реагировали на входное логарифмическое напряжение, необходимо генерировать ток, который является экспоненциальной функцией управляющего напряжения. Это то, что делает экспоненциальный преобразователь . Большинство схем синтезатора, которые имеют экспоненциальную реакцию на некоторое напряжение, будут содержать экспоненциальный преобразователь. Вот один от Thomas Henry 555 VCO:

Как видите, это довольно сложная схема со множеством встроенных функций. С чего начать, чтобы понять что-то подобное?

Транзисторы и их экспоненциальная характеристика

Одно из основных правил для понимания транзисторных схем заключается в том, что база всегда представляет собой одно падение диода, фиксированное напряжение примерно 0.7В, над эмиттером. Это обсуждается в главе «Объяснение схемы» Руководство North Coast Transistor Mixer, и, как я предупреждаю читателей, это полезное приближение, достаточно хорошее для понимания многих схем, но это не вся история и не последнее слово о том, как работают транзисторы. Чтобы понять экспоненциальные преобразователи, нам нужно пойти немного глубже.

Это «диодное падение» (как и в случае с настоящими диодами, а не только в переходах база-эмиттер транзисторов) на самом деле не является фиксированным напряжением.На самом деле, это очень близко к логарифмической функции тока через транзистор (ток базы или ток эмиттера не имеет значения, потому что они прямо пропорциональны друг другу на этом уровне анализа). Каждый раз, когда вы удваиваете ток через транзистор, вы увеличиваете падение база-эмиттер примерно на 18 мВ. В этом выводе моделирования обратите внимание, что транзистор справа пропускает вдвое больший ток (как вы можете сделать вывод из базовых резисторов R3 и R4), а базовое напряжение справа на 18 мВ больше.

И это также работает наоборот: если вы можете каким-то образом заставить падение напряжения база-эмиттер быть фиксированным, то ток через транзистор будет экспоненциальной функцией напряжения база-эмиттер, удваивая ток для каждые 18 мВ повышения напряжения. В виде математического выражения это выглядит примерно так: I = exp( aV + b ).

Переменные V и I представляют входное напряжение и выходной ток.Величины a и b в основном являются константами: a представляет собой шкалу зависимости напряжения от тока (сколько напряжения требуется, чтобы удвоить ток; соответствующим образом масштабированная обратная величина 18 мВ, о которой я упоминал) а b — постоянное смещение, описывающее, какой ток пропускает транзистор при некотором фиксированном входном напряжении.

Конечно, есть ограничения. Если увеличить напряжение база-эмиттер на 180 мВ, то ток увеличится в 2 10 раз, что примерно равно 1000.Поднимите базовое напряжение на 360мВ, что все равно не очень много, а ток возрастет более чем в миллион раз. Слишком большое напряжение без внешнего ограничения тока, и транзистор взрывается. А при более низком, чем обычно, базовом напряжении могут быть крошечные токи утечки, которые не исчезают при дальнейшем снижении базового напряжения, так что соответствие выходного тока теоретической экспоненциальной кривой перестает быть точным.

Но интересен тот факт, что транзисторы с биполярным переходом в широких пределах подчиняются экспоненциальному закону с впечатляющей точностью.Обычные недорогие транзисторы общего назначения часто соответствуют теоретически идеальной экспоненциальной кривой с точностью до небольшой доли процента в более чем 1000-кратном диапазоне уровней тока. Таким образом, конструкция экспоненциального преобразователя почти всегда сводится к масштабированию входного управляющего напряжения в соответствующем диапазоне, подаче его на базу транзистора, а затем использованию тока коллектора транзистора в качестве выходного сигнала. Вот и все.

Один транзистор, без компенсации

Вот пример простейшего экспоненциального преобразователя V/oct, который я могу разработать.Обратите внимание, что он не работает должным образом, и я не рекомендую его использовать; эта схема предназначена только для иллюстрации простого принципа, лежащего в основе более сложных экспоненциальных преобразователей.

Управляющее напряжение подается на «IN». Три резистора образуют делитель напряжения, который масштабирует входное напряжение таким образом, что изменение примерно на 1 В на входе вызовет изменение примерно на 18 мВ на базе транзистора. Резистор R3 номиналом 3,6 кОм на положительную мощность смещает базовое напряжение так, что оно будет примерно равно 0.7В, когда входное напряжение равно 0В. Затем транзистор просто делает свое дело, пропуская ток, который является экспоненциальной функцией базового напряжения, примерно удваиваясь на каждый 1 В входного сигнала. Вот результат моделирования, где «X» — входное напряжение, а «Pr1.I» — выходной ток.

Сравнивая ток при входных значениях в целых вольтах, становится ясно, что он приближается к удвоению с каждым дополнительным вольтом на входе. Мы могли бы улучшить его, возможно, сделав один из резисторов переменным и подобрав его так, чтобы он как можно точнее соответствовал наклону до 1 В/октава.И обратите внимание, что это уже довольно хорошо отслеживает более пяти октав, и это даже не сложная схема. Большая часть волшебства заключается как раз в естественном поведении транзисторов.

Так почему бы просто не использовать эту схему? Зачем нужен более сложный экспоненциальный преобразователь? Некоторые схемы синтезатора, которым не требуется высокая точность экспоненциального преобразования, на самом деле используют что-то вроде этой схемы, но большинство, по крайней мере, буферизует входное напряжение через операционный усилитель. Простой резисторный делитель, управляющий транзистором, как показано здесь, обязательно имеет низкий входной импеданс, и поэтому без буфера его отслеживание будет чувствительным к тому, как на него влияет источник управляющего напряжения.Однако более важная причина дополнительной сложности сводится к «константам» a и b в уравнении тока транзистора I = exp( aV + b ).

Значения a и b на самом деле не являются константами. На самом деле, они оба сильно зависят от температуры. Если мы создадим и настроим такой простой некомпенсированный экспоненциальный преобразователь для точного отслеживания в один момент времени, как только температура транзистора изменится, даже на доли градуса, изменится его реакция на базовое напряжение.Выходной ток почти всегда будет подчиняться некоторой точной экспоненциальной функции базового напряжения, но , которая экспоненциальная функция зависит от температуры. Генератор, построенный на макетной плате с таким преобразователем, будет буквально расстраиваться на полтона или больше, когда вы дышите на него. И даже если он хранится в среде с тщательно контролируемой температурой, ток, проходящий через транзистор (особенно при более высоких уровнях тока), может сам по себе нагревать транзистор на небольшую, но важную величину, вызывая колебания температуры, которые искажают отслеживание.Так что для ответа, который будет точным и останется точным, нам нужно как-то справиться с эффектами изменения температуры.

