Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



глубоким его насыщением, можно уменьшить падение напряжения в выходной цени ключа за счет увеличения мощности в цепи управления. Управляющее напряжение лодводитоя между базой первого транзистора и эмиттером второго. Для «пассивного» запирания составного транзистора необходимо включить резисторы между базой и эмиттером каждого транзистора.

Un Q -

Рис. 3.39. Схема параллельного включения транзисторов, обеспечивающая уменьшение динамических перегрузок при их отключении

Рис. 3.40. Схема составного кл» ча на транзисторах одинаковой структуры

Применение транзисторов различной структуры позволяет (не изменяя усилительных свойств и энергетических соотношении) изменить место включения управляющего источника напряжения: между базой первого транзистора и коллектором второго (рис. 3.41). Такая схема по способу управления эквивалентна транзистору р-п-р, хотя оконечный транзистор имеет структуру п-р-п. Очевидно, что в приведенных схемах транзисторы различной структуры можно менять местами с одновременным изменением полярностей напряжении и направлений протекания токов.

Рис. 3.41. Схема составного ключа на транзисторах различной структуры

Рис. 3.42. Схема составного ключа на трех транзисторах одинаковой структуры

На рис. 3.42 изображена схема из трех транзисторов одинаковой структуры. Прн Lk.6i = 0 напряжение >Un.33=Ur,.3\+U5.32 + Uo.a3, для кремниевых транзисторов 6к.эз = 2,1-н2,4 В. За счет увеличения числа транзисторов, образующих составной, увеличено усиление по току, но увеличилось также и па-

деиие напряжения в вы.ходиой цепи. Этого можно избежать применением схемы на рис. 3.43.

В этой схеме при Ук.б1 = 0 напряжение (/к.э = /а.«2+/5.31 и, следовательно, для кремниевых транзисторов 6к.эз= 1.4Л,6 В (так же, как в схемах на рис. 3.40, 3.41), в то же время усиление по току остается таким же, как и в схеме иа рис. 3.42.

Рис. 3.43. Схема составного ключа на трех транзисторах различной структуры проводимости

Рис. 3.44. Схема составного ключа на четырех транзисторах с чередующейся структурой

На рис. 3.44 изображена схема, состоящая из четырех транзисторов с чередующейся структурой. Прн L,t.6 = 0 напряжение U,(.gi=Uo.6i + U3.Q2, т. е. в схемах с двумя транзисторами и более с увеличением количества транзисторов увеличение усиления тока ие сопровождается увеличением падения напряжения в выходной цепи силового транзистора.

,\\есто включения источника управляющего напряжения определяется структурой первого транзистора. Все транзисторы, образующие составной, работают синфазно и доля{ны выдерживать одинаковые .макси.мальпые напряжения.

На рнс. 3.45 изображена схема составного транзистора с дополнительным резистором в коллекторной цепи силового транзистора. Если сопротивление этого резистора выбрать таким, чтобы падение напряжения иа нем составляло 0,3-0,5 В, то на эту величину можио уменьшить f/к.э, однако общее падение налряжения в выходной цепи транзистора этим способом уменьшить «ельзя; рассеиваемая .мощность при этом распределится между транзистором и резистором.


Рис. 3.45. Схема составного ключа с резистором в коллекторной цепи силового транзистора

Рис. 3.46. Схема составного ключа с дополнительным низковольтным источником питания в цепи коллектора первого транзистора

Рис. 3.47. Схема составного ключа на биполярном и полевом транзисторах



На рис. 3.46 изображена схема составного транзистора с дополнительным низковольтным источникам питания в коллекторной цепи первого транзистора, что позволяет создать условия для глубокого насыщения второго силового транзистора. Такие схемы по усилительным и энергетическим свойствам не имеют ничего общего с рассмотренными выше (кроме топологического сходства).

На рис. 3.47 изображена схема составного транзистора, содержащая силовой биполярный транзистор и предварительный полевой. Усиление тока в такой схеме полностью определяется свойствами полевого транзистора, однако следует иметь в виду, что напряжение коллектор - эмиттер не может быть меньше напряжения база - эмиттер, т. е. для кремниевых транзисторов не может быть менее 0,7-0,8 В, а практически оно значительно больше, так как к.в = б.в+/бвы1, где Явых - выходное сопротивление полевого транзистора.

Схемы управления силовым транзистором. Широко распространенным способом управления силовым транзистором является управление от источника напряжения через токоограничительный резистор. Для уменьшения потерь в этом резисторе используется либо источник низковольтного напряжения, либо включение транзистора по схеме составного.

На рис. 3.48 показана схема транзисторного ключа, в которой отпирание мощного транзистора осуществляется от источника входного напряжения, что позволяет упростить схему стабилизатора, поскольку в этом слу-7/ • чае не нужны дополнитель-

ные пусковые цепи.

