Полевые транзисторы в блоках питания: Полевые транзисторы в бп

Полевые транзисторы в бп

В предыдущей статье мы рассматривали схемы ЗУ с использованием в качестве силового ключа мощные p-n-p или n-p-n транзисторы. Гораздо экономичней вместо биполярных транзисторов устанавливать силовые МОП MOSFET транзисторы, которые при тех же токах имеют гораздо меньшее в 5 раз падение напряжения на открытом переходе сток-исток. Проще всего вместо силового p-n-p транзистора установить мощный p-канальный полевой транзистор, ограничив с помощью дополнительного стабилитрона напряжение между истоком и затвором на уровне 15В. Параллельно стабилитрону подключается резистор сопротивлением около 1 кОм для быстрой разрядки ёмкости затвор-исток.


Поиск данных по Вашему запросу:

Полевые транзисторы в бп

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: Как умощнить любой линейный стабилизатор. + параметрический стабилизатор на транзисторе (PCBWay)

Блок питания на полевом транзисторе


Интернет отсутствовал, а выручала литература. Практика замены транзисторов в блоках питания показывает, что данная методика работает, по крайней мере, возвратов нет.

Импульсные блоки питания телевизоров в большинстве своем построены с использованием в качестве силового ключа, мощные биполярные или полевые транзисторы. Эти транзисторы не полные аналоги друг друга, но вполне взаимозаменяемы. Проверять их нагрев необходимо после выключения телевизора. Полный аналог подразумевает совпадение всех характеристик транзисторов, что не вполне необходимо. Посмотрите таблицы:. В таблицах обращаем внимание на особо важные параметры транзисторов это: напряжение коллектор-эмиттер к примеру импульсный В, постоянный — В для BU и В для КТ , ток коллектора импульсный — 15 А, постоянный 8 ампер.

Здесь помимо основных параметров: максимальное постоянное и импульсное напряжение, ток — постоянный и переменный, надо обращать внимание есть ли дополнительный диод между стоком — истоком D-S,.

Это важно от того, что каким напряжением будет открываться транзистор положительным или отрицательным. Также необходимо обращать внимание на тип затвора транзистора: изолированный он не путать с изолированным корпусом или управляющий смотрите фото. На рисунках вверху полевые транзисторы с изолированным затвором.

И не забываем проверять при установке температурный режим. Сайт необязательно. Главная Начинающему радиолюбителю. Транзисторы для импульсных блоков питания.

Содержание 1 Биполярные транзисторы 2 Полевые транзисторы. Похожие записи: Замена транзисторов биполярных и полевых Неисправности компьютерных блоков питания Блок питания компьютера.

Будьде первым — оставьте свой комменатрий!


Можно ли ставить в импульсном БП разные силовые ключи (полевые транзисторы) ?

Нужны еще сервисы? Архив Каталог тем Добавить статью. Как покупать? Если, нет специального оборудования, типа паяльной станции и фенов, для отпайки микрочипа можно воспользоваться тонким фторопластовым проводом. Для выпаивания микросхем в DIP корпусе пользуюсь проверенной технологией. Которая дает неплохие результаты , сохраняя при этом как микросхему так и дорожки печатной платы. Вход Регистрация Востановить пароль.

Мощные полевые МОП-транзисторы с изолированным затвором для блоков питания. Сетевое Критерии выбора транзистора для блока питания.

Улучшение компьютерного блока питания

В первой части нашего рассказа о схемотехнике блоков питания персональных компьютеров мы познакомились со схемой входного сетевого выпрямителя и фильтра. Давайте продолжим изучение компьютерного блока питания. Здесь мы разберёмся в том, как работает высокочастотный преобразователь — инвертор. Постоянное напряжение вольт, снимаемое с сетевого выпрямителя, подаётся на высокочастотный преобразователь. Высокочастотный преобразователь — это двухтактный инвертор, выполненный по схеме полумоста. Преобразователь работает на частоте в десятки килогерц и нагружен на высокочастотный силовой трансформатор. Частота преобразования выбирается порядка 18 — 50 КГц, что подразумевает маленькие размеры силового трансформатора и небольшие величины ёмкостей конденсаторов фильтров. Когда он закрыт, энергию на нагрузку отдаёт конденсатор фильтра вторичной цепи.

:: МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ ::

С магнитными компонентами выходной трансформатор, дроссели Магнитные компоненты в БП от ПК не сильно отличаются. Как правило, они работают на частоте Для нового блока питания я предпочел трансформаторы большего размера, поскольку они имеют больше места для увеличения обмоток при необходимости.

По вопросам ремонта и другим техническим вопросам сюда.

Какие транзисторы выбрать для импульсного источника питания

Samsung могут выпустить нм битный чип Exynos 6 для Galaxy S5. Основные типы полупроводниковых ключей. Исторически сложилось, что в большинстве схем источников питания, в качестве ключевого элемента или проходного транзистора в линейном стабилизаторе использовался биполярный транзистор. По современным стандартам такие транзисторы не отличаются высоким быстродействием. Но у структур n-p-n и p-n-p есть большой плюс — дешевизна.

Как проверить полевой транзистор

Новокузнецк, Кемеровская обл. Логин: Пароль Забыли? Простой метод выбора ключевых транзисторов для импульсных источников питания. Практика Блоки питания. Список всех статей.

Ремонтирую импульсный блок питания. Сгорели силовые ключи и микросхема управления. Сразу не поменял микросхему (с виду была целая, да и её.

Транзисторы для импульсных блоков питания телевизоров. Замена

Полевые транзисторы в бп

Интернет отсутствовал, а выручала литература. Практика замены транзисторов в блоках питания показывает, что данная методика работает, по крайней мере, возвратов нет. Импульсные блоки питания телевизоров в большинстве своем построены с использованием в качестве силового ключа, мощные биполярные или полевые транзисторы. Эти транзисторы не полные аналоги друг друга, но вполне взаимозаменяемы.

Power Mosfets. Полевые транзисторы, характеристики, подбор аналогов.

ВИДЕО ПО ТЕМЕ: MOSFET vs IGBT — ЧТО ВЫБРАТЬ?

Подскажите пожалуйста. Я как то давно сделал регулируемый блок питания по схеме что на картинке. Скажите, можно сделать как то регулируемый блок питания с силовым полевым транзистором, irf например, ведь потерь на полевом транзисторе меньше чем на биполярном? Мы принимаем формат Sprint-Layout 6! Экспорт в Gerber из Sprint-Layout 6.

В статье описан аналоговый стабилизатор напряжения для блока питания повышенной мощности. Автору удалось значительно улучшить параметры стабилизатора, применив в качестве силового элемента мощный переключательный полевой транзистор.

Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. Он имеет в открытом состоянии сопротивление канала всего 0,02 Ома, а так-же обеспечивает ток до 30 А. Мощность, рассеиваемая транзистором, может превышать Вт. Принципиальная схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рисунке, клик — для увеличения. Переменное напряжение поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр, и далее на сток полевого транзистора и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через резисторный делитель подается на вход микросхемы, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В.

Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. Он имеет в открытом состоянии сопротивление канала всего 0,02 Ома, а так-же обеспечивает ток до 30 А. Мощность, рассеиваемая транзистором, может превышать Вт. Принципиальная схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рисунке, клик — для увеличения.


Мощный линейный источник питания на полевых транзисторах (13В, 20А)

Схема мощного источника питания на полевых транзисторах, обеспечивающего стабилизированное напряжение 13В при токах до 20А и больше.

Принципиальная схема

Рис. 1. Принципиальная схема мощного источника питания на полевых транзисторах, напряжение 13В при токах до 20А и выше.

На диодах Д1-Д4 и конденсаторах C2-C3 собран выпрямитель напряжения.

На компонентах DA1, Д7, R8-R9 собран узел стабилизации напряжения. Напряжение стабилизации задается сопротивлением резистора R9.

На транзисторе VT5 собрана защита по току от короткого замыкания на выходе.

Выходные транзисторы VT1-VT4 работают в линейном режиме.

Детали и монтаж

Диоды Д1-Д4 должны бить закреплены на радиаторе. Также допускается использование готового диодного моста на ток больше 20А.

Мощный полевые транзисторы VT1-VT4 обязательно должны быть закреплены на радиаторе, который можно дополнительно оснастить вентилятором. Нагрев транзисторов при больших токах в нагрузке может быть значительным.

Рис. 2. Размещение выводов у микросхемы TL431.

Рис. 3. Размещение выводов у полевого транзистора IRFZ40.

Резисторы цепочки сравнения R8, R9 и конденсатор C8 должны быть смонтированы как можно ближе к выходу — на клеммах выходных устройства.

Резистор R7 — проволочный, его сопротивлением задается ток срабатывания защиты от короткого замыкания: Ток К.З. = 0.6/R7.

Доработанный вариант схемы

Вариант доработки схемы, предложенный UR5YW, содержит схему защиты по току от короткого замыкания на выходе, собранную в плюсовой цепи питания стабилизатора.

Рис. 4. Доработанный вариант схемы мощного блока питания на 9-17В и ток 14А от UR5YW.

Добавив в схему параллельно VT3-VT4 еще один транзистор IRF3205 можно будет получить выходной ток до 20А. Силовой трансформатор ТС-180 придется заменить более мощным, например на ТС-270. Собранный правильно и без ошибок блок питания запускается сразу.

Автор оригинальной схемы: RK9UC (ex. RA9UCR). 73!

Литература: Мельничук В. В. г. Черновцы, Украина. (UR5YW) — Блок питания на полевых транзисторах IRF3205. https://qrz.if.ua/tech/173-power_source_irf3205.html.

Мощные полевые и биполярные транзисторы PHILIPS для импульсных источников питания

В ассортименте фирмы PHILIPS имеется целая гамма высоковольтных транзисторов, предназначенных для использования в импульсных силовых цепях питания телевизоров, видеомагнитовонов, мониторов и другой бытовой аппаратуры. Все они обычно выполнены либо по биполярной технологии, либо по технологии MOSFET — полевой МОП-транзистор с изолированным затвором.

Эти транзисторы в большинстве своем служат в устройствах формирования рабочих напряжений, в том числе для питания оконечных каскадов усилителей мощности звукового сигнала.

Наиболее экономично высоковольтные транзисторы работают в двухтактном преобразователе с прерывающимся тюком дросселя.

Максимальное значение напряжения на коллекторе транзистора в таком преобразователе равно сумме подводимого выпрямленного напряжения питающей сети и напряжения пикового броска. Амплитуда напряженияэтого броска зависит от начальной индуктивности трансформатора преобразователя и от емкости сглаживающего пульсации конденсатора, подключенного в цепи коллектора транзистора. Для используемого напряжения электросети устанавливается минимально необходимое напряжение коллектор-эмиттер, которое только может выдержать транзистор. При увеличении индуктивности трансформатора или при уменьшении емкости конденсатора надежность транзистора по мощности и частоте повышается.

Мощные полевые МОП-транзисторы с изолированным затвором для блоков питания

Сетевое напряжение 110/220 Вольт требует применения транзисторов с рабочим напряжением не менее 400 Вольт. Таким напряжением обладают мощные транзисторы серии Power MOSFET. При сетевом напряжении 220/240 Вольт рабочее напряжение транзистора должно быть не менее 800 Вольт и только в особых случаях (при ограничении напряжения на коллекторе) допускается применение транзистора той же серии с напряжением около 600 Вольт. Основные параметры указанных транзисторов даны в таблице ниже:

ТранзисторМаксимальное напряжение
сток-исток, В
Максимальное сопротивление
между стоком и истоком
открытого транзистора, Ом
Ток стока, А
BUK454-400B4001,81,5
BUK455-400B4001,02,5
BUK437-400B4000,56,5
BUK454-800A8006,01,0
BUK456-800A8003,01,5
BUK456-800B8002,04,0
BUK438-800A8001,54,0

Биполярные транзисторы для импульсных блоков питания

При напряжении питающей сети 220/240 Вольт в двухтактных преобразователях рекомендуют использовать транзистор, рассчитанный на напряжение 1000 В. Транзисторы, основные характеристики которых приведены в таблице 2, предназначены именно для этих целей. Если начальная индуктивность трансформатора велика и напряжение может превышать 1000 Вольт, лучше использовать транзисторы BU603 и BU903 с напряжением 1350 Вольт.

Таблица 2

ТранзисторМаксимальное напряжение коллектора, когда потенциал базы ниже или равен потенциалу эмиттера, ВМаксимальное напряжение коллектора, когда потенциал базы выше потенциала эмиттера, ВТок коллектора, АМинимальный коэффициент усиления потокуМаксимальное напряжение коллектор-эмиттер при насыщении транзистора, В
BUX851000450151,0
BUT11A10004502,551,5
BUT18A1000450451,5
BUT12A1000450551,5
BUW13A1000450851,5
BU6031350550262,0
BU90313505503,262,0

Критерии выбора транзистора для блока питания

Главным критерием выбора служат максимальные значения токов и напряжений, допустимые для выбранного транзистора. При выборе типа транзистора (MOSFET или биполярный) следует руководствоваться простотой его управления, стоимостью и требованием минимальной энергии при работе в наиболее сложных схемах. Следует также обращать внимание и на возможность переключения с малыми потерями на частотах ниже 50 кГц.

Играют роль также размеры прибора. Так, в устройствах питания от сети 110/120В наибольшее распространение получили транзисторы типа MOSFET с напряжением 400 В, в устройствах с напряжением питания 220/240 В преобладают биполярные транзисторы, хотя и здесь транзисторы MOSFET, рассчитанные на напряжение 800 Вольт, не менее популярны.

С помощью данных таблицы 3 можно выбрать транзистор для двухтактного преобразователя источника питания с учетом указанных выше критериев:

Таблица 3

Мощность, Вт110/120220/240
50BUK454-400BBUK454-800B; BUX85
100BUK455-400BBUK456-800A; BUT11A/BU603
120BUK437-400BBUK438-800B; BUT11A
150BUK437-400BBUK438-800B; BUT18A/BU903
200BUK437-400BBUK438-800B; BUT12A/BUW13A
Корпуса и цоколевка мощных транзисторов Philips для блоков питания

Тиристоры, симисторы, динисторы Philips основные характеристики и типы корпусов

Полный datasheet симистора BT134 с возможностью скачать бесплатно даташит в pdf формате или смотреть в онлайн справочнике по электронным компонентам на Времонт.su

Схемотехника блоков питания персональных компьютеров. Часть 2.