Температурная компенсация нулевого порядка

В практических случаях самая большая проблема с температурой связана с величиной b в уравнении тока транзистора, представляющей общую шкалу тока через транзистор. Изменения в b приводят к смещению всех выходных токов (таким образом, частот, когда экспоненциальный преобразователь управляет частотой чего-либо) вверх или вниз с мультипликативным коэффициентом.С цепью, которая расстраивается, когда вы дышите на нее, на практике большая часть этого изменения высоты звука происходит из-за изменения b .

Таким образом, стандартный метод, используемый во всех транзисторных экспоненциальных преобразователях, кроме простейших, заключается в попытке косвенно измерить текущее значение b и отрегулировать напряжение, подаваемое на выходной транзистор, чтобы компенсировать любые изменения. Помните, что экспоненциальная характеристика тока транзистора работает в обоих направлениях.Мы можем привести базу к напряжению и увидеть экспоненциальный ток на выходе, но мы также можем заставить транзистор принять фиксированный ток и измерить напряжение на базе; и одна и та же экспоненциальная кривая, зависящая от температуры, применима в любом случае.

В этом моделировании источник постоянного тока потребляет 1 мА через транзистор с его базой, закрепленной на потенциале земли. Транзистор позволит своему эмиттеру упасть до любого (отрицательного) напряжения, необходимого для того, чтобы 1 мА был величиной тока, который он пропускает.Обычно нас интересует ток коллектора, а не ток эмиттера, но из-за значительного усиления тока транзистора ток эмиттера будет в основном таким же, как ток коллектора (незначительные потери тока через базу) и в любом случае до тех пор, пока сохраняется коэффициент усиления. более или менее постоянным, токи эмиттера и коллектора будут пропорциональны, что достаточно хорошо.

Если параметры транзистора изменяются, что обычно вызывается только изменением температуры, тогда напряжение на эмиттере будет меняться, чтобы не отставать.Вот результат моделирования, показывающий, как напряжение эмиттера в этой цепи («Ve.V» на графике) реагирует на температуру (градусы C, обозначенные «X» на графике).

Как видно из графика, напряжение база-эмиттер, необходимое для фиксированного тока 1 мА, довольно сильно изменяется в диапазоне от -20°C до +150°C. Реальные схемы синтезатора вряд ли будут работать в таком широком диапазоне температур (и в любом случае будут повреждены другими эффектами в верхней части этого диапазона), но даже в более практичном диапазоне, таком как от 10°C до 50°C, изменение является значительным.

Но в этой схеме представлен план действий по компенсации изменений параметров транзистора. Вместо того, чтобы иметь один транзистор для экспоненциального преобразования и рисковать изменением его параметров, мы будем использовать два. Это будут два транзистора одного типа, подобранные настолько точно, насколько это возможно. Мы постараемся, чтобы они находились при одной температуре и эксплуатировались одинаково. Идея состоит в том, что два транзистора должны реагировать на напряжение и ток как можно более похоже друг на друга.Затем мы пропустим фиксированный ток через один, измерим напряжение, необходимое для этого, и используем это напряжение, чтобы компенсировать масштабированное управляющее напряжение, которое мы подаем ко второму. Изменения в параметрах транзистора, в частности, количество b , тогда компенсируются.

Вот более узкий фрагмент схемы Томаса Генри, показывающий только двухтранзисторную часть температурной компенсации.

Обратите внимание, что это PNP-транзисторы; они хотят, чтобы их эмиттеры находились под небольшим положительным напряжением относительно их баз, в противоположность тому, как работают NPN-транзисторы в других моих примерах.Основная причина их использования здесь заключается в том, что разработчик хотел, чтобы это был источник тока , подающий ток на остальную часть генератора, который имеет вход с отрицательным напряжением.

Транзистор слева называется «эталонным» транзистором. Его база связана с потенциалом земли (0В). Основная цель операционного усилителя — поддерживать постоянный ток через эталонный транзистор. В этом приложении он называется «сервоусилителем». Помня, что операционные усилители пытаются заставить свои входы быть равными, если мы предположим, что операционный усилитель работает нормально, то, поскольку его положительный вход находится на уровне 0 В, то же самое должно быть и на его отрицательном входе, который является коллектором эталонного транзистора.Следовательно (имея в виду, что ток через входы ОУ и постоянный ток через С1 должны быть равны нулю), падение напряжения на R52 составляет 15В, ток через него по закону Ома 10мкА, и это тоже (коллектор) ток через эталонный транзистор. Операционный усилитель будет управлять своим собственным выходом по мере необходимости, чтобы заставить эмиттеры двух транзисторов работать с любым напряжением база-эмиттер выше 0 В, необходимым для поддержания тока 10 мкА, протекающего через транзистор этого типа. Когда параметры транзистора изменяются из-за температуры, напряжение будет регулироваться автоматически.

Примечание R23. Частью его назначения является ограничение тока через выход операционного усилителя TL074 и, следовательно, через транзисторы. Этот операционный усилитель может обеспечивать выходное напряжение до 12 В с током в десятки миллиампер и более. Этого может быть достаточно, чтобы повредить транзисторы, а резистор R23 не позволяет току выйти из-под контроля слишком далеко. Расчет того, что выходное напряжение и ток от TL074 должны быть меньше в нормальной рабочей точке , недостаточен для защиты транзисторов от переходных процессов во время запуска, условий реверса фазы и т. д.; Резистор R23 гарантирует безопасный ток при любом напряжении, на которое способен TL074.Однако еще более важной причиной использования резистора R23 является уменьшение коэффициента усиления по напряжению опорного транзистора. Опорный транзистор фактически представляет собой усилитель с общей базой. Небольшие изменения напряжения на его эмиттере преобразуются в большие изменения тока (через экспоненциальную функцию зависимости напряжения от тока), которые создают большие изменения напряжения при умножении на токозадающий резистор 1,5 МОм; таким образом, между эмиттером транзистора и отрицательным входом операционного усилителя может быть значительное усиление напряжения, что плохо для стабильности.Добавление резистора R23 уменьшает изменения напряжения на выходе операционного усилителя до гораздо меньших изменений на эмиттере транзистора, уменьшая коэффициент усиления по контуру. Конденсатор C1 также предназначен для повышения стабильности за счет обхода кратковременных выбросов, как обсуждалось в моей статье о конденсаторах стабильности операционных усилителей. Вместе резистор и конденсатор убивают усиление операционного усилителя на высоких частотах, предотвращая нежелательные колебания. Транзисторы внутри контуров обратной связи операционных усилителей часто являются источником проблем со стабильностью, и даже операционные усилители, которые идеально стабильны с пассивными резисторными цепями, обычно нуждаются в некоторой относительно агрессивной компенсации, когда внутри контура есть транзисторы.