В исходном состоянии «а базу транзистора Гз через резистор Rs подается отпирающее смещение, а транзисторы Ti и Гг поддерживаются в открытом состоянии. Выключение силового ключа осуществляется запирающим сигналом Uy. При этом прекращается базовый ток транзистора Гг и через время, равное его времени рассасывания, выключается транзистор Гь Выключение Рис. 3.48. Схема силового каскада происходит При «пассивном»

маломощного импульсного преобра- „„„., „ гт.,„

зователя напряжения запирании. При ЭТОМ базо-

вый ток ранее насыщенного транзистора ,не равен нулю, а определяется его эмиттерным напряжением и сопротивлением, шунтирующим эмиттерный переход.

В схеме управления силового ключа, изображенной на рис, 3.49, составной транзистор при отсутствии сигнала управления открыт в результате протекания тока через резисторы Re, Rt-При выключении транзисторов Г], Г2 используется их активное

запирание, что позволяет уменьшить потери на переключение, а также способствует расширению динамического диапазона регулирования силового ключа. Для этих целей используется напряжение на дополнительном конденсаторе d, включенном параллельно Re-


Рис. 3.49. Схема силового каскада ИСН с активным запиранием силового

транзистора

На рис. 3.50 показаны временные диаграммы изменения напряжения Uc\ и тока /с1 конденсатора, поясняющие работу схемы на рис. 3.49. При ненасыщенном транзисторе Ti время рассасывания относится к транзистору Гг. Резисторы Ru R2 обеспечивают закрытое состояние транзисторов Г] и Гг при отключении базовой цепи, т. е. при отсутствии тока в элементах Ci и Rs. Со-


Рис. 3.50. Временные диаграммы напряжения и тока конденсатора в схеме

на рис. 3.49



противления этих резисторов известны из паспортных данных для выбранных транзисторов.

Для уменьшения времени рассасывания не основных носителей и, следовательно, уменьшения сквозных токов в высоковольтных преобразователях в качестве силовых используются ненасыщенные транзисторы. Для предотвращения насыщения силового транзистора может быть использована схема, применяемая для увеличения быстродействия ключей в устройствах логики (рис. 3.51). Она позволяет регулировать степень насыщения силового транзистора падением напряжения на диоде Дг. Чем больше будет разность напряжений между U2 и Ui, тем дальше от границы насыщения будет находиться транзистор.

Rf Ai

Рис. 3.51. Схема для предотвращения насыщения силового транзистора

Рис. 3.52. Схема для форсированного вклю чення и отключения силового транзистора

Для форсированного включения и отключения транзисторов может быть применена схема, приведенная на рис. 3.52. При подаче отпирающего импульса ток базы протекает через форсирующую цепочку Ru Ci и превышает установившееся значение, необходимое для получения граничного режима транзистора. После окончания переходных процессов в Си Li, С2 ток базы будет определяться активной проводимостью цепи. После прекращения отпирающего импульса энергия, запасенная в индуктивности Lu используется для форсированного запирания силового транзистора.

В мостовых и полумостовых схемах преобразователей, выполненных на транзисторах одной структуры для переключения силовых транзисторов, требуются гальванически развязанные цепи управления. Для этого могут быть использованы оптопары или трансформаторы. В тех случаях, когда по условия.м применимости возможно использовать оптопары, имеет смысл гальваническую развязку осуществлять с их помощью. Наиболее целесообразно их использование в тех устройствах, где относительная длительность импульсов может быть равной нулю или единице. К недостаткам оптопар можно отнести их малый коэффициент передачи и необходимость применения усилителей (рис. 3.53).

Широкое распространение для управления силовыми транзисторами находят схемы с применением трансформаторов. На рис. 3.54 приведена схема управления силовым транзистором и форсированным запиранием. Работает она следующим образом. При отпирании силового транзистора Ti на сопротивлении Ri падает

Рис. 3.53. Схема с оп-топарой в цепи управления силовым транзистором


напряжение и ограничивает ток его базы. Этим напряжением заряжается конденсатор Ci приблизительно до 4 В. Транзистор Tz запирается под действием падения напряжения на диоде Ди В тот момент, когда напряжение на обмотке управляющего трансформатора становится равным нулю, открывается коммутирующий транзистор Т2 и его коллекторный ток при разряде конденсатора Ci запирает силовой транзистор Ти

LTLT

Ai "-Kb


Рис. 3.54. Трансформаторная схема управления силовым транзистором

Рис. 3.55. Схема управления силовым транзистором, построенная на основе однотактного преобразователя

Для гальванической развязки, усиления сигнала и управления силовыми транзисторами может быть использована схема на базе однотактного преобразователя (рис. 3.55). При насыщении транзистора 7 часть энергии передается через трансформатор Трх на переход эмиттер - база транзистора Га и открывает его; часть энергии рассеивается на резисторе i, а другая часть энергии запасается в магнитном поле трансформатора. При запирании транзистора Т\ энергия, запасенная в трансформаторе Грт, отдается на переход эмиттер - база силового транзистора и форсированно его запирает. К достоинству этой схемы следует отнести большой коэффициент передачи тока:

2 i



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 [17] 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46


0.0119