Высокочастотный преобразователь (инвертор)

В первой части нашего рассказа о схемотехнике блоков питания персональных компьютеров мы познакомились со схемой входного сетевого выпрямителя и фильтра. Давайте продолжим изучение компьютерного блока питания. Здесь мы разберёмся в том, как работает высокочастотный преобразователь – инвертор.

Постоянное напряжение 310 вольт, снимаемое с сетевого выпрямителя, подаётся на высокочастотный преобразователь. Высокочастотный преобразователь – это двухтактный инвертор, выполненный по схеме полумоста. Преобразователь работает на частоте в десятки килогерц и нагружен на высокочастотный силовой трансформатор.

Частота преобразования выбирается порядка 18 – 50 КГц, что подразумевает маленькие размеры силового трансформатора и небольшие величины ёмкостей конденсаторов фильтров. Один из плюсов импульсного блока питания является высокий КПД, достигающий 80% и экономичность, поскольку блок потребляет энергию только в то время, когда один из транзисторов преобразователя открыт. Когда он закрыт, энергию на нагрузку отдаёт конденсатор фильтра вторичной цепи.

Управление полумостовым инвертором осуществляется ШИМ-контроллером (Узел управления). Об узле управления блоком питания будет рассказано в следующей части.

Итак, высокочастотный преобразователь работает следующим образом: на него приходит постоянное напряжение 310 вольт с сетевого выпрямителя и конденсаторов фильтра. Одновременно в базовые цепи мощных транзисторов подаются прямоугольные импульсы положительной полярности и с частотой следования допустим 20 кГц. С этой частотой транзисторы как ключевые элементы открываются и закрываются.

На первичной обмотке трансформатора Т2 присутствует импульсное высокое напряжение с той же частотой 20 кГц. Трансформатор, естественно, понижающий и на его вторичных обмотках, которых несколько, формируются все необходимые для работы компьютера питающие напряжения, после этого все напряжения выпрямляются, фильтруются и подаются на системную плату.

Мощные ключевые транзисторы инвертора являются своеобразными «мускулами» блока питания. Именно через ключевые транзисторы инвертора «прокачивается» вся мощность, которая потребляется компьютером. Ключевые транзисторы устанавливаются на радиатор для принудительного охлаждения во время работы, а сам радиатор обдувается вентилятором.

В качестве ключевых транзисторов инвертора могут применяться как биполярные, так и полевые MOSFET транзисторы. Обычно же используются биполярные транзисторы.

Взглянем на схему. На ней изображена часть схемы ИБП марки GT-150W.

Биполярные транзисторы VT1 и VT2 поочерёдно открываются с частотой в десятки килогерц. Трансформатор T2 — импульсный силовой трансформатор. Он же обеспечивает гальваническую развязку от электросети. Импульсный силовой трансформатор заметно выделяется на фоне других трансформаторов, установленных на печатной плате. Найти его не сложно.

Со вторичных обмоток трансформатора T2 снимается пониженное переменное напряжение. На схеме показаны элементы одного из выходных выпрямителей +12 вольт (VD6, VD7, L1, C5). Электролитические конденсаторы C6, C7 — это конденсаторы сетевого фильтра и выпрямителя, речь о котором шла в первой части.

Трансформатор T1 – согласующий. Он является промежуточным звеном между микросхемой ШИМ-контроллера и мощными ключевыми транзисторами VT1, VT2. Габариты его заметно меньше, чем у трансформатора T2. Диоды VD4 и VD5 предохраняют мощные транзисторы от напряжения обратной полярности. У мощных полевых транзисторов эти диоды, как правило, уже встроены, поэтому на печатной плате диоды VD4, VD5 можно и не обнаружить. Так же защитные диоды встраивают в некоторые мощные биполярные транзисторы. Всё зависит от марки транзистора.

Схема запуска.

Узел управления инвертора питается выходным напряжением блока, но в момент включения все напряжения отсутствуют. Начальный запуск может осуществляться разными способами. Рассмотрим более подробно схему запуска инвертора, которая «заводит» мощный каскад инвертора.

После включения блока питания на базы транзисторов VT1, VT2 подаётся напряжение через делитель, выполненный на резисторах R3 — R6. При этом транзисторы «приоткрываются». При этом ещё начинается заряд конденсатора C4. Ток заряда конденсатора C4 проходя через часть вторичной обмотки (II) трансформатора T1 наводит в ней (обмотке II) и обмотке III напряжение. Это напряжение открывает один из транзисторов (VT1 или VT2). Какой именно из транзисторов откроется зависит от характеристик элементов каскада.

В результате открытия одного из ключевых транзисторов во вторичной обмотке трансформатора T2 появляется импульс тока, который проходит через один из диодов (VD6 или VD7) и заряжает конденсатор C3. Напряжения на C3 достаточно для питания узла управления в момент пуска инвертора. Далее в работу включается узел управления, который и начинает управлять транзисторами VT1 и VT2 в штатном режиме.

Вот так хитроумно реализована схема запуска инвертора.

В мощном каскаде наиболее частой неисправностью является выход из строя транзисторов, поскольку они работают в достаточно тяжёлом тепловом режиме. Ну, и, конечно, слабое звено это электролитические конденсаторы, которые со временем «высыхают» и теряют ёмкость. Также элктролиты выходят из строя из-за превышения рабочего напряжения.

НазадДалее

Главная &raquo Мастерская &raquo Текущая страница

 

Выбор полевых транзисторов STMicroelectronics | Силовая электроника

Введение

Основные параметры электронных преобразовательных схем определяются характеристиками применяемых ключевых полупроводниковых элементов. В преобразователях силовой электроники в качестве ключевых элементов широко используются полевые транзисторы с изолированным затвором (MOSFET) (рис. 1). Основными преимуществами MOSFET по сравнению с другими ключевыми элементами являются высокое быстродействие и низкая потребляемая мощность в цепи управления.

Рис. 1. Области применения MOSFET в силовой электронике

MOSFET производят многие ведущие компании мира, в том числе компания STMicroelectronics (STM), которфая длительное время является одним из лидеров мировой полупроводниковой промышленности. Ведущее место этой компании обусловлено постоянным совершенствованием технического уровня выпускаемой продукции, разработкой новых технологий производства полупроводниковых компонентов и непрерывным расширением продуктовых линеек. На сегодня STMicroelectronics является компанией, производящей одно из самых эффективных высоковольтных семейств MOSFET в мире.

Рис. 2. Развитие технологии STripFET компании STMicroelectronics

Семейства низковольтных транзисторов STM имеют общее название STripFET и отличаются индексом, который соответствует порядковому номеру поколения технологии (рис. 2) [1]. Технология STripFET III была представлена в 2005 г., структура транзистора приведена на рис. 3а. Транзисторы STripFET V появились в 2008 г. У них было снижено сопротивление слоя металла благодаря увеличению его толщины, улучшена структура затвора, использован вертикальный контакт μ-trench, что привело к снижению сопротивления канала и уменьшению полного заряда затвора. В этом же году начали производиться транзисторы серии F4, выполненные по технологии STripFET DeepGATE. В последующем эта технология была усовершенствована до STripFET VI DeepGATE с затвором в виде канавки (Trench MOSFET), структура которого приведена на рис. 3б. Данная технология за счет исключения паразитного сопротивления RJFET позволяет значительно снизить сопротивление канала и повысить плотность структуры кристалла. Однако в применениях с большой индуктивной нагрузкой по-прежнему используют транзисторы пятого поколения, выдерживающие большие энергии лавинного пробоя.

Рис. 3. Структура транзисторов STripFET:
а) планарная,
б) DeepGATE

Высоковольтные транзисторы STM представлены серией MDmesh [3]. Эта серия в настоящее время насчитывает четыре поколения транзисторов (рис. 4), и уже анонсировано пятое поколение. Концепция MDmesh основана на использовании глубоких р-областей под базой транзистора (рис. 5). За счет увеличения площади р-n-перехода можно снизить сопротивление эпитаксиального слоя без уменьшения пробивного напряжения. Таким образом, преодолевается противоречие между сопротивлением канала и пробивным напряжением. Концепция MDmesh в настоящее время используется многими ведущими компаниями и известна под названиями CoolMos (Infineon), DTMOS (Toshiba), SuperFet и SupreMos (Fairchild), Gen9 (Vishay) и пр. Компания «Микроника» тоже в их числе и реализует эту концепцию с использованием глубокой канавки, заполненной поликремнием, легированным бором в процессе роста, а также производит обычные планарные высоковольтные транзисторы для специального применения [2].

Рис. 4. Развитие технологии MDmesh

Рис. 5. Структура транзистора MDmesh

Одно из основных применений MOSFET нашли в импульсных источниках питания (Switched Mode Power Supply, SMPS) [4], в LED-драйверах [5], в которых используются как высоковольтные, так и низковольтные транзисторы в ключевом режиме. Типовой импульсный источник питания (рис. 6) состоит из предварительного AC/DC-преобразователя входного переменного тока с корректором мощности, на выходе которого формируется высокое напряжение, как правило, 400 В. Поэтому AC/DC-преобразователь содержит высоковольтные MOSFET. Далее DC/DC-преобразователь понижает высокое напряжение до необходимого уровня. Затем конечный DC/DC-преобразователь формирует выходные напряжения 1,2-12 В, необходимые большинству современных электронных приборов. Данный преобразователь требует наличия низковольтных MOSFET.

Рис. 6. Блок-схема системы питания с различными входными напряжениями конечных DC/DC-преобразователей

Многие применения требуют наличия различных режимов работы: режим низкой рассеиваемой мощности (резервный или «спящий») и нормальный режим, обеспечивающий максимальную эффективность работы. Некоторые применения требуют наличия одного выходного напряжения, другим нужны несколько. При выборе типа применяемого источника питания (ИП) важным параметром является выходная мощность. С целью обеспечения оптимальности показателя цена/качество для различных применений в зависимости от выходной мощности разработаны различные типы преобразователей напряжения.

Правильный и оптимальный выбор MOSFET, учет особенностей их применения обеспечивает сокращение сроков разработки и достижение необходимых параметров преобразователей напряжения.

В данной работе предлагается методика выбора высоковольтных MOSFET компании STMicroelectronics для импульсных ИП.

 

Параметры MOSFET

Основные параметры MOSFET, которые определяют характеристики проектируемого импульсного ИП и выбору которых необходимо уделять основное внимание, показаны в таблице 1. Выбор необходимого уровня этих параметров определяется функциональным назначением прибора, входными/выходными напряжениями и токами, частотой работы, выходной мощностью, необходимостью обеспечения как максимально допустимой мощности рассеяния, так и минимальных потерь MOSFET на проводимость и переключение. Различие в выходной мощности преобразователей, требование наличия баланса между рассеянием и потерями мощности обуславливают различные требования для корпусов.

Таблица 1. Основные параметры MOSFET
Параметр Обозначение
Статические параметры
Максимальное напряжение «сток-исток» V(BR)DSS
Максимальный постоянный ток стока ID
Максимальное напряжение на затворе VGS
Сопротивление «сток-исток» в открытом режиме RDS(ON)
Параметры переключения
Задержка включения td(on)
Время нарастания сигнала tr
Задержка выключения td(off)
Время спада tf
Динамические параметры
Суммарный заряд затвора QG
Входная емкость CISS
Входное сопротивление затвора RG
Проходная емкость (емкость Миллера) CRSS
Тепловые параметры
Максимальная температура перехода TJ(MAX)
Тепловое сопротивление «переход-корпус» RTH_JC

Далее будут рассмотрены вопросы, касающиеся выбора типа корпуса, параметров высоковольтных MOSFET для предварительных AC/DC-преобразователей и выбора параметров низковольтных MOSFET для конечных DC/DC-преобразователей.

Выбор типа корпуса

Выбор типа корпуса для MOSFET главным образом определяется следующими показателями: рассеиваемой мощностью, расстоянием между выводами, размером, стоимостью [6].

Рассеяние мощности, охлаждение

Тип корпуса MOSFET для использования в конкретном применении выбирают исходя из требуемой мощности рассеяния. Мощные корпуса Т0-220 и особенно ТО-247 со встроенным радиатором и форсированным отводом могут рассеивать большое количество тепла — 1,5 и 2,0 Вт соответственно — без внешних радиаторов. Однако в импульсных ИП современных электронных устройств, где большое значение имеет занимаемый объем, в основном применяются корпуса для поверхностного монтажа (SMD). В таблице 2 показаны тепловые параметры основных типов SMD-корпусов компании ST.

Таблица 2. Тепловые параметры основных типов корпусов SMD компании STM
Корпус Площадь монтажа, мм2 Мин. рекомендуемая площадь теплоотвода на плате, мм2 TJMAX, °C TTHJ-PCB*, °C/Bт TTHJ-PCB**, C/Bт PD, Вт
D2PAK 210 120 175 34,0 42,0 4,4
Power S0-10 140 60 175 35,0 50,0 4,3
DPAK 80 45 175 50,0 62,0 3,0
PowerFLAT 5×5 25 15 150 31,2 60,0 4,0
PowerFLAT 6×5 30 23 150 31,2 60,0 4,0
SOT-223 50 15 150 38,0 56,6 3,3
PowerSO-8 30 23 150 42,0 56,6 3,0
SO-8 30 23 150 50,0 100 2,5
TSS0P8 20 15 150 83,5 100 1,5

Примечания:
* — с использованием теплоотвода на плате площадью 600 мм2;
** — с использованием теплоотвода на плате минимальной рекомендуемой площади.

Расстояние между выводами корпуса

Расстояние между выводами должно соответствовать напряжению, используемому в данном применении.