Снова взглянув на схему, предположим, что соединение, помеченное IN, приводится в состояние 0 В остальной частью схемы. Тогда два транзистора будут находиться в одинаковых рабочих точках (за исключением возможных разных напряжений коллектор-эмиттер в зависимости от того, к чему подключен выход; мы предполагаем, что это не имеет значения, а на практике это очень мало). У них одинаковые напряжения база-эмиттер, и мы предполагаем, что они подчиняются одному и тому же экспоненциальному закону зависимости напряжения от тока. Транзистор слева пропускает фиксированные 10 мкА, поэтому и правый тоже должен передавать 10 мкА выходного тока на остальную часть схемы (которая оказывается ядром генератора).Если температура изменяется, то меняется и закон зависимости напряжения от тока, поэтому операционный усилитель должен привести напряжения база-эмиттер обоих транзисторов к новому значению. Но если транзисторы остаются согласованными и имеют одинаковую температуру друг с другом, они будут продолжать проходить 10 мкА. Эффект изменения температуры нивелируется!

Предположим, что не показанная входная цепь управляет соединением IN с напряжением +18 мВ. Напряжение база-эмиттер эталонного транзистора имеет неизвестное значение в диапазоне около 0.7В, при любом напряжении транзистор такого типа будет вырабатывать 10 мкА. Напряжение база-эмиттер выходного транзистора теперь составляет минус 18 мВ, потому что внешняя цепь приближает базу к положительному напряжению эмиттера. Следовательно, напряжение база-эмиттер выходного транзистора таково, что транзистор этого типа в этих условиях производит половину тока коллектора от 10 мкА, то есть 5 мкА. Точно так же, если соединение IN настроено на -18 мВ, напряжение база-эмиттер для выходного транзистора будет на 18 мВ больше, чем у эталонного транзистора, а выходной ток будет 20 мкА.

То, что на самом деле подключено к разъему IN, представляет собой инвертирующий усилитель на операционном усилителе с небольшим отрицательным коэффициентом усиления (-0,018). Каждый раз, когда входной сигнал V/oct в модуль увеличивается на 1 В, выход этого усилителя понижает базу транзистора на 18 мВ, удваивая выходной ток. А вариации величины b в законе зависимости напряжения от тока транзистора компенсируются. Полученный в результате экспоненциальный преобразователь V/oct гораздо менее чувствителен к изменениям температуры, чем вариант с одним транзистором.

Есть некоторые морщины, с которыми нужно разобраться. Во-первых, важно поддерживать одинаковую температуру двух транзисторов. В идеале это должны быть два транзистора, построенные рядом на одной микросхеме. Кристаллы кремния, из которых обычно изготавливаются ИС, обладают чрезвычайно высокой теплопроводностью (они химически подобны алмазу, другому материалу с очень высокой теплопроводностью), поэтому транзисторы на одном кристалле остаются хорошо согласованными по температуре. Между прочим, это одна из причин, по которой «дискретные операционные усилители» — это в значительной степени вздор.В операционных усилителях используются токовые зеркала, для которых нужны согласованные транзисторы с согласованными температурами, и просто невозможно действительно точно поддерживать одинаковую температуру транзисторов, когда они представляют собой дискретные транзисторы в отдельных корпусах. «Дискретные операционные усилители», несмотря на то, что они продаются неосторожным по высокой цене, практически никогда не смогут достичь производительности лучших операционных усилителей на интегральных схемах. В моих собственных коммерческих разработках на дискретных транзисторах, таких как Transistor ADSR, транзисторы используются по-разному, и они не зависят от согласования, как в конструкции операционного усилителя.Тем не менее, может быть трудно найти интегрированные согласованные пары транзисторов, подходящие для использования в синтезаторных экспоненциальных преобразователях, особенно при балансировке других целей, и поэтому в этом приложении иногда приходится обходиться парами дискретных транзисторов. Мне нравится связывать их вместе кабельной стяжкой, как на этом подробном фото из сборки Leapfrog VCF. В некоторых из моих последних сборок Leapfrog я также добавлял каплю клея сверху, просто чтобы кабельная стяжка не соскальзывала вбок, поскольку существуют ограничения на то, насколько туго я могу затянуть ее, не рискуя повредить компоненты.

Еще одна проблема связана с тем, как именно управляющее напряжение подается на пару транзисторов. Я сознательно выбрал схему ГУН Томаса Генри 555 для своего примера, потому что в ней используется инвертирующий усилитель на входе (что является популярной конструкцией и имеет большой смысл как относительно надежный способ применения операционного усилителя), а также применяется управляющее напряжение на выходной транзистор , что, я думаю, легче понять в объяснении базового уровня. Но если у нас есть выбор, на самом деле может быть лучше соединить базу выходного транзистора непосредственно с землей и подать (правильно масштабированное и, возможно, инвертированное) управляющее напряжение на базу эталонного транзистора .Таким образом инвертируется смысл управляющего напряжения — это означает, что управляющее напряжение должно двигаться в противоположном направлении, чтобы вызвать такое же изменение конечного выходного тока. В зависимости от типа схемы на входе, типа схемы, потребляющей выход, и того, являются ли транзисторы типа NPN или PNP, это может быть преимуществом. Это также может означать необходимость одной инверсии более или менее во входной схеме, чтобы заставить вход всей схемы двигаться в правильном направлении.

Как описывает Рене Шмитц в своей широко цитируемой статье об экспоненциальных преобразователях, подача управляющего напряжения на опорный транзистор означает, что входное сопротивление выше и более предсказуемо; входная цепь должна обеспечивать постоянную часть тока через любой транзистор, который она управляет, что в основном является постоянным и, вероятно, небольшим для эталонного транзистора, но может быть намного больше для выходного транзистора, когда выходной ток высок и зависит от выходной ток.Я не уверен, что это действительно имеет большое значение в наиболее типичном приложении, где схема, управляющая транзистором, представляет собой операционный усилитель с большим запасом мощности по току.