Размер, объем корпуса

Размеры корпуса MOSFET также могут определяться параметрами (размер/объем/высота) корпуса источника питания. Например, в адаптерах для ноутбуков используются корпуса DPAK или D2PAK для обеспечения минимальной высоты.

Стоимость

Как правило, меньший корпус дешевле, чем корпус большего размера. Также технология поверхностного монтажа более эффективна по стоимости при производстве плат ИП. Полностью изолированный корпус транзистора позволяет снизить стоимость сборки тепловых радиаторов, так как исключает необходимость размещения изоляционной прокладки между корпусом транзистора и радиатором.

 

Выбор параметров высоковольтных MOSFET

Выбор величины пробивного напряжения

При выборе уровня пробивного напряжения необходимо учитывать следующие факторы:

  • Лавинное напряжение пробоя BVDSS, которое всегда несколько выше максимального — допустимого напряжения «сток-исток» VDS, т. е. существует некоторый запас. Температурные зависимости пробивного напряжения транзистора BVDSS, как правило, приведены в спецификациях. На рис. 7a, б приведены температурные зависимости пробивного напряжения для 600-В MOSFET ST STB10NK60Z и STE70NM60. По этим зависимостям можно определить пробивное напряжение транзистора при рабочих температурах перехода +100…+120 °С. Обычно эта величина на 4-7% выше пробивного напряжения при комнатной температуре. Однако следует отметить, что если прибор будет использоваться в аппаратуре при отрицательных температурах, то необходимо, чтобы пробивное напряжение транзистора на этих температурах было выше, чем максимальное напряжение на стоке, для предотвращения лавинного пробоя транзистора в момент включения аппаратуры.
  • Минимальное пробивное напряжение V(BR)DSS, указанное в спецификации на транзистор для комнатной температуры и имеющее такой же положительный температурный коэффициент, как и BVDSS.
  • Уровень выбросов напряжения (spike), обусловленный наличием индуктивностей и паразитных емкостей в плате применения. Уровень выбросов напряжения не должен превышать 70-90% от минимального пробивного напряжения V(BR)DSS.

Рис. 7. Зависимости нормализованного пробивного напряжения от температуры:
а) для транзистора STB10NK60Z;
б) для транзистора STE70NM60

Выбор рабочей температуры перехода

Рабочая температура перехода не должна достигать максимальной рабочей температуры, определенной в спецификации, но для обеспечения запаса по надежности рабочая температура должна быть ниже максимальной. Снижение рабочей температуры на 20-30 °С может приводить к увеличению среднего времени наработки до отказа на порядок. С другой стороны, сопротивление транзистора в открытом состоянии RDS(ON) повышается с ростом температуры перехода, что ведет к потерям проводимости. По этим причинам рекомендуется рабочая температура перехода, составляющая 55-65% от максимально допустимой.

Выбор уровня тока

В большинстве применений MOSFET не подвергается воздействию максимального тока по той причине, что для снижения потерь мощности на проводимость выбирают транзистор с низким сопротивлением, у которого максимальный ток выше, чем необходимо. Тем не менее требуется проверить область надежной работы (Safe Operating Area, SOA) выбранного MOSFET на предмет соответствия уровней необходимых тока и напряжения области устойчивой работы транзистора (рис. 8а).

Рис. 8. Транзистор STB10NK60Z:
а) SOA;
б) зависимость тока стока от напряжения затвора при напряжении на стоке 25 В

Далее следует проанализировать передаточную характеристику транзистора (рис. 8б), чтобы убедиться в том, что напряжение на затворе транзистора достаточно для его полного открытия, т. е. транзистор должен быть способен пропустить максимальный импульсный ток в схеме применения во всех режимах работы конечного устройства. Особенно в режимах различной защиты или короткого замыкания на выходе устройства, когда питающее напряжение схемы управления, а соответственно и напряжение на затворе транзистора, может уменьшаться. Если транзистор не удовлетворяет этому требованию, необходимо выбрать другой транзистор с более высоким уровнем тока.

Выбор уровня сопротивления в открытом состоянии R

DS(ON) и динамических параметров

Выбор правильного уровня RDS(ON) — одна из самых главных задач в разработке схемы применения. Граница по RDS(ON) определяется максимально допустимой мощностью рассеяния для конкретного применения и максимальной температурой перехода MOSFET. Потери мощности MOSFET разделяются на потери проводимости и потери на переключение.

Потери проводимости легко вычисляются, исходя из значений сопротивления RDS(ON) и величины тока стока. Некоторая проблема может возникнуть при расчете потерь на переключение. Эти потери определяются как характеристиками самого MOSFET, так и конструкцией платы. В частности, такими характеристиками, как динамические параметры транзистора, нелинейной выходной емкостью «исток-сток», суммарным сопротивлением затвора транзистора, паразитными емкостями и индуктивностями платы применения. В связи с этим выбор MOSFET по сопротивлению — это сложный процесс, который может потребовать несколько итераций. Входными данными этого процесса являются выходная мощность, форма импульса тока, конструкция платы применения. Также должна быть известна рабочая частота переключения транзистора, которая соответствует другим параметрам, таким как электромагнитные шумы или магнитные потери, но не связана с потерями мощности MOSFET; должна быть выбрана конструкция радиатора, для которого известно тепловое сопротивление RTH_CA.

Одним из наиболее корректных и практичных путей определения оптимального уровня сопротивления в сочетании с определенными динамическими параметрами MOSFET является оценка общей мощности потерь по измерению рабочей температуры перехода в тестовой плате применения. Конечно, такие измерения соответствуют только данному применению, и для каждого применения необходима соответствующая плата, так как паразитные параметры различны для разных применений. Сутью данного метода является предварительный выбор транзистора по расчетной максимально допустимой мощности рассеяния с учетом используемых условий применения (температур перехода и окружающей среды; конструкции радиатора) с последующей оценкой реальной общей мощности потерь.

Алгоритм определения оптимального уровня сопротивления RDS(ON) следующий:

  1. Вычисление максимальной мощности рассеяния для данной конструкции радиатора и рабочей температуры перехода по формуле:

    где Tjmax — максимальная температура перехода, ТА — температура окружающей среды, RTH_JC — тепловое сопротивление «переход-корпус», RTH_CA — тепловое сопротивление «корпус-окружающая среда».

    Так как тип MOSFET еще не выбран, для расчета необходимо определить некоторое желаемое значение RTH_JC

  2. Вычисление необходимого RDS(ON), удовлетворяющего максимальной мощности рассеяния, проводится для конкретной формы импульса тока. Для первого приближения учитываются только потери проводимости, так как на данном этапе еще неизвестен тип транзистора, а потери на переключение зависят от его конкретного типа. Важно проводить вычисления сначала для рабочей температуры перехода, а потом провести ее пересчет для комнатной.

    Для дискретного режима проводимости (рис. 9а) потери составляют:

    где D = ton × f, f — частота работы преобразователя.

    Для постоянного режима проводимости (рис. 9б) потери составляют:

    Рис. 9. Форма сигнала:
    а) для дискретного режима проводимости;
    б) для постоянного режима проводимости

    Исходя из приведенных формул потерь можно определить необходимое значение RDS(ON) для рабочей температуры и затем для +25 °С.

    Например, при дискретном режиме проводимости для рабочей температуры RDS(ON) определяется следующим образом:

    где Pcond = Ptot и для +25 °С:

    где α — это температурный фактор для данного типа транзисторов.

  3. Выбор типа транзистора, удовлетворяющего рассчитанному сопротивлению, по данным RDS(ON) из спецификаций на транзисторы компании STMicroelectronics.
  4. Транзисторы со сходным уровнем сопротивления могут иметь различный уровень динамики: различные времена нарастания и спада сигнала. При первичном выборе важно обратить внимание, что частотные свойства транзистора должны соответствовать частоте работы источника напряжения и иметь при этом некоторый запас в 15-20%. Первичную оценку необходимой частоты транзистора можно сделать по следующему соотношению:

    то есть максимальное значение каждого из четырех параметров переключения должно быть меньше, чем четверть периода работы преобразователя.

  5. Далее проводится оценка общей мощности потерь для выбранного транзистора путем имитации работы данного блока источника на тестовой плате с контролем рабочей температуры перехода. Если измеренная температура не выше той, что использована в расчете максимальной мощности рассеяния, то выбранный тип MOSFET удовлетворяет требованиям.

    При необходимости можно провести оптимизацию по размеру транзистора, проверив на соответствие требованиям MOSFET с более высоким сопротивлением, что соответствует меньшему размеру и меньшей стоимости.

  6. Если измеренная температура выше, то необходимо выбрать транзистор либо с более низким сопротивлением, либо в зависимости от соотношения стоимостей с лучшими динамическими параметрами, и проверить на соответствие требованиям. Либо для более эффективного охлаждения можно поменять радиатор теплоотвода на более мощный.

    Правильный тип MOSFET найден, когда следующий транзистор с более высоким RDS(ON) не удовлетворит требованиям по температуре перехода.

 

Выбор параметров низковольтных MOSFET

Низковольтные MOSFET составляют основу DC/DC-преобразователей, формирующих конечные выходные напряжения. Это накладывает свою специфику на выбор MOSFET для таких применений.

Типовая схема DC/DC-преобразователя показана на рис. 10 [7]. В этой схеме основным является транзистор верхнего ключа SW1 (high side MOSFET), а транзистор нижнего ключа SW2 (low side MOSFET) является синхронизирующим. Наличие транзистора нижнего ключа значительно снижает потери энергии в DC/DC-преобразователе. При этом основные режимы работы транзисторов различны, поэтому различны и параметры, определяющие выбор необходимого транзистора.

Рис. 10. Типовая схема синхронного DC/DC-преобразователя

Выбор параметров MOSFET верхнего ключа

Транзистор верхнего ключа работает главным образом в режиме переключения, поэтому для него наиболее важны динамические параметры: низкий заряд затвора, низкие внутренние емкости и, соответственно, малые времена переключения. Хорошие динамические параметры обеспечивают высокую скорость переключения, малые динамические потери и в итоге высокую эффективность преобразователя в целом. При этом уменьшение значения такого важного параметра, как сопротивление RDS(ON), не является определяющим для повышения эффективности. Поэтому сопротивление MOSFET верхнего ключа может быть достаточно высоким для оптимизации цены и размера.

Потери энергии на переключение определяются выражением:

где VIN — входное напряжение, IOUT — выходной ток, QG — заряд затвора, fSW—частота преобразователя и IGATE ток затвора.

В выражении (7) только заряд затвора QG является параметром непосредственно MOSFET. Оценку влияния заряда затвора QG и сопротивления RDS(ON) транзистора верхнего ключа на эффективность DC/DC-преобразователя можно сделать исходя из анализа таблицы 3 и рис. 11, где в качестве примера приведены значения параметров QG и RDS(ON) MOSFET верхних ключей и соответствующие им кривые эффективности. Из представленных данных видно, что лучшую эффективность имеет транзистор SW12 с минимальным значением QG, несмотря на то, что у этого транзистора значение RDS(ON) не наименьшее.

Рис. 11. Зависимость эффективности DC/DC-преобразователя с параметрами MOSFET верхнего ключа согласно таблице 3 от величины выходного тока для частоты fSW=300 кГц (Vout = 1,25 В]

При повышении частоты работы преобразователя его эффективность снижается из-за повышения в целом потерь на переключение, но важность обеспечения высокой скорости переключения повышается, как это видно на рис. 12.

Рис. 12. Зависимость эффективности DC/DC-преобразователя с параметрами MOSFET верхнего ключа согласно таблице 3 от величины выходного тока для частоты fSW = 440 кГц (Vout = 1,25 В]

Таблица 3. Значения QG и RDS(ON) MOSFET верхних ключей SW1 DC/DC-преобразователя
Транзистор V(BR)DSS, В RDS(ON), mOm QG,SW, нКл
SW 11 30 9,2 6,85
SW 12 7,3 4,65
SW 13 7,6 9,25
SW 14 7,0 7

Также необходимо отметить важность оптимального выбора сопротивления согласующего резистора RG EXT между драйвером и MOSFET верхнего ключа. Значение этого сопротивления является компромиссным для обеспечения высокой скорости переключения и эффективности (низкое RG EXT) и обеспечения устойчивого переключения и минимизации уровня выброса (phase node spike) выходного напряжения (высокое RG EXT), который определяется энергией, запасенной в паразитных индуктивностях во время выключения верхнего транзистора и наблюдается при его включении (рис. 13, 14). Выбор входного сопротивления проводится при анализе работы преобразователя на тестовой плате путем сравнения скорости переключения, эффективности, уровня выброса напряжения.

Рис. 13. Процесс возникновения выброса выходного напряжения:
а) при выключении верхнего транзистора паразитные индуктивности заряжаются;
б) при его включении разряжаются

Рис. 14. Выброс выходного напряжения на стоке MOSFET нижнего ключа при включении MOSFET верхнего ключа

Выбор параметров MOSFET нижнего ключа

Так как MOSFET нижнего ключа большую часть времени является открытым, то потери проводимости, определяемые величиной сопротивления RDS(ON), вносят основной вклад в рассеяние мощности. Для снижения величины сопротивления в зависимости от необходимого уровня выходного тока можно использовать один или несколько транзисторов нижнего ключа.

Для нижнего ключа потери проводимости определяются как

Параметр D для современных конвертеров очень низкий (0,1-0,2%), и потери проводимости определяются главным образом сопротивлением. Поэтому минимизация RDS(ON) является критической для оптимальной работы MOSFET нижнего ключа. Как и в случае MOSFET верхнего ключа, в качестве примера в таблице 4 приведены значения параметров двух MOSFET нижнего ключа и соответствующие им кривые эффективности на рис. 15 при использовании для обоих случаев одного и того же транзистора верхнего ключа SW11. Отметим, что транзистор SW21 соответствует критерию для транзистора верхнего ключа: низкое значение заряда затвора. Как видно на рис. 15, для малых выходных токов, когда значительный вклад дают потери на переключение и управление затвора, эффективность транзистора SW21 несколько выше благодаря низкому QG. Однако для средних и больших токов выше эффективность уже транзистора SW22 — благодаря низкому значению RDS(ON).

Рис. 15. Зависимость эффективности преобразователя с параметрами MOSFET нижнего ключа согласно таблице 4 от величины выходного тока (Vout = 1,25 В]

Таблица 4. Значения QG и RDS(ON)MOSFET нижних ключей SW2 DC/DC-преобразователя
Транзистор V(BR)DSS, В RDS(ON), mOm QG,SW, нКл
SW11 25 13 8,5
SW21 30 6 15
SW22 25 5,2 18

Еще одним критическим параметром, определяющим поведение MOSFET нижнего ключа, является переходная емкость Миллера CGD. Выше уже упоминался выброс напряжения при включении MOSFET верхнего ключа. Для уменьшения величины выброса необходимо также снижать скорость переключения MOSFET нижнего ключа. Это можно достичь путем увеличения емкости Миллера. На рис. 16 а, б приведены характеристики сигналов на обоих транзисторах для двух разных значений CGD и показано, что увеличение емкости CGD с 190 до 315 пФ уменьшает уровень выброса напряжения с 30,7 до 18,8 В.

Рис. 16. Осциллограмма переключения транзисторов верхнего и нижнего ключей:
а) для CGD 190 пФ уровень выброса напряжения Vphase 30,7 В;
б) для CGD 315 пФ уровень выброса напряжения Vphase 18,8 В

С другой стороны, слишком высокое значение CGD приводит к значительному росту заряда затвора и, соответственно, росту потерь на переключение и управление. Это необходимо учитывать для высокочастотных применений или когда используется несколько MOSFET нижнего ключа.

Примером выбора низковольтных транзисторов верхнего и нижнего ключей для DC/DC-преобразователей являются ST транзисторы широко распространенной 30-В серии в корпусе DPAK — STD60N3LH5 и STD95N3LLH6 соответственно (табл. 5).

Таблица 5. Сравнительные параметры транзисторов STMicroelectronics
Типономинал V(BR)DSS, B RDS(ON) MAX, (VGS = 10 В), В ID MAX, A PD MAX, Вт QG TYP, нКл
STD40NF03L 30 0,011 40 55 35
STD40NF3LL 0,011 40 80 40
STD60N3LH5 0,008 48 60 8,8
STD65N3LLH5 0,0069 65 50 8
STD75N3LLH6 0,008 75 60 17
STD85N3LH5 0,065 80 70 14
STD86N3LH5 0,005 80 70 14
STD95N3LLH6 0,042 80 70 20

Видно, что транзистор STD60N3LH5 имеет практически минимальное QG, а транзистор STD95N3LLH6 — минимальное RDS(ON).

Также из спецификаций на данные транзисторы следует, что STD95N3LLH6 имеет значительную емкость Миллера 280 пФ против 32 пФ у STD60N3LH5. Следовательно, в качестве транзистора верхнего ключа целесообразно использовать MOSFET STD60N3LH5, а в качестве транзистора нижнего ключа — STD95N3LLH6.

 

Заключение

Описанные в данной статье критерии и особенности выбора как высоковольтных, так и низковольтных MOSFET компании STMicroelectronics с учетом особенностей их применения позволяют с практической точки зрения подойти к первоначальному подбору и окончательному определению необходимых оптимальных типов транзисторов. Обращено внимание на некоторые особенности выбора и применения транзисторов исходя из их режимов работы в импульсных ИП.

Литература
  1. Захаров Ю. Новые MOSFET: нет лавинному пробою // Новости электроники. 2010. № 12.
  2. http://te.vrn.ru/projects.htm /ссылка утрачена/
  3. Managing the best in class MDmesh V and MDmesh II super junction technologies: driving and layout key notes. 
  4. Рудаковский Д., Котов В., Битно Л. Распределенная система электропитания на основе AC/DC- и DC/DC-преобразователей компании «Микроника» // Компоненты и технологии. 2012. № 6.
  5. Цевелюк Е., Котов В. Обзор LED-драйверов для светодиодных ламп широкого применения // Полупроводниковая светотехника. 2012. № 5.
  6. R. Gulino. Guidelines for using ST’s MOSFET SMD package. 
  7. F. Fusillo, F. Scrimizzi. Power MOSFETs:best choice guide for VRM applications. 

ИМПУЛЬСНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ СВОИМИ РУКАМИ

ДАННЫЙ МАТЕРИАЛ СОДЕРЖИТ БОЛЬШОЕ КОЛИЧЕСТВО АНИМИРОВАННЫХ ПРИЛОЖЕНИЙ!!!

       

       

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

      Прежде чем приступить к описанию принципа работы импульсных источников питания следует вспомнить некоторые детали из общего курса физики, а именно что такое электричество, что такое магнитное поле и как они зависят друг от друга.
Сильно глубоко мы не будем углублятся и о причинах возникновения электричества в различных объектах мы тоже умолчим — для этого нужно просто тупо перепечатать 1/4 курса физики, поэтому будем надеятся, что читатель знает что такое электричество не по надписям на табличах «НЕ ВЛЕЗАЙ — УБЬЕТ!». Однако для начала напомним какое оно бывает, это самое электричество, точнее напряжение.

Ну а теперь, чисто теоритически, предположим, что в качестве нагрузки у нас выступает проводник, т.е. самый обычный отрезок провода. Что происходит в нем, когда через него протекает ток наглядно показанно на следующем рисунке:

Если с проводником и магнитным полем вокруг него все понятно, то сложим проводник не в кольцо, а в несколько колец, чтобы наша катушка индуктивности проявила себя активней и посмотрим что будет происходить дальше.

На этом самом месте имеет смысл попить чаю и дать мозгу усвоить только что узнанное. Если же мозг не устал, или же эта информация уже известна, то смотрим дальше

В качестве силовых транзисторов в импульсных блока питания используются биполярные транзисторы, полевые(MOSFET) и IGBT. Какой именно силовой транзистор использовать решает только производитель устройств, поскольку и те, и другие и третьи имеют и свои достоинства, и свои недостатки. Однако было бы не справедливым не заметить, что биполярные транзисторы в мощных источника питания практически не используются. Транзисторы MOSFET лучше использовать при частотах преобразования от 30 кГц до 100 кГц, а вот IGBT «любят частоты пониже — выше 30 кГц уже лучше не использовать.
Биполярные транзисторы хороши тем, что они довольно быстро закрываются, поскольку ток коллектора зависит от тока базы, но вот в открытом состоянии имеют довольно большое сопротивление, а это означает, что на них будет довольно большое падение напряжения, что однозначно ведет к лишнему нагреву самого транзистора.
Полевые имеют в открытом состоянии очень маленькое активное сопротивление, что не вызывает большого выделения тепла. Однако чем мощнее транзистор, тем больше его емкость затвора, а для ее зарядки-разрядки требуются довольно большие токи. Данная зависимость емкости затвора от мощности транзистора вызвана тем, что используемые для источников питания полевые транзисторы изготавливаются по технологии MOSFET, суть которой заключается в использовании параллельного включения нескольких полевых транзисторов с изолированным затвором и выполненных на одном кристалле. И чем мощенее транзистор, тем большее количество параллельных транзисторов используется а емкости затворов суммируются.
Попыткой найти компромисс являются транзисторы, выполненные по технологии IGBT, поскольку являются составными элементами. Ходят слухи, что получилисьони чисто случайно, при попытке повторить MOSFET, но вот вместо полевых транзисторов, получились не совсем полевые и не совсем биполярные. В качестве управляющего электрода выступает затвор встроенного внутрь полевого транзистора не большой мощности, который своими истоком-стоком уже управляет током баз мощных биполярных транзисторов, включенных параллельно и выполненных на одном кристалле данного транзстора. Таким образом получается довольно маленькая емкость затвора и не очень большое активное сопротивление в открытом состоянии.
Основных схем включения силовой части не так уж и много:
АВТОГЕНЕРАТОРНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ. Используют положительную связь, обычно индукционную. Простота подобных источников питания накладывает на них некоторые ограничения — подобные источники питания «любят» постоянную, не меняющуюся нагрузку, поскольку нагрузка влияет на параметры обратной связи. Подобные источники бывают как однотактные, так и двухтактные.
ИМПУЛЬСНИНЫЕ БЛОКИ ПИТАНИЯ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ. Данные источники питания так же делятся на однотактыные и двухтактные. Первые хоть и лояльней относятся к меняющейся нагрузке, но все же не очень устойчиво поддерживают необходимый запас мощности. А аудиотехника имеет довольно большой разброс по потреблению — в режиме паузы усилитель потребляет единицы ватт (ток покоя оконечного каскада), а на пиках аудиосигнала потребление может достигать десятков или даже сотен ватт.
Таким образом единственным, максимально приемлемым вариантом импульсных источником питания для аудиотехники является использование двухтактных схем с принудительным возбуждением. Так же не стоит забывать о том, что при высокочастотном преобразовании необходимо уделять более тщательное внимание к фильтрации вторичного напряжения, поскольку появление помех по питанию в звуковом диапазоне сведут на нет все старания по изготовлению импульсного источника питания для усилителя мощности. По этой же причине частота преобразования уводится по дальше от звукового диапазона. Самой популярной частотой преобразования раньше была частота в районе 40 кГц, но современная элементная база позволяет производить преобразование на частотах гораздо выше — вплоть до 100 кГц.
Различают два базовых вида данных импульсных источников — стабилизированные и не стабилизированные.
Стабилизированные источники питания используют широтноимпульсную модуляцию, суть которой заключается в формровании выходного напряжения за счет регулировки длительности подаваемого в первиную обмотку напряжения, а компенсация отсутствия импульсов осуществляется LC цепочками, включенными на выходе вторичного питания. Большим плюсом стабилизированных источников питания является стабильность выходного напряжения, не зависящая ни от входного напряжения сети 220 В, ни от потребляемой мощности.
Не стабилизированные просто управляют силовой частью с постоянной частотой и длительностью импульсов и от обычного трансформатора отличаются лишь габаритами и гораздо меньшими емкостями конденсаторов вторичного питания. Выходное напряжение напрямую зависит от сети 220 В, и имеет небольшую зависисмость от потребляемой мощности (на холостом ходу напряжение несколько выше рассчетного).
Самыми популярными схемами силовой части импульсных источников питания являются:
Со средней точкой (ПУШ-ПУЛЛ). Используются обычно в низковольтных источниках питания, поскольку имеет некоторые особенности в требованиях к элементной базе. Диапазон мощностей довольно большой.
Полумостовые. Самая популярная схема в сетевых ипульсных источниках питания. Диапазон мощностей до 3000 Вт. Дальнейшее увеличение мощности возможно, но уже по стоимости доходит до уровня мостового варианта, поэтому несколько не экономично.
Мостовые. Данная схема не экономична на малых мощностях, поскольку содержит удвоенное количество силовых ключей. Поэтому чаще всего используется на мощностях от 2000 Вт. Максимальные мощности находятся в пределах 10000 Вт. Данная схемотехника является основной при изготовлении сварочных аппаратов.
Рассмотрим подробнее кто есть кто и как работает.

            СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ

Как было показанно — данную схемотехнику силовой части не рекомендуется использовать для создания сетевых источников питания, однако НЕ РЕКОМЕНДУЕТСЯ не значит НЕЛЬЗЯ. Просто необходимо более тщательно подходить к выбору элементной базы и изготовлению силового трансформатора, а так же учитывать довольно большие напряжения при разводке печатной платы.
Максимальную же популярность данный силовой каскад получил в автомобильной аудитехнике, а так же в источниках бесперебойного питания. Однако на этом поприще данная схемотехника притерпевает некоторые неудобства, а именно ограничение максимальной мощности. И дело не в элементной базе — на сегодня совсем не являются дефицитными MOSFET транзисторы с мгновенными значениями тока сток-исток в 50-100 А. Дело в габаритной мощности самого трансформатора, а точнее в первичной обмотке.
Проблема заключается… Впрочем для большей убедительности воспользуемся программой расчетов моточных данных высокочастотных трансформаторов.
Возьмем 5 колец типоразмера К45х28х8 с проницаемостью M2000HM1-А, заложем частоту преобразования 54 кГц и первичную обмотку в 24 В (две полуобмотки по 12 В) В итоге получаем, что мощность данный сердечник сможет развить 658 вт, но вот первичная обмотка должна содержать 5 витков, т.е. по 2,5 витка на одну полуобмотку. Как то не естественно маловато… Однако стоит поднять частоту преобразорвания до 88 кГц как получится всего 2 (!) витка на полуобмотку, хотя мощность выглядит весьма заманчиво — 1000 Вт.
Вроде с такими результатами можно смириться и равномерно по всему кольцу распределить 2 витка тоже, если сильно постараться, можно, но вот качество феррита оставляет желать лучшего, да и M2000HM1-А на частотах выше 60 кГц уже сам по себе греется довольно сильно, ну а на 90 кГц его уже обдувать надо.
Так что как не крути, но получается замкнутый круг — увеличивая габариты для получения большей мощности мы слишком сильно уменьшаем количество витков первичной обмотки, увеличивая частоту мы опять же уменьшаем количество витков первичной обмотки, но еще в довеско получаем лишнее тепло.
Именно по этой причине для получения мощностей свыше 600 Вт используют сдвоенные преобразователи — один модуль управления выдает управляющие импульсны на два одинаковых силовых модуля, содержащих два силовых трансформатора. Выходные напряжения обоих трансформаторов суммируются. Именно таким способом организуется питания сверхмощных автмобильных усилителей заводского производства и с одного силовго модуля снимается порядка 500..700 Вт и не более. Способов суммирования несколько:
— суммирования переменного напряжения. Ток в первичные обмотки трансформаторов подается синхронно, следовательно и выходные напряжения синхронны и могут соединяться последовательно. Соединять вторичные обмотки параллельно от двух трансформаторов не рекомендуется — небольшая разница в намотке или качестве феррита приводит в большим потерям и снижению надежности.
— суммирование после выпрямителей, т.е. постоянного напряжения. Самый оптимальный вариант — один силовой модуль выдает положительное напряжение для усилителя мощности, а второй — отрицательное.
— формирование питания для усилителей с двух уровневым питанием сложением двух идентичных двухполярных напряжений.