Масштаб эталонного тока должен быть сопоставим со шкалой выходного тока, насколько это возможно. Хотя температура является основной причиной изменения параметров транзистора, параметры также немного зависят от общего уровня тока, поэтому, если ток одного транзистора сильно отличается от тока другого, транзисторы не будут согласованы, поэтому близко.Ток, особенно на более высоких уровнях, также влияет на температуру из-за самонагрева, поэтому, если ток в двух транзисторах можно поддерживать примерно одинаковым, легче поддерживать их при одинаковой температуре. По этим причинам я обычно разрабатываю свой опорный ток таким образом, чтобы выходной ток был примерно в (логарифмической) середине частотного диапазона или, может быть, немного выше этого. Микросхемы LM13700, используемые как в этом ГУН, так и во многих моих собственных разработках, принимают абсолютный максимальный управляющий ток 2 мА, и я обычно стремлюсь к опорному току около 100 мкА.Я действительно удивлен, увидев, что эталонный ток выбран настолько низким, как 10 мкА в 555 VCO. Я не знаю, каковы были причины такого решения.

Наконец, и самое главное: эта двухтранзисторная конструкция компенсирует изменение значения b (смещение функции «напряжение-ток») с температурой, когда управляющее напряжение, подаваемое на пару транзисторов, равно нулю, но не компенсирует вообще для изменений в и (шкала функции напряжение-ток, влияющая на высоту тона при других управляющих напряжениях).При таком уровне компенсации дыхание в контуре, вероятно, не сильно расстроит его, но видимый размер октав и других интервалов — отношение вольт к октавам, которое люди называют «отслеживанием», — все еще может меняться в зависимости от температуры; и слушатели чувствительны к этому. Для действительно серьезного использования музыки нам нужен как минимум еще один слой температурной компенсации.

Температурная компенсация первого порядка

Помните, что управляющее напряжение V/oct проходит через усилитель с коэффициентом усиления (в данном случае) -0.018 для преобразования стандартных управляющих напряжений 1 В/октаву в 18 мВ/октаву, необходимые для транзисторов. Когда изменения температуры означают, что изменяется величина a, практическим следствием является изменение величины «18 мВ». Когда транзисторы холодные, им может потребоваться только 17 мВ/окт. В горячем состоянии им может потребоваться 19 мВ. Изменение напряжения, необходимое для удвоения выходного тока, пропорционально абсолютной температуре (то есть температуре выше абсолютного нуля). Схемы синтезатора обычно работают при температуре около 300 К (300 Кельвинов, примерно 27 ° С), что немного выше типичной температуры в помещении.Изменение температуры на 1 градус на этом уровне означает изменение на 0,33%, или 3300 частей на миллион, как обычно измеряется (частей на миллион), в напряжении, необходимом для удвоения тока.

Мы уже смещаем управляющее напряжение для учета изменений температуры с помощью сервооперационного усилителя. Можно было бы представить себе наличие двух эталонных транзисторов с током, скажем, 100 мкА и 200 мкА, измерение разницы напряжений между ними и масштабирование управляющего напряжения в соответствии с этой разницей напряжений.Действительно, такие схемы были построены. Но более распространенный способ сделать это немного проще: построить входной усилитель, коэффициент усиления которого также меняется в зависимости от температуры, чтобы соответствовать изменяющимся температурным требованиям пары транзисторов. Вот входной усилитель CV от 555 VCO.

Левая сторона схемы может показаться сложной, но это только потому, что она имеет несколько входов: базовое напряжение управления шагом V/oct; вход «экспоненциальный FM», который представляет собой просто еще один разъем с потенциометром для ослабления; и две ручки ручного управления для грубого и точного начального шага.Интересной частью является резистор 2k в цепи обратной связи. Важным сигнальным путем здесь является путь от входа V/oct, который имеет резистор 100 кОм, сбалансированный с этим резистором 2 кОм, для усиления -0,020. Выходное напряжение операционного усилителя номинально составляет 20 мВ/октаву, которое уменьшается подстраиваемым делителем напряжения на выходе до требуемых 18 мВ/октаву для пары транзисторов.

Но это не просто обычный резистор; он чувствителен к температуре. В отличие от обычных резисторов, которые предназначены для поддержания постоянного сопротивления при различной температуре (и делают это более или менее хорошо в зависимости от того, сколько вы готовы заплатить за эту функцию), резистор R11 предназначен для изменения своего сопротивления в зависимости от температуры в помещении. предсказуемый способ.Как показано на диаграмме, он имеет температурный коэффициент +3500 частей на миллион на градус Цельсия. При повышении температуры значение этого резистора должно увеличиваться с такой скоростью; когда он идет вниз, он должен уменьшаться. Коэффициент усиления схемы операционного усилителя пропорционален текущему значению этого резистора, поэтому он должен (насколько это возможно) масштабироваться до напряжения, требуемого транзисторами.

Необходимо, чтобы термочувствительный резистор поддерживал ту же температуру, что и два транзистора.Если вы посмотрите на мою фотографию экспоненциального преобразователя Leapfrog, вы заметите маленький синий термистор в объятиях кабельной стяжки вместе с двумя транзисторами.

Почему на диаграмме указано +3500ppm, хотя ранее я говорил, что необходимо +3300ppm? Одной из причин может быть то, что этот проектировщик рассчитывал на основе более низкой оценки комнатной температуры. Если бы цепь работала при температуре около 12°C вместо 27°C, то необходимая коррекция составила бы +3500 ppm на градус C. Это подчеркивает одно ограничение этого подхода: даже если мы получим правильный температурный коэффициент для компенсации колебаний вокруг одной температуры, скорость изменения также меняются с температурой, и поэтому коррекция может потребовать дополнительных поправок, когда она распространяется на широкий диапазон температур.

Но более важная проблема и, вероятно, реальная причина, по которой на диаграмме указано +3500ppm, заключается в том, что получить именно тот тип термокомпенсирующего резистора (или «tempco»), который вы рассчитали, вы хотите, сложно , а иногда и невозможно. Возможно, вы не сможете просто пойти и купить термокомпенсирующий резистор +3300 ppm 2k, особенно если вы также хотите, чтобы он имел правильный физический размер и форму, чтобы соответствовать вашей плате. Вполне возможно, что +3500 ppm был самым близким из тех, которые Томас Генри смог найти в продаже по разумной цене и отвечающим другим его требованиям.В таких случаях мы используем лучшее совпадение, которое можем найти, и надеемся, что оно даст довольно хорошую компенсацию, даже если оно не идеально.