            ПОЛУМОСТОВАЯ

Полумостовая схема имеет довольно много достоинств — проста, следовательно надежна, легка в повторении, не содержит дефицитных деталей, может выполняться как на биполярных, так и на полывых транзисторах. Транзисторы IGBT в ней тоже прекрано работают. Однако слабое место у нее есть. Это проходные конденсаторы. Дело в том, что при больших мощностях через них протекает довольно большой ток и качество готового импульсного источника питания на прямую зависит от качества именно этого компонента.
А проблема заключается в том, что конденсаторы постоянно перезаряжаются, следовательно они должны иметь минимальное сопротивление ВЫВОД-ОБКЛАДКА, поскольку при большом сопротивлении на этом участке будет выделяться довольно много тепла и в конце концов вывод просто отгорит. Поэтому в качестве проходных конденсаторов необходимо использовать пленочные конденсаторы, причем емкость одного конденсатора может достигать емкости 4,7 мкФ в крайнем случае, если используется один конденсатор — схема с одни кондлесатром тоже довольно часто используется, по принципу выходного каскада УМЗЧ с однполярным питанием. Если же используются два конденсатора на 4,7 мкФ (точка их соединения подключена к обмотке трансформатора, а свободные выводы к плюсовой и минусовой шинам питания), то данная комплектация вполне пригодна для питания усилителей мощности — суммарная емкость для переменного напряжения преобразования складывает и в итоге получается равной 4,7 мкФ + 4,7 мкФ = 9,4 мкФ. Однако данный вариант не расчитан для догосрочного непрерывного использования с максимальной нагрузкой — необходимо разделять суммарную емкость на несколько конденсаторов.
При необходимости получения больших емкостей (низкая частота преоразования) лучше использовать несколько конденсаторов меньшей емкости (например 5 штук по 1 мкФ соединенных параллельно). Однако большое количество включенных параллельно конденсаторов довольно сильно увеличивает габариты устройства, да и суммарная стоимость все гирлянды конденсаторов получается не маленькой. Поэтому, при необходимости получить большую мощность имеет смысл воспользоваться мостовой схемой.
Для полумостового варианта мощности выше 3000 Вт не желательны — уж больно громоздкими будут платы с проходными конденсаторами. Использование в качестве проходных конденсаторов электролитических имеет смысл, но лишь на мощностях до 1000 Вт, посокольку на больших частотах электролиты не эффективны и начинаю греться. Бумажные конденсаторы в каестве проходных показали себя очень хорошо, но вот их габариты…
Для большей наглядности мы приводим таблицу зависимости реактивного сопротивления конденсатора от частоты и емкости (Ом):

Емкость конденсатора Частота преобразования
30 кГц 40 кГц 50 кГц 60 кГц 70 кГц 80 кГц 90 кГц 100 кГц
0,1 мкФ 53 39,8 31,8 26,5 22,7 19,9 17,7 15,9
0,22 мкФ 24,1 18 14,5 12 10,3 9 8 7,2
0,33 мкФ 16 12 9,6 8 6,9 6 5,4 4,8
0,47 мкФ 11,9 8,5 6,8 5,6 4,8 4,2 3,8 3,4
1,0 мкФ 5,3 4 3,2 2,7 2,3 2 1,8 1,6
2,2 мкФ 2,4 1,8 1,4 1,2 1 0,9 0,8 0,7
3,3 мкФ 1,6 1,2 1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,5
4,7 мкФ 1,1 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,4 0,3

На всякий случай напоминаем, что при использовании двух конденсаторо (один на плюс, второй на минус) финальная емкость будет равна сумме емкостей этих конденсаторов. Итоговое сопротивление не выделает тепла, поскольку реактивное, но может повлиять на КПД источника питания при максимальных нагрузках — напряжение на выходе начнет уменьшаться, не смотря на то, что габаритная мощность силового трансформатора вполне достаточна.

            МОСТОВАЯ

Мостовая схема пригодна для любых мощностей, но наиболее эффективна на больших мощностях (для сетевых источников питания это мощности от 2000 Вт). Схема содержит две пары силовых транзисторов, управляемых синхроно, но необходимость гальванической развязки эмиттеров верхенй пары вносит некоторые неудобства. Однако эта проблема вполне решаема при использовании трансформаторов управления или же специализированных микросхем, например для полевых транзисторов вполен можно использовать IR2110 — специализированная разработка компании International Rectifier.

Однако силовая часть не имеет ни какого смысла, если ею не управляет модуль управления.
Специализированных микросхем, способных управлять силовой частью импульсных источников питания довольно много, однако наиболее удачной разработкой в этой области является TL494, которая появилась еще в прошлом веке, тем не менее не утратила своей актуальности, поскольку содержит ВСЕ необходимые узлы для управления силовой частью импульсных источников питания. О популярности данной микросхемы прежде всего говорит выпуск ее сразу несколькими крупными производителями электронных компонентов.
Рассмотрим принцип действия данной микросхемы, которую с полной ответственностью можно назвать контроллером, поскольку она обладет ВСЕМИ необходимыми узлами.

ЧАСТЬ I


ЧАСТЬ II

В чем же заключается собственно ШИМ способ регулировки напряжения?
В основу способа положена все таже инерционность индуктивности, т.е. ее не способность мгновенно пропустить ток. Поэтому регулируя длительность импульсов можно изменять финальное постоянное напряжение. Причем для импульсных источников питания это лучше делать в первичных цепях и таким образом экономить средства на создание источника питания, поскольку данный источник будет исполнять сразу две роли:
— преобразование напряжения;
— стабилизацию выходного напряжения.
Причем тепла при этом будет выделяться гораздо меньше по сравнению с линейным стабилизатором, установленным на выходе не стабилизированно импульсного блока питания.
Для больше наглядности стоит посмотреть рисунок, приведенный ниже:

      На рисунке приведена схема-эквивалент импульсного стабилизатора в котором в качестве силового ключа выступает генерато прямоугольных импульсов V1, а R1 в качестве нагрузки. Как видно из рисунка при фиксированной амплитуде выходных импульсов в 50 В, изменяя длительность импульсов можно в широких пределах изменять подаваемое на нагрузку напряжение, причем с очень маленькими тепловыми поетрями, зависищами лишь от параметров используемого силового ключа.

С принципами работы силовой части разобрались, с управлением тоже. Осталось соединить оба узла и получить готовый импульсный источник питания.
Нагрузочная способность контроллера TL494 не очень большая, хотя ее хватает для управления одной парой силовых транзисторов типа IRFZ44. Однако для более мощных транзисторов уже необходимы усилители тока, способные развить необходимы тока на управляющих электродах силовых транзисторов. Поскольку мы стараемся снизить габариты источника питания и уйти подальше от звукового диапазона, то оптимальным использованием в качестве силовых транзисторов будут полевые транзисторы, выполненные по технологии MOSFET.


Варианты структур при изготовлении MOSFET.

      С одной стороны — для управления полевым транзистором не нужны большие токи — они открываются напряжением. Однако в этой бочке меда есть ложка дегтя, в данном случае заключающаяся в том, что хоть затвор и имеет огромное активное сопротивление, не потребляющее тока для управления транзистором, но затвор имеет емкость. А для ее заряда и разряда как раз и нужны большие токи, поскольку на больших частотах преобразования реактивное сопротивление уже снижается до пределов которые нельзя игнорировать. И чем больше мощность силового MOSFET транзистора тем больше емкость его затвора.
Для примера возьмем IRF740 (400 V, 10A), у которого емкость затвора составляет 1400 пкФ и IRFP460 (500 V, 20 A), у которого емкость затвора составляет 4200 пкФ. Поскольку и у первого, и у второго напряжение затвора не должно быть более ± 20 В, то в качестве управляющих импульсов возьмем напряжение 15 В и посмотрим в симмуляторе что происходит при частоте генератора в 100 кГц на резисторах R1 и R2, которые включены последовательно с конденсаторами на 1400 пкФ и 4200 пкФ.


Тестовый стенд.

      При протекании через активную нагрузку тока на ней образуется падение напряжения, по этой величене и можно судить о мгновенных значениях протекающего тока.


Падение на резисторе R1.

      Как видно из рисунка сразу при появлении управляющего импульса на резисторе R1 падает примерно 10,7 В. При сопротивлении 10 Ом это означает, что мгновенное значения тока достигает 1, А (!). Как только импульс заканчивается на резисторе R1 падает так же 10,7 В, следовательно и для того, чтобы разрядить конденсатор С1 требуется ток около 1 А..
Для зарядки-разрядки емкости в 4200 пкФ через резистор 10 Ом требуется 1,3 А, поскольку на резисторе 10 Ом падает 13,4 В.

      Вывод напрашивается сам собой — для зарядки-разрядки емкостей затворов необходимо, чтобы каска, работающий на затворы силовых транзисторов, выдерживал довольно большие токи, не смотря на то, что суммарное потребление довольно мало.
Для ограничения мгновенных значений тока в затворах полевых транзисторов обычно используют токоограничивающие резисторы от 33 до 100 Ом. Чрезмерное уменьшение этих резисторов повышает мгновенное значение проеткающих токов, а увеличение — увеличивает длительность работы силового транзистора в линейном режиме, что влечет необоснованный нагрев последних.
Довольно часто используется цепочка состоящая из соединенных параллельно резистора и диода. Данная хитрость используется прежде всего для того, чтобы разгрузить управляющий каскад на время зарядки и ускорить разрядку емкости затвора.


Фрагмент однотактного преобразователя.

      Таким образом достигается не мгновенное появление тока в обмотке силового трансформатора, а несколько линейное. Хотя это увеличивает температуру силового каскада, но довольно ощутимо снижает выбосы самоидуции, которые неизбежно появляются при подаче прямоугольного напряжения в обмотку трансформатора.


Самоиндукция в работе однотактного преобразователя
(красная линия — напряжение на обмотке трансформатора, синяя — напряжение питания, зеленая — импульсы управления).

      Итак с теоритической частью разобрались и можно подвести кое какие итоги:
Для создания импульсного источника питания необходим трансформатор, сердечник у которого изготовлен из феррита;
Для стабилизации выходного напряжения импульсного источника питания необходим ШИМ метод с которым вполне успешно справляется контроллер TL494;
Силовая часть со средней точкой наиболее удобна для низковольных импульсных источников питания;
Силовая часть полумостовой схемотехники удобна для малых и средних мощностей, а ее параметы и надежность во многом зависят от коичества и качества проходных конденсаторов;
Силовая часть мостового типа более выгодна для больших мощностей;
При использовании в силовой части MOSFET не стоит забывать о емкости затворов и расчитывать управляющие элементы силовыми транзисторами с поправками на эту емкость;
Поскольку с отдельными узлами разобрались переходим к финальному варианту импульсного источника питания. Поскольку и алгоритм и схемотехника всех полумостовых источников практически одинакова, то для разъяснения какой элемент для чего нужен разберем по косточкам самый популярный, мощностью 400 Вт, с двумя двуполярными выходными напряжениями.


Осталось отметить некоторые ньюнасы:
Резисторы R23, R25, R33, R34 служат для создания RC-фильтра, который крайне желателен при использовании электролитических конденсаторах на выходе импульсных источниках. В идеале конечно же лучше использовать LС-фильтры, но поскольку «потребители» не очень мощные можно вполне обойтись и RC-фильтром. Сопротивление данных резисторов может использоваться от 15 до 47 Ом. R23 лучше мощностью 1 Вт, остальные на 0,5 Вт вполне достаточно.
С25 и R28 — снабер снижающий выбросы самоиндукции в обмотке силового трансформатора. Наиболее эффективны при емкостях около выше 1000 пкф, но в этом случае на резисторе выделяется слишком много тепла. Необходимы в случае когда после выпрямительных диодов вторичного питания отсутствуют дроссели (подавляющее большинство заводской аппаратуры). Если дроссели используются эффективность снаберов не так заметна. Поэтому мы их ставим крайне редко и хуже источники питания от этого не работают.
Если некоторые номиналы элементов отличаются на плате и принципиальной схеме эти номиналы не критичны — можно использовать и те и другие.
Если на плате имеются элементы отсутствующие на принципиальной схеме (обычно это конденсаторы по питанию) то можно их не ставить, хотя с ними будет лучше. Если же решили устанавливать, то не электролитические конденсаторы можно использовать на 0,1…0,47 мкФ, а электролитические такой же емкости как и те, которые получаются с ними включенными параллельно.
На плате ВАРИАНТ 2 Возле радиаторов имеется прямоугольная часть которая высверливается по периметру и на нее устанавливаются кнопки управления источником питания (вкл-выкл). Необходимость данного отверстия обусловлена тем, что вентилятор на 80 мм не умещается по высоте , для того, чтобы закрепить его к радиатору. Поэтому вентиялтор устанавливается ниже основания печатной платы.

ИНСТРУКЦИЯ ПО САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ СБОРКЕ
СТАБИЛИЗИРОВАННОГО ИМПУЛЬСНОГО ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ

      Для начала внимательно следует ознакомиться с принципиальной схемой, впрочем это следует делать всегда, перед тем как приступать к сборке. Данный преобразователь напряжения работает по полумостовой схеме. В чем отличие от остальных подробно рассказанно здесь.

      Принципиальная схема упакованна WinRAR старой версии и выполнена на странице WORD-2000, поэтому с распечаткой данной страницы проблем возникнуть не должно. Здесь же мы рассмотрим ее фрагментами, поскольку хочется сохранить высокую читаемость схемы, а целиком на эеран монитора она умещается не совсем корректно. На всякий случай можно пользоватся этим чертежом для представления картины в целом, но лучше распечатать…
На рисунке 1 — фильтр и выпрямитель сетевого напряжения. Фильтр предназначен прежде всего для исключения проникновения импульсных помех от преобразователя в сеть. Выполнен на L-C основе. В качестве индуктивности используется ферритовый сердечник любой формы (стержневые лучше не нужно — большой фон от них) с намотанной одинарной обмоткой. Габариты сердечника зависят от мощности источника питания, поскольку чем мощнее источник, тем больше помех он будет создавать и тем лучше нужен фильтр.


Рисунок 1.

      Примерные габариты сердечников в зависимости от мощности источника питания сведены в таблицу 1. Обмотка мотается до заполения сердечника, диаметр(ы) провода следует выбирать из расчета 4-5 А/мм кв.

Таблица 1
МОЩНОСТЬ ИСТОЧНИКА ПИТАНИЯ КОЛЬЦЕВОЙ СЕРДЕЧНИК Ш-ОБРАЗНЫЙ СЕРДЕЧНИК
200-400 Вт Диаметр от 22 до 30 при толщине 6-8 мм Ширина от 24 до 30 при толщине 6-8 мм
400-800 Вт Диаметр от 32 до 40 при толщине 8-10 мм Ширина от 30 до 40 при толщине 8-10 мм
800-1200 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 8-10 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 8-10 мм
1200-1600 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 10-12 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 10-12 мм
2000-2500 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 12-16 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 12-16 мм
2500-3000 Вт Диаметр от 40 до 45 при толщине 16-20 мм Ширина от 40 до 45 при толщине 16-20 мм

Здесь следует немного пояснить почему диаметр(ы) и что такое 4-5 А/мм кв.
Данная категория источников питания относится в высокочастотной. Теперь вспомним курс физики, а именно то место, в котором говорится, что на высоких частотах ток течет не по всему сечению проводника, а по его поверхности. И чем выше частота, тем большая часть сечения проводника остается не задействованной. По этой причине в импульсных высокочастотных устройствах обмотки выполняют с помощью жгутов, т.е. берется несколько более тонкив проводников и складывается вместе. Затем получившийся жгут немного скручивают вдоль оси, чтобы отдельные проводники не торчали в разные стороны во время намотки и этим жгутом наматывают обмотки.
4-5 А/мм кв означает, что напряженность в проводнике может достигать от четырех до пяти Ампер на квадрантный миллиметр. Этот параметр отвечает за нагрев проводника за счет пандения в нем напряжения, ведь проводник имеет, хоть и не большое, но все же сопротивление. В импульсной технике моточные изделия (дроссели, трансформаторы) имеют сравнительно не большие габариты, следовательно охлаждаться они будут хорошо, поэтому напряженность можно использовать именно 4-5 А/мм кв. А вот для традиционных трансформаторов, выполненных на железе, этот параметр не должен превышать 2,5-3 А/мм кв. Сколько проводов и какого сечения поможет расчитать табличка диаметров. Кроме этого табличка подскажет какую мощность можно получить при использовании того или иного количества проводов имеющегося в наличии провода, если использовать его в качестве первичной обмотки силового трансформатора. Открыть табличку.
Емкость конденсатора С4 должна быть не ниже 0,1 мкФ, если он используется вообще. Напряжение 400-630 В. Формулировка если он используется вообще используется не напрасно — основным фильтром является дроссель L1, а его индуктивность получилась довольно большой и вероятность проникновения ВЧ помех сводится практически до нулевых значений.
Диодный мост VD служит для выпрямления переменного сетевого напряжения. В каечстве диодного моста используется сборка типа RS (торцевые выводы). Для мощности в 400 Вт можно использовать RS607, RS807, RS1007 (на 700 В, 6, 8 и 10 А соответственно), поскольку установочные габариты у этих диодных мостов одинаковые.
Конденсаторы С7, С8, С11 и С12 необходимы для снижения импульсных помех, создаваемых диодами во время приближения переменного напряжения к нулю. Емкость данных конденсаторов от 10 нФ до 47 нФ, напряжение не ниже 630 В. Однако проведя несколько замеров было выяснено, что L1 хорошо справляется и с этими помехами, а для исключения влияния по первичным цепях вполне хватает конденсатора С17. Кроме этого свою лепту вносят и емкости конденсаторов С26 и С27 — для первичного напряжения они являются двумя, соединенными последовательно конденсаторами. Поскольку их номиналы равны, то итоговая емккость делится на 2 и эта емкость уже не только служит для работы силового трансформатора, но еще и подавляет импульсные помехи по первичному питанию. Исходя из этого мы отказались от использования С7, С8, С11 и С12, ну а если кому то уж очень хочется их установить, то на плате, со стороны дорожек места вполне достаточно.
Следующий фрагмент схемы — ограничители тока на R8 и R11 (рисунок 2). Данные резисторы необходимы для снижения тока зарядки электролитических конденсаторов С15 и С16. Данная мера необходима, поскольку в момент включения необходим очень большой ток. Ни предохранитель, ни диодный мост VD не способны, пусть даже кратковременно выдержать такой мощный токовый бросок, хотя индуктивность L1 и ограничивает максимальное значение протекающего тока, в данном случае этого не достаточно. Поэтому используются токоограничивающие резисторы. Мощность резисторов в 2 Вт выбрана не столько из за выделяемого тепла, а по причине довольно широкого резистивного слоя, способного кратковременно выдержать ток в 5-10 А. Для источников питания мощностью до 600 Вт можно использовать резисторы мощностью и 1 Вт, либо использовать один резистор мощностью 2 Вт, необходимо лишь соблюсти условие — суммарное сопротивление даннйо цепи не должно быть меньше 150 Ом и не должно быть больше 480 Ом. При слишком низком сопротивлении увеличивается шанс разрушения резистивного слоя, при слишком выском — увеличивается время заряда С15, С16 и напряжение на них не успеет приблизится к максимальному значению как сработает реле К1 и контактам этого реле придется коммутировать слишком большой ток. Если вместо резисторов МЛТ использовать проволочные, то суммарное сопротивление можно уменьшить до 47…68 Ом.
Емкость конденсаторов С15 и С16 выбирается так же в зависимости от мощности источника. Вычислить необходиму емкость можно воспользовавшись не сложной формулой : НА ОДИН ВАТТ ВЫХОДНОЙ МОЩНОСТИ НЕОБХОДИМ 1 МКФ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРОВ ФИЛЬТРА ПЕРВИЧНОГО ПИТАНИЯ. Если есть сомнения в своих математических способностях можно воспользоваться табличкой, в которой просто ставите мощность источника питания, который вы собираетесь изготовить и смотрите сколько и каких конденсаторов Вам необходимо. Обратите внимание на то, что плата расчитана на установку сетевых электролитических конденсаторов диаметром 30 мм.


Рисунок 3

      На рисунке 3 показанны гасящие резисторы основная цель которых сформировать стартовое напряжение. Мощность не ниже 2 Вт, на плату устанавливаются парами, друг над дружкой. Сопротивление от 43 кОм до 75 кОм. ОЧЕНЬ желательно, чтобы ВСЕ резисторы были одного номилала — в этом случае тепло распределяется равномерно. Для небольших мощностей используется маленькое реле с небольшим потреблением, поэтому можно обойтись 2 или тремя гасящими резисторами. На плате устанавливаются друг над дружкой.


Рисунок 4

      Рисунок 4 — стабилизатор питания модуля управления — в любом корпусе интергарльный стабилизатор на +15В. Необходим радиатор. Размер… Обычно хватает радиатора от предпоследнего каскада отечественных усилителей. Можно попросить что-то в телемастерских — на телевезионных платах обычно 2-3 подходящих радиатора находятся. Второй как раз используется для охлаждения транзистора VT4, управляющего оборотами вентилятора (рисунок 5 и 6). Конденсаторы С1 и С3 можно использовать и 470 мкФ на 50 В, но такая замена подходит лишь для источников питания, использующих определенный тип реле, у которых сопротивление катушки довольно большое. На более мощных источниках используется более мощное реле и уменьшение емкости С1 и С3 крайне не желательно.


Рисунок 5

Рисунок 6

      Транзистор VT4 — IRF640. Можно заменить на IRF510, IRF520, IRF530, IRF610, IRF620, IRF630, IRF720, IRF730, IRF740 и т.д.. Главное — он должен быть к орпусе ТО-220, иметь максимальное напряжение не ниже 40 В и максимальный ток не менее 1 А.
Транзистор VT1 — практически любой прямой транзистор с максимальным током более 1 А, желательно с маленьким напряжение насыщения. Одинаково хорошо становятся транзисторы в корпусах ТО-126 и ТО-220, поэтому можно подобрать уйму замен. Если прикрутить небольщой радиатор то вполне подойдет даже КТ816 (рисунок 7).


Рисунок 7

      Реле К1 — TRA2 D-12VDC-S-Z или TRA3 L-12VDC-S-2Z. По сути — самое обыкновенное реле с обмоткой на 12 V и контактной группой способной коммутировать 5 А и более. Можно использовать реле, используемые в некоторых телевизрах для включения петли размагничивания, только учтите — контактная группа в подобных реле имеет другую цоколевку и даже если она становится на плату без проблем следует проверить какие выводы замыкаются при подаче напряжения на катушку. Отличаются TRA2 от TRA3 тем, что TRA2 имеют одну контактную группу, способную коммутировать ток до 16 А, а TRA3 имеет 2 контактные группы по 5А.
Кстати сказать — печатная плата предлагается в двух вариантах, а именно с использованием реле и без такового. В варианте без реле не используется система мягкого старта первичного напряжения, поэтому данный вариант пригоден для источника питания мощностью не более 400 Вт, поскольку без токоограничения включать на «прямую» емкость более 470 мкФ крайне не рекомендуется. Кроме того — в качестве диодного моста VD ОБЯЗАТЕЛЬНО должен использоваться мост с максимальным током 10 А, т.е. RS1007. Ну а роль реле в варианте без софт-старта выполняет светодиод. Фунция дежурного режима сохранена.
Кнопки SA2 и SA3 (подразумевается, что SA1 — сетевой выключатель) — кнопки любого типа без фиксации, для которых можно изготовить отдельную печатную плату, а можно закрупить и другим удбным способом. Необходимо помнить, что контакты кнопок гальванически связанны с сетью 220 В, поэтому необходимо исключить вероятность их касания в процессе эксплуатации источника питания.
Аналогов контроллера TL494 довольно много, можно использовать любой, только учтите — у разных производителей возможны некоторые различия параметров. Например при замене одного производителя на другого может измениться частота преобразования, но не сильно, а вот выходное напряжение может измениться вплоть до 15%.
IR2110 в принципе не дефецитный драйвер, да и аналогов у нее не так много — IR2113, но IR2113 имеет большее количество вариантов корпуса, поэтому будьте внимательны — необходим корпус DIP-14.
При монтаже платы вместо микросхем лучше использовать разъемы для микросхем (панельки), идеально — цанговые, но можно и обычные. Данная мера позволит избежать некоторых недоразумений, поскольку брака среди и TL494 (нет выходных импульсов, хотя тактовый генератор работает), и среди IR2110 (нет управляющих импульсов на верхний транзистор) довольно много, так что условия гарантии следует согласовать с продавцом микросхем.


Рисунок 8

      На рисунке 8 показана силовая часть. Диоды VD4…VD5 лучше использовать быстрые, например SF16, но при отсутствии таковых HER108 тоже вполне подойдут. С20 и С21 — суммарная емкость не менее 1 мкФ, поэтому можно использовать 2 конденсатора по 0,47 мкФ. Напряжение не менее 50 В, идеально — пленочный конденсатра на 1 мкФ 63 В (в случае пробоя силовых транзисторов пленочный остается целым, а многослойная керамика погибает). Для источников питания мощностью до 600 Вт сопротивление резисторов R24 и R25 может быть от 22 до 47 Ом, поскольку емкости затворов силовых транзисторов не очень велики.
Силовые транзисторы могут быть любыми из приведенных в таблице 2 (корпус ТО-220 или ТО-220Р).

Таблица 2
Наименование Емкость затвора,
пкФ
Макс напряжение,
В
Макс ток,
А
Тепловая мощн,
Вт
Сопротивление,
Ом
IRF740 1400-1600 400 10 125 0,55
IRF840 1300 500 8 125 0.75-0.85
IRFBC40 1300 600 6 125 1.2
SPA20N60C3 2400 650 20 34 0.19
SPP20N60C3 2400 650 20 200 0.19
STP10NK60ZFP 1400 600 10 35 0.75
STP10NK60Z 1400 600 10 115 0.75
STP14NK60Z 2200 600 13 160 0.5
STP14NK60ZFP 2200 600 13 40 0.5
STP9NK65Z 1150 650 6 125 1.2
STP9NK65ZFP 1150 650 6 30 1.2
STP10NK80Z 2200 800 9 160 0.9
STP10NK80ZFP 2200 800 9 40 0.9
STP17NK40ZPFP 400 15 35 0.23
      Если тепловая мощность не превышает 40 Вт значит корпус транзистора полностью пластмассовый и требуется теплоотвод большей площади, чтобы не доводить температуру кристалла до критического значения.

Напряжение затвора для всех не более ±20 В

Тиристоры VS1 и VS в принципе марка значения не имеет, главное — максимальный ток должен составлять не менее 0,5 А и корпус должен быть ТО-92. Мы используем либо MCR100-8, либо MCR22-8.
Диоды для слаботочного питания (рисунок 9) желательно выбирать с маленьким временем восстановления. Вполне подойдут диоды серии HER, например HER108, но можно использоваь и другие, например SF16, MUR120, UF4007. Резисторы R33 и R34 на 0,5 Вт, сопротивление от 15 до 47 Ом, причем R33=R34. Служебная обмотка, работающая на VD9-VD10 должна быть рассчитана на 20 В стабилизированного напряжения. В таблице расчета обмоток она отмечена красным.


Рисунок 9

      Силовые выпрямительные диоды могут использоваться как в корпусе ТО-220, так и в корпусе ТО-247. В обоих вариантах печатной платы подразумевается, что диоды будут установлены друг над дружкой и с платой соединяться проводниками (рисунок 10). Разумеется, что при установке диодов следует использовать термопасту и изолирующие прокладки (слюду).