Также можно построить подобную схему, используя термочувствительный резистор другого типа, который уменьшает (а не увеличивает) свое сопротивление при повышении температуры. Это называется термистором NTC, что означает «отрицательный температурный коэффициент». Я использовал этот подход в Leapfrog VCF — синяя деталь на фотографии — это термистор NTC — и я написал об этом отдельную статью.Сеть резисторов выглядит по-другому с термистором в другом месте, но основная идея создания усилителя, коэффициент усиления которого изменяется в зависимости от температуры, чтобы соответствовать требованиям транзисторов, остается прежней. Преимущества заключаются в том, что термисторы NTC могут быть дешевле, их вообще легче найти или их температурные коэффициенты (которые, как и все параметры, подлежат производственному допуску) могут более строго контролироваться.

Высокочастотный трим

В экспоненциальном преобразователе 555 VCO есть еще один уровень компенсации, и он также характерен для многих других подобных конструкций.До этого момента я предполагал, что цель состоит в том, чтобы обеспечить выходной ток, который точно отслеживает входное значение V/oct: то есть подчиняется экспоненциальной функции с удвоением выходного сигнала при каждом увеличении вольта на входе. Транзисторы по своей природе точно подчиняются экспоненциальному закону зависимости напряжения от тока, поэтому мы начнем с одного из них. Но затем, из-за зависимости от температуры, должно быть смещение, контролируемое температурой (применяемое с помощью сервооперационного усилителя после его измерения вторым идентичным транзистором), и масштабирование с регулируемой температурой, применяемое с использованием чувствительного к температуре компонента на входе. усилитель звука.Результирующее преобразование напряжения в ток является достаточно точным даже при изменении температуры и подходит для управления чем-то вроде ядра генератора, который линейно преобразует ток в частоту.

Но на практике само ядро ​​генератора может быть не совсем линейным! Для типичных ГУН, которые работают, заполняя конденсатор и затем разряжая его, время разряда обычно не меняется или меняется незначительно в зависимости от рабочей частоты. По мере увеличения частоты время разряда становится все большей и большей частью общего времени цикла, и поскольку ток, подаваемый в сердечник во время разряда, обычно теряется, реакция сердечника на входной ток может быть нелинейной.Обычная картина заключается в том, что на самых высоких частотах отслеживание становится немного плоским, а выходная частота меньше, чем мы могли бы предсказать, это должно быть основано на соотношении ток-частота, применимом на более низких частотах. Даже когда ГУН не управляется, где время сброса является проблемой, сам экспоненциальный преобразователь может иметь тенденцию создавать аналогичный эффект. «Объемное» сопротивление транзисторов, эквивалентное нескольким омам последовательно с каждым эмиттером, приводит к тому, что они отклоняются от своего идеального экспоненциального поведения при высоком токе, что в целом приводит к уменьшению выходного тока. немного ниже, чем должно быть.Практический эффект от отслеживания аналогичен эффекту времени сброса ядра осциллятора: оно становится немного плоским в верхней части частотного диапазона.

Принимая во внимание, что этот экспоненциальный преобразователь не просто стоит сам по себе, а существует для поддержки ядра генератора, имеет смысл использовать экспоненциальный преобразователь для повышения производительности генератора. В ГУН 555 сделано то же самое, что и во многих популярных конструкциях: есть дополнительный путь обратной связи, который немного увеличивает усиление на самых высоких частотах.Этот дополнительный путь выделен ниже.

Напряжение на выходе сервооперационного усилителя пропорционально входному управляющему напряжению, поэтому логарифмично по выходному току и частоте. При низких рабочих частотах, а значит, и при малых выходных токах, напряжение база-эмиттер эталонного транзистора будет меньше, чем одно обычное «диодное падение», и диод D1 не сможет пропускать ток. С увеличением рабочей частоты напряжение база-эмиттер будет возрастать логарифмически, и D1 начнет включаться, хотя реально протекающий через него ток будет весьма ограничен падением напряжения на подстроечном резисторе R36.Дело в том, что на вершине R36 будет практически нулевое напряжение, за исключением верхней части частотного диапазона, где оно начнет медленно увеличиваться с частотой. Регулируемая часть этого напряжения подается через резистор R51 номиналом 1 МОм обратно во входной усилитель . Итак: на низких частотах схема подстройки ВЧ не будет работать. На высоких частотах он поднимет частоту еще выше на небольшую и контролируемую величину. Это то, что нам нужно, чтобы противодействовать нелинейности текущей реакции ядра осциллятора.Легко представить, что если увеличение частоты приведет к дальнейшему увеличению частоты, это может привести к тому, что все это выйдет из-под контроля и зафиксируется на максимальной частоте; но на самом деле усиление этого пути обратной связи настолько мало, что он не может этого сделать. Он лишь немного изгибает кривую вверх в области высоких частот.

Для полноты картины я должен упомянуть линейную ЧМ-схему, которую я вырезал из большинства других своих диаграмм, но которая показана на этой. Он работает путем подтасовки эталонного тока в паре транзисторов: напряжение на входе линейной частотной модуляции пропускает дополнительный ток через эталонный транзистор или удаляет его часть, а поскольку выходной ток определяется как кратное эталонному току, это автоматически масштабирует выходной сигнал. ток по желанию.Этот вход связан по переменному току с конденсатором, чтобы смещения постоянного тока на нем не испортили калибровку остальной части преобразователя. Это довольно стандартный способ сделать это в схемах аналогового экспоненциального преобразователя, и его можно было бы легко опустить в конструкции, не требующей функции линейной ЧМ. Обратите внимание, что этот базовый линейный FM-вход не может выполнять модуляцию «через ноль»; если приложить достаточное напряжение, чтобы уменьшить опорное значение и, следовательно, выходные токи до нуля, они не упадут ниже нуля.Экспоненциальный преобразователь не начнет пропускать ток в обратном направлении, и сердечник ГУН не будет работать в обратном направлении. Реализация линейной частотной модуляции через ноль требует более сложной конструкции как экспоненциального преобразователя, так и ядра генератора.