Рисунок 10

      В качестве выпрямительных диодов желательно использовать диоды с маленьким временем восстановления, поскольку от этого зависит нагрев диодов на холостом ходу (сказывается внутренняю емкость диодов и они просто греются сами по себе, даже без нагрузки). Список вариантов сведен в таблицу 3

Таблица 3
Наименование Максимальное напряжение,
В
Максимальный ток,
А
Время восстановления,
нано сек
8ETH06 600 8 30
15ETH06 600 15 35
15ETH06FP 600 15 35
30EPH06 600 30 28
30ETH06 600 30 40
40EPF06 600 40 60
HFA15TB60 600 15 60
HFA16TB120 1200 16 30
HFA25TB60 600 25 75
HFA30PB120 1200 30 40
MUR1520 200 15 35
MUR820 200 8 25
MUR860 600 8 50
SF84 200 8 35

Трансформатор тока выполняет две роли — используется именно как трансформатор тока и как индуктивность, включенная последовательно с первичной обмоткой силового трансформатора, что позволяет несколько снизить скорость появляения тока в первичной обмотке, что ведет к уменьшению выбросов самоиндукции (рисунок 11).


Рисунок 11

      Строгих формул для расчета данного трансформатора нет, но вот соблюсти некоторые ограничения настоятельно рекомендуется:

            ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 200 ДО 500 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 12…18 ММ
ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 400 ДО 800 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 18…26 ММ
ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 800 ДО 1800 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 22…32 ММ
ДЛЯ МОЩНОСТЕЙ ОТ 1500 ДО 3000 ВТ — КОЛЬЦО ДИАМЕТРОМ 32…48 ММ
КОЛЬЦА ФЕРРИТОВЫЕ, ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ 2000, ТОЛЩИНОЙ 6…12 ММ

КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ ПЕРВИЧНОЙ ОБМОТКИ:
3 ВИТКА ДЛЯ ПЛОХИХ УСЛОВИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ И 5 ВИТКОВ ЕСЛИ ВЕНТИЛЯТОР ОБДУВАЕТ НЕПОСРЕДСТВЕННО ПЛАТУ
КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ:
12…14 ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ИЗ 3-Х ВИТКОВ И 20…22 ДЛЯ ПЕРВИЧНОЙ ИЗ 5-ТИ ВИТКОВ

ГОРАЗДО УДОБНЕЙ ТРАНСФОРМАТОР НАМОТАТЬ СЕКЦИОННО — ПЕРВИЧНАЯ ОБМОТКА НЕ ПЕРЕХЛЕСТЫВАЕТСЯ СО ВТОРИЧНОЙ. В ЭТОМ СЛУЧАЕ ОТМОТАТЬ-ДОМОТАТЬ ВИТОК К ПЕРВИЧНОЙ ОБМОТКЕ НЕ ПРЕДСТАВЛЯЕТ ТРУДА. В ФИНАЛЕ ПРИ НАГРУЗКЕ В 60% ОТ МАКСИМАЛЬНОЙ НА ВЕРХНЕМ ВЫВОДЕ R27 ДОЛЖНО БЫТЬ ПОРЯДКА 12…15 В
Первичная обмотка трансформатора мотается тем же, что и первичная обмотка силового трансформатора TV2, вторичная двойным проводом диаметром 0,15…0,3 мм.

Для изготовления силового трансформатора импульсного блока птания следует воспользоваться программой для расчета импульсных трансформаторов. Конструктив сердечника принципиального значения не имеет — может быть и тороидальным и Ш-образным. Печатные платы позволяют без проблемно использовать и тот и другой. Если габаритной мощности Ш-образного средечника не хватает его можно так же сложить в пакет, как кольца (рисунок 12).


Рисунок 12

      Ш-образными ферритами можно разжиться в телемастерских — не чато, но трансформаторы питания в телевизорах выходят из строя. Легче всего найти блоки питания от отечественных телевизоров 3…5-го. Не стоит забывать, что в случае, если требуется трансформатор из двух-трех средечников, то ВСЕ средечники должны быть одной марки, т.е. для разборки необходимо использовать трансформаторы одного типа.
Если силовой трансформатор будет изготовлен из колец 2000, то можно воспользоваться таблицей 4.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕАЛЬНЫЙ
ТИПОРАЗМЕР
ПАРАМЕТР ЧАСТОТА ПРЕОБРАЗОРВАНИЯ
МОЖНО БОЛЬШЕ ОПТИМАЛЬНО СИЛЬНЫЙ НАГРЕВ
50 кГц 60 кГц 70 кГц 80 кГц 90 кГц 100 кГц 110 кГц
1 КОЛЬЦО
К40х25х11
К40х25х11 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 130 160 175 200 220 250 270
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 145 120 105 90 80 72 65
2 КОЛЬЦА
К40х25х11
К40х25х22 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 230 280 330 370 420 470 520
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 72 60 52 45 40 36 33
1 КОЛЬЦО
К45х28х8
К45х28х8 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 135 150 180 200 230 240 270
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 174 145 124 110 97 87 79
2 КОЛЬЦА
К45х28х8
К45х28х16 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 240 290 340 390 440 480 530
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 87 73 62 55 49 44 40
3 КОЛЬЦА
К45х28х8
К45х28х24 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 360 440 510 580
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 66 55 47 41
4 КОЛЬЦ А
К45х28х8
К45х28х32 ГАБАРИТНАЯ МОЩНОСТЬ 490 580
ВИТКОВ НА ПЕРВ ОБМОТКУ 50 41
КОЛИЧЕСТВО ВИТКОВ ВТОРИЧНОЙ ОБМОТКИ РАСЧИТЫВАЕТСЯ ЧЕРЕЗ ПРОПОРЦИЮ, УЧИТЫВАЯ ТО, ЧТО НАПРЯЖЕНИЕ НА ПЕРВИЧНОЙ ОБМОТКЕ РАВНО 155 В ИЛИ ПРИ ПОМОЩИ ТАБЛИЦЫ (ИЗМЕНЯТЬ ТОЛЬКО ЖЕЛТЫЕ ЯЧЕЙКИ)

Обратите внимание, что стабилизация напряжения осуществляется при помощи ШИМ, следовательно выходное расчетное напряжение вторичных обмоток должно быть минимум на 30 % больше, чем вам необходимо. Оптимальные параметры получаются, когда расчетной напряжение составляет на 50…60% больше, чем необходимо стабилизировать. Например Вам необходим источник с выходным напряжением 50 В, следовательно вторичная обмотка силового трансформатора должна расчитываться на выходное напряжение 75…80 В. В таблице расчетов вторичной обмотки этот коэфициент учтен.
Зависимость частоты преобразования от номиналов С5 и R5 показана на графике:

      Использовать довольно большое сопротивление R5 не рекомендуется — слишком большое магнитное поле находится совсем не далеко и возможны наводки. Поэтому остановимся на «среднем» номинале R5 в 10 кОм. При таком сопротивлении частотозадающего резистора получаются следующие частоты преобразования:

Параметры получены у данного производителя R5 C5 Частота преобразования
10 кОм 680 пкФ 110 кГц
820 пкФ 91 кГц
1000 пкФ 78 кГц
1200 пкФ 67 кГц
1500 пкФ 54 кГц

(!) Тут следует сказать несколько слов о намотке трансформатора. Довольно часто приходят возмущения, мол при самостоятельном изготовлении источник либо не отдает необходиму мощность, либо силовые транзисторы сильно греются даже без нагрузки.
Откровенно говоря с такой проблемой мы тоже сталкнулись используя кольца 2000, но нам было проще — наличие измерительной аппартуры позволило выяснить в чем причина таких казусов, а она оказалась довольно ожидаемой — магнитная проницаемость феррита не соответсвует маркировки. Другими словами на «слабеньких» трансформаторах пришлось отматывать первичную обмотку, на «греющихся силовых транзисторах» наоборот — доматывать.
Немного позже мы отказалиьс от использования колец, однако тот феррит который мы используем вообще был не макрирован, поэтому пошли на радикальные меры. К собранной и отлаженной плате подключается трансформатор с расчетным количеством витков первичной обмотки и изменяется частота преобразования установленным на плату подстроечным резистором (вместо R5 устанавливается подстроечник на 22 кОм). В момент включения частоат преобразования устанавливается в пределах 110 кГц и начинает снижаться вращением движка подстроечного резистора . Таким образом выясняется частота при которой сердечник начинает входить в насыщение, т.е. когда силовые транзисторы начинают греться без нагрузки. Если частота снижается ниже 60 кГц, то первичная обмотка отматывается, если же температура начинает повышаться на 80 кГц, то первичная обмотка доматывается. Таким образом выясняется количество витков именно для этого сердечника и тоько после этого наматывается вторичная обмотка с использованием предлагаемой выше таблички и на упаковках проставляется количество витков первички для того или иного средечника..
Если качество вашего сердечника вызывает сомнения, то лучше изготовить плату, проверить ее на работоспособность и только после этого изготавливать силовой трансформатор используя описанную выше методику..

Дроссель групповой стабилизации. Кое где даже мелькало суждение, что он ну никак не может работать, поскольку через него протекает постоянное напряжение. С одной стороны подобные суждения верны — напряжение действительно одной полярности, значит может быть опознанно как постоянное. Однако автор подобного суждения не учел тот факт, что напряжение хоть и постонное, но оно пульсирующее и во время работы в данном узле происходит далеко не один процесс (протекание тока), а множество, поскольку дроссель содержит не одну обмотку, а минимум две (если выходное напряжение нужно двуполярное) или 4 обмотки, если необходимо два двуполярных напряжения (рисунок 13).

Рисунок 13

Изготовить дроссель можно и на кольце и на Ш-образхном феррите. Габариты конечно же зависят от мощности. Для мощностей до 400-500 Вт хватает средечника от сетевого фильтра питания телевизоров с 54-х см диагональю и выше (рисунок 14). Конструктив сердечника не принципиален

Рисунок 14

      Мотается так же как и силовой трансформатор — из нескольких тонких проводников, свитых в жгут или склеенных в ленту из расчета 4-5 А/мм кв. Теоритически — чем больше витков — тем лучше, поэтому обмотка укладывается до заполнения окна, причем сразу в 2 (если нужен двуполярный источник) или в 4 провода (если нужен источник с двумя двуполярными напряжениями.
После сглаживающих конденсаторов стоят выходные дроссели. Особых требований к ним не предъявляется, габариты… Платы расчитаны на установку сердечников от фильтров сетевого питания телевизоров. Наматывают до заполнения окна, сечение из расчета 4-5 А/мм кв (рисунок 15).



Рисунок 15

Выше упоминалась лента в качетсве обмотки. Здесь следует остановится несколько подробней.
Что лучше? Жгут или лента? И у того и у другого способа есть свои преимущества и недостатки. Изготовление жгута наиболее простой способ — растянул необходимое количество проводов, а затем скрутил их в жгут при помощи дрели. Однако такой способ увеличивает суммарную длину проводников за счет внутреннего кручения, а так же не позволяет добиться идентичности магнитного поля во все проводниках жгута, а это, пусть и не большие, но все же потери на тепло.
Изготовление ленты более трудоемко и немного дороже обходится, поскольку необходимое количество проводников растягивается и затем, при помощи полиуританового клея (ТОП-ТОП, СПЕЦИАЛИСТ, МОМЕНТ-КРИСТАЛЛ) склеивается в ленту. Клей наносят на провод небольшими порциями — по 15…20 см длинны проводника и затем зажав жгут между пальцами как бы втирают его следя за тем, чтобы провода уложились в ленту, на подобии ленточных жгутов, используемых для соединения дисковых носителей с материнской платой IBM компьютеров. После того как клей прихватился наносится новая порция на 15…20 см длины проводов и снова разглаживается пальцами до получения ленты. И так по всей длине проводника (рисунок 16).


Рисунок 16

      После полного высыхания клея производят намотку ленты на сердечник, причем первой наматывается обмотка с большим количеством витков (как правило и меньшим сечением), а сверху уже более сильноточные обмотки. После намотки первого слоя необходимо ленту «уложить» внутри кольца воспользовавшись выструганным из дерева конусообразным колышком. Максимальный диаметр колышка равен внутреннему диаметру используемого кольца, а минимальный — 8…10 мм. Длина конуса должна быть не меньше 20 см и измение диаметра должно быть равномерным. После намотки первого слоя кольцо просто одевают на колышек и с усилием надавливают таким образом, чтобы кольцо довольно сильно заклинило на колышке. Затем кольцо снимают, переворачивают и снова одевают на колышек с тем же усилием. Колышек должен быть достаточно мягким, чтоб не повредить изоляцию обмоточного провода, поэтому твердые породы дерева для этих целей не подойдут. Таким образом проводники укладывают строго по форме внутреннего диаметра сердечника. После намотки следующего слоя провод снова «укладывают» при помощи колышка и так делают после намотки каждого следующего слоя.
После намотки всех обмоток ( не забывая использовать межобмоточную изоляцию) трансформатор желательно прогреть до 80…90°С в течении 30-40 мин (можно воспользоваться духовкой газовой или электрической печки на кухне, но не следует перегревать). При этой температуре полиуритановый клей делается эластичным и снова приобретает клеящие свойства склеивая между собой уже не только проводники расположенные параллельно самой ленте, но и находящиеся сверху, т.е. происходит склеивание слоев обмоток между собой, что добавляет механической жесткости обмоткам и исключает какие либо звуковые эффекты, появление которых иногда случается при плохой стяжке проводников силового трансформатора (рисунок 17).