Я описал работу типичного экспоненциального преобразователя из реальной жизни, начав с упрощенной игрушечной схемы, а затем добавляя каждый слой, интуитивно объясняя, зачем он нужен. Схемы такого типа встречаются во многих конструкциях синтезаторов, и стоит иметь некоторое представление о том, как они работают.

◀ PREV Повышение уровня упрощения схемы || Обновления и разработка новых модулей СЛЕДУЮЩАЯ ▶

Комментарии

2-транзисторный черный регулятор

[Вернуться на главную страницу]

www.RomanBlack.com

2-транзисторный регулятор Black
Очень дешевый высокопроизводительный импульсный регулятор +5 В
Roman Black — август 2006 г. (оригинал ноябрь 2001 г. и сентябрь 2002 г.)

Что это?

Это двухтранзисторная схема, которую можно использовать для замены стабилизатора +5 В или регулятор +12В и т.д.

Может обеспечивать преобразование 12 В в 5 В, 24 В в 12 В (или другое напряжение). Это импульсный регулятор , что означает, что он очень эффективен при преобразование напряжения, и будет использовать намного меньший входной ток, чтобы обеспечить одинаковый выходной ток. Во многих портативных приложениях это может быть намного лучше. выбор, чем стабилизатор 7805 +5 В, обычно используемый любителями.

Как это работает

2-транзисторный регулятор Black разрабатывался в течение 12 месяцев из оригинальный 2-транзисторный схема smps разработан Ричардом Оттосеном.

Я сделал основной редизайн в сентябре 2002 года с целью уменьшения детали учитываются до абсолютного минимума по количеству и цене, а также пытаясь добиться эффективности переключения и регулирования так же хорошо, как многие смс чипы. Результаты были неплохими.

Это основной сигнал переключения с регулятором Black. работает с КПД 93,1%. Время вертикального переключения настолько быстрое, что увеличьте его яркость.

Схема представляет собой двухтранзисторный понижающий генератор, который колеблется вокруг свойства катушки индуктивности L1. Цепи Smps buck накапливают энергию переключения в магнитном поле катушки индуктивности.

По этим причинам он очень эффективен;

  • Очень быстрое время переключения
  • Очень низкое напряжение насыщения на главном выключателе Q1
  • Почти весь ток, потребляемый схемой, так или иначе поступает на выход
  • Конденсаторы обеспечивают «период выключения по времени» моностабильным образом, подобно чипам smps

    Цикл работы

    4 фазы цикла можно увидеть на графике выше;
    (Осциллограмма напряжения в точке Z (напряжение Зенера) 1 деление = 1 В)

  • Плоская часть вверху — фаза включения (стабилитрон =5.6т)
  • Резкое падение напряжения с 5,6 В до 3 В является фазой ВЫКЛЮЧЕНИЯ.
  • Темп – это фаза ВЫКЛ (моностабильная задержка по времени)
  • Крошечный сосок вверху — это короткая фаза ВКЛЮЧЕНИЯ

    Преимущества черного регулятора

  • Стоимость деталей очень низкая, 2 дешевых транзистора вместо чипа smps
  • Очень высокая эффективность (равная или выше, чем у многих чипов smps)
  • Хорошее регулирование
  • Конструкция с общим заземлением (3-контактный регулятор, может заменить 7805)
  • Отлично работает с широким диапазоном катушек индуктивности (т. е. с любой дешевой дополнительной катушкой индуктивности)
  • Широкий плоский диапазон мощности (зона максимальной эффективности)
  • Выдерживает высокое входное напряжение (выше, чем у 7805 и большинства чипов smps)
  • Хорошая помехоустойчивость на входе или выходе
  • Все детали обычные (обломков не найти)

    Предварительно протестированные цепи регулятора черного цвета;

    Каждая из следующих цепей была предварительно протестирована и оптимизирована. Все включает схему, список деталей, стоимость деталей, фото, результаты испытаний, диаграммы. Затраты на запчасти указаны по низким ценам.

    Выход +5 В Черный регулятор — Низкая стоимость

    Выход +5 В Черный регулятор — хорошее регулирование

    Выход +5 В Черный регулятор — универсальный

    Выход +12 В Черный регулятор — высокоэффективный

    Выход +12 В Черный регулятор — высокая эффективность + ограничение тока

    Также; мой повышающий преобразователь +5В в +12В ЗДЕСЬ

    НОВИНКА!!! Высокоэффективные импульсные импульсные драйверы для мощных белых светодиодов

    НОВИНКА!!! Использование одного PIC в качестве SMPS

    НОВИНКА!!! 12 декабря 2011 г. — 3-транзисторный генератор ОТРИЦАТЕЛЬНОГО напряжения

    Использование высокого напряжения

    У меня есть вопросы относительно использования регулятора Black для высокого напряжения, то есть 40v до возможно 120v или так.Вход высокого напряжения является одной из областей, где это Схема действительно может превзойти специализированные микросхемы smps (или стабилизатор 78xx). чипы), так как эти чипы редко принимают входное напряжение выше 30В или 40В.

    Если вы хотите использовать регулятор Black для высоковольтных цепей I предложить следующее:

  • Убедитесь, что Vce Q1 и Q2 на 50 % выше, чем входное напряжение
  • Используйте Дарлингтон для Q1, так что вы можете использовать резистор с большим значением для R2 для поддержания низкого рассеивания R2
  • D1 должен иметь номинальное значение Vr на 50 % выше входного напряжения, шоттки, вероятно, не подойдет.Попробуйте 1N4937; 600В 1А быстродействующий диод
  • Увеличение сопротивления RZ
  • Уменьшить C1 и C2 по мере увеличения RZ
  • Может потребоваться резистор, включенный последовательно с C2.
  • Потребуется повторная настройка соотношения C1:C2, используйте гораздо меньший C2
  • R2 и RZ, возможно, должны быть типа 0,5 Вт или 1 Вт — проверьте нагрев
  • Используйте предохранитель на входе цепи!

    Простая фиктивная нагрузка

    Это простая фиктивная нагрузка , которая дает почти постоянный ток представление.На пайку ушло около минуты, и получился отличный регулируемая фиктивная нагрузка для тестирования цепей до 300 мА. Используйте резистор 4,7 Ом 5 ​​Вт, если вам нужна нагрузка до 700 мА, я просто припаял резистор 10 Ом на другом резисторе для получения обоих диапазонов. Любой большой транзистор NPN должен работать.

      Переменная эквивалентная нагрузка постоянного тока; 
    (требуется также регулируемое питание +5 В).
    
    Чернить
    регулятор
    Выход   ------------,
                         |
                         |
    +5В --------, |
                 | |
                 | | НПН
       500 Ом R C TIP3055
          горшок R 

    — конец —

    [Вернуться на главную страницу]

  • Силовая электроника — обзор

    4 Применение в мостовых схемах

    Другой еще более популярной схемой в силовой электронике является мост с транзистором верхнего и нижнего плеча, как показано в пунктирном прямоугольнике на рис.7A или B. Эта топология может обеспечить больше функциональных возможностей, чем тандем транзистор/диод, рассмотренный ранее, благодаря способности двух транзисторов выталкивать и вытягивать. Высоковольтные мостовые схемы традиционно изготавливаются из кремниевых биполярных транзисторов с изолированным затвором (IGBT), которые не имеют обратной проводимости, независимо от того, открыт затвор или нет, поэтому требуются дополнительные встречно-параллельные обратные диоды (D 1 ). и D 2 ), как видно на фиг. 7А. Это, а также тот факт, что ток в БТИЗ должен проходить через P-N-переход даже при прямой проводимости, диктует, что в мостах БТИЗ всегда присутствует значительное падение напряжения на диоде V F , что делает их непригодными для приложений с очень высоким КПД.Свойства проводимости полевых транзисторов, включая все полевые МОП-транзисторы и устройства на основе GaN, отличаются от свойств проводимости IGBT, как описано ниже. (1) Когда затвор включен, они обеспечивают прямую и обратную проводимость с низким R ON и без какого-либо падения напряжения на диоде. (2) Когда затвор выключен, они по-прежнему обеспечивают функциональную обратную проводимость различными способами: (i) MOSFET: через корпусной диод, (ii) GaN-каскод: через корпусной диод E-LVM последовательно с D- Канал HVH и (iii) GaN E-mode: путем включения E-HVH с более высоким падением напряжения, чем пороговое значение V TH .Низкоомная проводимость как в прямом, так и в обратном направлении при включенном затворе обеспечивает очень низкие потери проводимости, в то время как функциональная обратная проводимость при выключенном затворе обеспечивает эквивалентную функцию безынерционного диода при индуктивном переключении (будет объяснено далее) . Таким образом, полумосты из полевых МОП-транзисторов и устройств на основе GaN потенциально могут обеспечить превосходную производительность без необходимости использования внешних диодов с дополнительными емкостями перехода. Большинство полумостовых схем работают в режиме жесткой коммутации, где важен низкий Q RR , что объясняет, почему был разработан специальный Si MOSFET типа CFD с более чем 10-кратным улучшением выходного FOM2 = R ON Q RR по сравнению с универсальных устройств типа CP/C6/C7 (табл. 2).Устройства GaN обеспечивают еще одно > 10-кратное улучшение, дальнейшее совершенствование свойств этой топологии и помощь в расширении ее приложений.

    Рис. 7. Полумост с двумя транзисторами (внутри пунктирного прямоугольника), настроенный как повышающий преобразователь с использованием (A) IGBT с внешними диодами и (B) только MOSFET.

    Процесс работы полумоста на MOSFET, сконфигурированного как повышающий преобразователь в режиме синхронного выпрямления (sync-rec), описан на рис. 8, где задействованы только компоненты сплошными линиями, а компоненты в серые/пунктирные линии выключены.Цикл переключения начинается с состояния (A), когда Q 1 включен, а Q 2 выключен; ток подается на индуктор L для поглощения энергии от входного источника на V IN . Переход от состояния (A) к (B2) представляет собой переходный процесс, когда Q 1 выключается, а внутренний диод Q 2 обеспечивает функцию свободного хода для беспрепятственного прохождения тока дросселя. Обратите внимание, что в состоянии (B1) оба транзистора «выключены» управлением затвором, поэтому это называется состоянием «мертвого времени».Оно длится очень небольшую часть периода переключения, поэтому мало влияет на потери проводимости, даже если падение обратного напряжения на Q 2 велико. После мертвого времени теперь можно безопасно включить Q 2 , чтобы войти в состояние (C), где ток перенаправляется в канал, чтобы устранить падение диода для наиболее эффективной передачи энергии от катушки индуктивности L к выходу. Это состояние является основным отличием от транзисторно-диодного повышающего преобразователя на рис. 2, где падение напряжения на диоде приводит к более высоким потерям проводимости.Следующим является второе переходное или мертвое состояние (B2), когда Q 2 выключен и ток проходит через его внутренний диод. Переход из состояния (B2) обратно в состояние (A) — это событие включения с жесткой коммутацией, при котором возникает большая часть коммутационных потерь. Детали процесса такие же, как на рис. 3, где Q RR устройства свободного хода (которое в данном случае Q 2 вместо D 1 ) играет решающую роль в контроле потерь при переключении.

    Рис. 8. Рабочие состояния полумостового повышающего преобразователя в режиме синхронного выпрямления с жесткой коммутацией.

    Для изучения производительности устройств на основе Si и GaN в полумостовой схеме был сконструирован мощный повышающий преобразователь для работы с различными устройствами в корпусах TO247 с соответствующим напряжением возбуждения затвора и резистором затвора, подходящим как для Si, так и для широкополосных щелевые устройства. Мертвое время было установлено на 0,3 мкс, чтобы безопасно покрыть время задержки всех устройств. На рис. 9 показаны результаты испытаний на частотах 50 и 100 кГц при использовании двух кремниевых полевых МОП-транзисторов 650 В/37 мОм типа CFD (перечислены в таблице 2). Видно, что эти кремниевые устройства, разработанные для низкодобротных RR , довольно хорошо работают на частоте 50 кГц, обеспечивая пиковую эффективность 98.45% при 2,5 кВт и без проблем обеспечивает выходную мощность 4 кВт. Однако при увеличении модуляции до 100 кГц потери резко возрастают, а эффективность снижается до 96,9 %. Как следствие, температура перехода устройства нижнего плеча Q 1 достигает максимального значения 2,5 кВт, что снижает мощность преобразователя на 37%. Неспособность обеспечить КПД > 99 % при частотах > 50 кГц серьезно ограничивает его применение.

    Рис. 9. Характеристики полумостового повышающего преобразователя с использованием двух кремниевых МОП-транзисторов CFD-типа 650 В/37 мОм в корпусе TO247, работающих в режиме синхронной записи с жестким переключением с коэффициентом усиления 240 В:400 В при 50 и 100 кГц.

    При замене двумя устройствами GaN 650 В/33 мОм (перечислены в таблице 2) и неизменной рабочей частоте 100 кГц преобразователь резко преображается, как показано на рис. 10. Пиковый КПД достигает 99,2 % при 2,7 кВт из-за к резкому снижению потерь мощности, что также повышает выходную мощность выше 6,5 кВт. Этот уровень повышения производительности не имеет себе равных в других топологиях. Автор считает, что сочетание силы GaN и широкой применимости полумостовых схем с жесткой коммутацией оказывает глубокое влияние, стимулируя внедрение и расширение новой технологии устройств.

    Рис. 10. Сравнение характеристик полумостового повышающего преобразователя с каскодом GaN HEMT 650 В и кремниевых МОП-транзисторов типа CFD в корпусе TO247, работающих в режиме синхронной записи с жестким переключением и коэффициентом усиления 240 В:400 В при 100 кГц.

    Чтобы понять факторы, способствующие повышению производительности, были проведены тесты индуктивного переключения с теми же условиями привода затвора, что и тесты преобразователя: (1) V G : 12 В вкл. и 0 В выкл.; (2) R G : 5 Ом для Si MOSFET для ограничения d(I D )/dt до 90 % от максимального номинала при 900 A/мкс, и 30 Ом для GaN HEMT каскода для управляемого электромагнитного излучения на опыт применения.Осциллограммы V D и I D Q 1 показаны на рис. 11, где устройство включается на шкале времени 3,8–4 мкс и выключается через 4,5 мкс. Поразительным отличием является большой всплеск тока при включении для Si-устройства, который возникает из-за высокого значения Q RR , составляющего 1,6 мкКл, по сравнению с Q 1 , когда оно работает как устройство свободного хода. Это немного отличается от 1,9 мкКл в Таблице 1, возможно, из-за разницы в условиях испытаний. Q RR устройства GaN равен 0.16 мкКл, снижение в 10 раз. Во время выключения GaN также демонстрирует более быструю коммутацию при > 2000 А/мкс, что приводит к гораздо меньшему перекрытию тока и напряжения.

    Рис. 11. Формы сигналов индуктивного переключения в полумостовой схеме при 19 А при включении и 28 А при выключении с использованием (A) Si MOSFET типа CFD 37 мОм/650 В и (B) 33 мОм/ Каскод GaN HEMT 650 В. Основное отличие заключается в пике тока большой площади при включении устройства на основе кремния из-за его высокого заряда обратного восстановления Q RR , равного 1600 нКл, в то время как у устройства на основе GaN оно составляет 160 нКл, что в 10 раз больше.

    Имея захваченные формы сигналов, можно легко рассчитать потери при переключении в зависимости от тока катушки индуктивности путем интегрирования произведения ток-напряжение. Результат показан на рис. 12А и В. Обратите внимание, что масштабы потерь энергии различаются в шесть раз, в то время как линии общих потерь энергии расположены одинаково, что четко указывает на шестикратное уменьшение общих потерь на переключение с GaN. При детальном рассмотрении потери при включении уменьшаются примерно в семь раз, что меньше, чем снижение в 10 раз у Q RR .Это связано с тем, что даже если он равен нулю, все равно происходит перекрытие V D и I D из-за необходимости, чтобы Q 1 принимал на себя ток дросселя до того, как V D выйдет из строя ( см. рис. 3 и 11). Потери при выключении уменьшаются примерно в пять раз с GaN, что связано с уменьшением в 3,8 раза Q OSS и более высокой скоростью GaN.

    Рис. 12. Потери при переключении в зависимости от тока, рассчитанные по сигналам индуктивного переключения с использованием (A) Si MOSFET типа CFD 37 мОм/650 В и (B) каскода GaN HEMT 33 мОм/650 В.Обратите внимание, что масштабы потерь энергии различаются в шесть раз, в то время как линии потерь расположены одинаково, что указывает на уменьшение коммутационных потерь при использовании GaN примерно в 6 раз.

    Вышеприведенный анализ объясняет, что повышение эффективности с 96,9% до 99,2% и увеличение выходной мощности с 2,5 до 6,5 кВт на частоте 100 кГц связано с шестикратным снижением коммутационных потерь в результате 10-кратного уменьшения Q RR наряду со значительно меньшим Q OSS и более высокой скоростью. Вторым подтверждением будет тестирование преобразователя с GaN на частоте 300 кГц и сравнение его с преобразователем с Si.Это было сделано без оптимизации мертвого времени и катушки индуктивности, что показало пиковую эффективность > 98,2 % и выходную мощность > 5 кВт. Эта эффективность при шестикратном увеличении частоты хорошо соответствует эффективности CFD Si MOSFET на частоте 50 кГц, если принять во внимание повышенные потери в пассивных компонентах и ​​увеличенный коэффициент мертвого времени в течение периода переключения с 50 до 300 кГц. Синхронное выпрямление с полумостами ниже 30 В на частоте > 300 кГц с использованием Si MOSFET было популярно среди поставщиков электроэнергии; расширение области применения до 400 В и > 5 кВт на таких высоких частотах является важным достижением этой топологии с GaN.

    Первым отчетом о применении полумоста на основе GaN с жесткой коммутацией на более высоких, чем обычные, частотах (100 кГц вместо < 16 кГц) был инвертор трехфазного двигателя с чистой синусоидальной выходной мощностью до 2 кВт в 2012 г. (Ву и др., 2012 г.). В 2013 году сообщалось о внедрении этой топологии в настоящий безмостовой преобразователь частоты переменного и постоянного тока Totem-Pole для достижения эффективности 99% (Wu and Zhou, 2013). Источники питания титанового класса с GaN Totem-Pole PFC внутри были выпущены на промышленный рынок в 2017 году (http://www.semiconductor-today.com/news_items/2017/may/transform_160517.shtml) и на потребительский рынок в 2018 году (http://www.semiconductor-today.com/news_items/2018/jan/transform_0

    .shtml).

    Как и в случае топологии транзистор-диод, мостовая схема GaN также продемонстрировала преимущества в резонансных схемах, таких как преобразователи постоянного тока LLC, но преимущество более существенно при рабочих частотах выше 500 кГц (Zhang et al.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.