Рисунок 17

      Плюсами такой намотки является получения идентичного магнитного поля во все проводах ленточного жгута, поскольку геометрически они располагаются одинаково по отношению к магнитному полю. Такой ленточный проводник гораздо легче равномерно распределять по всему периметру сердечника, что очень актуально даже для типовых трансформаторов, а для импульсных является ОБЯЗАТЕЛЬНЫМ условием. Используя ленту можно добиться довольно плотной намотки, причем увеличив доступ охлаждающего воздуха к виткам, расположенным непосредственно внутри обмотки. Для этого достаточно количество необходимых проводов разделить на два и сделать две одинаковых ленты, которые будут наматываться друг на друга. Таким образом увеличится толщина намотки, но появится большое расстояние между витками ленты, обеспечивая доступ воздуха внутрь трансформатора.
В качестве межслойной изоляции лучше всего использовать фторопластовую пленку — очень эластична, что компенсирует напряженность одного края, возникающего при намотке на кольцо, имеет довольно большое пробивное напряжение, не чувствительна к температурам до 200°С и очень тонкая, т.е. не будет занимать много места в окне сердечника. Но она не всегда имеется под рукой. Использовать виниловую изоленту можно, но она чувствительна к температурам выше 80°С. Изолента на основе материи к температурам устойчива, но имеет маленькое пробивное напряжение, поэтому при ее использовании необходимо наматывать минимум 2 слоя.
Каким бы проводником и в какой бы последовательности Вы не наматывали дроссели и силовой трансформатор следует помнить о длине выводов
Если Дроссели и силовой трансформатор изготавливаются с использованием ферритовых колец, то не надо забывать, что перед намоткой края ферритового кольца следует скруглить, поскольку они достаточно остры, а феррит материал довольно прочный и может повредить изоляцию на обмоточном проводе. После обработки феррит обматывается фторопластовой лентой или матерчатой изолентой и наматывается первая обмотка.
Для полной идентичности одинаковых обмоток обмотки мотаются сразу в два провода (подразумевается сразу в два жгута) которые после намотки прозваниваются и начало одной обмотки соединяется с концом другой.
После намотки трансформатора необходимо удалить лаковую изоляцию на проводах. Это самый не приятный момент, поскольку ОЧЕНЬ трудоемкий.
Прежде всего необходимо зафиксировать вывода на самом трансформаторе и исключить вытягивание отдельных проводов их жгута при механических воздействиях. Если жгут ленточный, т.е. клееный и после намотки прогретый, то достаточно намотать на отводы несколько витков тем же обмоточным проводом непосредственно возле тела трансформатора. Если же используется витой жгут, то его необходимо дополнительно свить у снования вывода и так же зафиксировать, намотав несколько витков провода. Далее вывода либо обжигаются при помощи газовой горелки сразу все, либо зачищаются по одному при помощи канцелярского резака. Если лак отжигался, то после остывания провода защищаются наждачной бумагой и свиваются.
После удаления лака, зачистки и свивки вывода необходимо защитить от окисления, т.е. покрыть канифольным флюсом. Затем трансформатор устанавливают на плату, все вывода, кроме вывода первичной обмотки подключаемого к силовым транзисторам, вставляются в соответствующие отверстия, на всякий случай следует «прозвонить» обмотки. Особое внимание следует обратить на фазировку обмоток, т.е. на соответствие начала обмотки с принципиальной схемой. После того как вывода трансформатора вставлены в отверстия следует их укоротить так, чтобы от конца вывода до печатной платы было 3…4 мм. Затем свитый вывод «раскручивается» и в место пайки помещается АКТИВНЫЙ флюс, т.е. это либо гашенная соляная кислота, на кончик спички берется капелька и переносится в место пайки. Либо в глицерин добавляется ацетил-салициловая кислота кристаллическая (аспирин) до получения кашеобразной консистенции (и то и другое можно приобрести в аптеке, в рецептурном отделе). После этого вывод припаивается к печатной плате, тщательно прогревая и добиваясь равномерного расположения припоя вокруг ВСЕХ проводников отвода. Затем вывод укорачивается по высоте пайки и плата тщательно моется либо спиртом (90% минимум), либо очищенным бензином, либо смесью бензина с растворителем 647 (1:1).

ПЕРВОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ
Включение, проверка работоспособности производится в несколько этапов позволяющих избежать неприятностей, которые однозначно возникнут при ошибке в монтаже.
1. Для проверки данной конструкции потребуется отдельный источник питания с двуполярных напряжением ±15…20 В и мощность 15…20 Вт. Первое включение производят подключив МИНУСОВОЙ ВЫВОД дополнительного источника питания к минусовой первичной шине питания преобразователя, а ОБЩИЙ подключают в плюсовому выводу конденсатора С1 (рисунок 18). Таким образом симмулируется питани модуля управления и он проверяется на работоспосбность без силовой части. Тут желательно использовать осцилограф и частотомер, но если их нет, то можно обойтись и мультиметром, желательно стрелочны (цифровые не адекватно реагируют на пульсирующие напряжения).


Рисунок 18

      На выводах 9 и 10 контроллера TL494 стрелочный прибор, включенный на измерение постоянного напряжения должен показать почти половину напряжения питания, что говорит о том, что на микросхеме имеются прямоугольные импульсы
Так же должно сработать реле К1
2. Если модуль работает нормально, то следует проверить силовую часть, но опять же не от высокого напряжения, а используя доп источник питания (рисунок 19).


Рисунок 19

      При такой последовательности проверки что либо сжечь весьма затруднительно даже при серьезных ошибках монтажа (замыкание между дорожками платы, не пропайка элементов) поскольку мощности дополнительного блока не хватит. После включения проверяется наличие выходных напряжения преобразователя — конечно же оно будет значительно ниже расчетного (при использовании доп источника ±15В выходные напряжения будут занижены примерно в 10 раз, поскольку первичное питание составляет не 310 В а 30 В), тем не менее наличие выходных напряжений говорит о том, что в силовой части нет ошибок и можно переходить к терьей части проврки.
3. Первое включение от сети необходимо производить с токоограничением в качестве которого может выступить обычная лампа накаливания на 40-60 Вт, которую подключают вместо предохранителя. Радиаторы уже должны быть установлены. Таким образом в случае чрезмерного потребления по какой либо причине лампа загорится, а вероятность выхода из строя сведется к минимуму. Если же все нормально, то производят регулировку выходного напряжения резисторовм R26 и проверяют нагрузочную способность источника подключив к выходу такую же лампу накаливания. Включенная вместо предохранителя лампа должна загоряется (яркость зависит от выходного напряжения, т.е. от того какую мощность источник будет отдавать. Выходное напряжение регулируется резистором R26, однако может потебоваться подбор R36.
4. Проверка работоспособности производится с установленным на место предохранителем. В качестве нагрузки можно использовать нихромовую спираль для электропечек мощность 2-3 кВт. Два отрезка провода подпаивают к выходу источника питания, для начала к плечу, с котрого производится контроль выходного напряжения. Один провод прикручивается к концу спирали, на второй устанавливается «крокодил». Теперь, переустанавливая «крокодил» по длине спирали, можно оперативно менять сопротивление нагрузки (рисунок 20).


Рисунок 20

      Будет не лишним на спирали сделать «растяжки» в местах с определенным сопротивлением, например каждые 5 Ом. Подключаясь к «растяжкам» Уже заранее будет известно какая нагрузка и какая выходная мощность на данный момент. Ну а мощность можно вычислить по закону Ома (используется в табличке).
Все это необходимо для регулировки порога срабатывания защиты от перегрузки, которая должна устойчиво срабатывать при превышении реальной мощности на 10-15% расчетную. Так же проверяется как устойчиво источник питания держит нагрузку.

Если источник питания не отдает расчетную мощность значит какая то ошибка закралась при изготовлении трансформатора — смотрим выше как расчитать витки под реальный сердечник.
Осталось внимательно изучить как изготовить печатную плату, а это подробно описанно здесь И можно приступать к сборке. Необходимые чертежи печатной платы с первоисточником в формате LAY лежат в этом архиве. Чертежи в формате Word в этом архиве, ну а краткое описание по сборке здесь.

Если что то не понятно — спрашивайте — и ответим, и дополним архивы.

Не много дополнительной информации:

САМОДЕЛЬНЫЕ ПРЕДОХРАНИТЕЛИ
ТОК ПЕРЕГОРАНИЯ, А ДИАМЕТР МЕДНОГО
ПРОВОДА, мм
0,5 0,022
1 0,039
2 0,073
3 0,1
5 0,173
7,5 0,24
10 0,31
15 0,44
20 0,56
Цветовая маркировка резисторов

Цвет знака

Первая
цифра

Вторая
цифра

Третья
цифра

Множе-
тель

Допуск
+/- %

Серебристый

10^-2

10

Золотистый

10^-1

5

Черный

0

1

Коричневый

1

1

1

10

1

Красный

2

2

2

10^2

2

Оранжевый

3

3

3

10^3

Желтый

4

4

4

10^4

Зеленый

5

5

5

10^5

0,5

Голубой

6

6

6

10^6

0,25

Фиолетовый

7

7

7

10^7

0,1

Серый

8

8

8

10^8

0,05

ПРИМЕРНАЯ МОЩНОСТЬ УСИЛИТЕЛЯ
В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ И СОПРОТИВЛЕНИЯ НАГРУЗКИ
АМПЛИТУДА
ПОКАЗАНИЯ
ОСЦИЛОГРАФА
ДЕЙСТВУЮЩЕЕ
ПОКАЗАНИЯ
ВОЛЬТМЕТРА
4 Ома 8 Ом АМПЛИТУДА
ПОКАЗАНИЯ
ОСЦИЛОГРАФА
ДЕЙСТВУЮЩЕЕ
ПОКАЗАНИЯ
ВОЛЬТМЕТРА
4 Ома 8 Ом

1


2


3


4


5


6


7


8


9


10


11


12


13


14


15


16


17


18


19


20


22


24


26


28


30


32


34


36


38


40


42


44


46


48


50



0,71


1,41


2,12


2,83


3,54


4,24


4,95


5,66


6,36


7,07


7,78


8,49


9,19


9,9


10,61


11,32


12,02


12,73


13,44


14,14


15,56


16,97


18,39


19,8


21,22


22,63


24,05


25,46


26,87


28,29


29,7


31,12


32,53


33,95


35,36



0,13


0,5


1,12


2


3,13


4,49


6,13


8,01


10,11


12,5


15,13


18,02


21,11


24,5


28,14


32,04


36,12


40,51


45,16


49,98


61


72


85


98


113


128


145


162


180


200


221


242


265


288


313



0,06


0,25


0,56


1


1,57


2,25


3,06


4


5,06


6,25


7,57


9,01


10,56


12,25


14,07


16,02


18,06


20,26


22,58


24,99


30


36


42


49


56


64


72


81


90


100


110


121


132


144


156



52


54


56


58


60


62


64


66


68


70


72


74


76


78


80


82


84


86


88


90


92


94


96


98


100


105


110


115


120


125


130


135


140


145


150



36,78


38,19


39,6


41,02


42,43


43,85


45,26


46,68


48,09


49,5


50,92


52,33


53,75


55,16


56,58


57,99


59,41


60,82


62,23


63,65


65,06


66,48


67,89


69,31


70,72


74,26


77,79


81,33


84,87


88,4


91,94


95,47


99,01


102,55


106,08



338


365


392


421


450


481


512


545


578


613


648


685


722


761


800


841


882


925


968


1013


1058


1105


1152


1201


1250


1379


1513


1654


1801


1954


2113


2279


2451


2629


2813



169


182


196


210


225


240


256


272


289


306


324


342


361


380


400


420


441


462


484


506


529


552


576


600


625


689


756


827


900


977


1057


1139


1225


1315


1407


      Обычно амплитуда на выходе мощных усилителей класса АВ на 3…7 В меньше напряжения питания, следовательно если напряжение питания будет составлять ±50 В, то на выходе будет амплитуда 43…47 В, т.е. усилитель мощности может отдать в нагрузку 4 Ома 230…270 Вт.

Справочные данные (datasheets) на транзисторы, применяемые в компьютерных блоках питания ATX и AT = Электроника и Медтехника

Тип Структура Параметры Рис. Аналоги
2SC3150 Si-N S-L;900/800V;3A;40W;15MHz 17j BUT11A, BUV46A, 2SC3490, 2SC3491
2SC3457 Si-N S-L;1100/800V;3A;50W; 17j MJE8502, MJE8503, 2SC3050
2SC3751 Si-N S-L;1100/800V;1,5A;25W; 17j 2SC4231
2SC3866 Si-N S-L;900/800V;3A;40W; 17j iso 2SC3559; 2SC4303
2SC3979 Si-N S-L;900/800V;3A;40W; 17j iso BUT11AF, 2SC3752, 2SC4234, 2SC4304
2SC4020 Si-N S-Reg;900/800V;3A;50W; 17j BUT11A, BUV46A, 2SC3150, 2SC3490
2SC4231 Si-N S-L;1200/800V;2A;30W; 15c BU505F, 2SC4234, (MJE 8500, 2SC3178)
2SC4234 Si-N S-L;1200/800V;3A;45W; 15c BU505F, (MJE8502, 2SC3050)
2SC5353 Si-N S-L;900/800V;3A;25W; 17j 2SC3559; 2SC4303
KSC5027 Si-N S-L;1100/800V;1,5A;25W; 17j BV-1 501, BUL213, MJE8502, 2SC3050, 2SC3457
2SK2545 MOS-N-FET-e V-MOS;600V;6A;Iso;40W; 17c 2SK1118, 2SK1637, 2SK2097, 2SK2045
2SK3067 MOS-N-FET-e V-MOS;600V;2A;25W; 17c BUK445-600, 2SK1758, 2SK1953, 2SK2324
SSS2N60A MOS-N-FET-e V-MOS;600V;1,3A;23W; 17c SPU02N60P, BUK445-600, 2SK1758, 2SK1953, 2SK2043
2SC2625 Si-N S-L;450/400V;10A;80W; 18j 2SC2541, 2SC2740, 2SC2789, 2SC4138
2SC4106 Si-N S-L;500/400V;7A;50W; 17j MJE13006, 2SC3170, 2SC4055, 2SC4055
2SC4242 Si-N S-L;450/400V;7A;40W;1/3µS 17j MJE13006, 2SC3170, 2SC4055, 2SC4106
2SC5763 Si-N S-Reg;700/400V;7A;55W; 17j BUF644, BUL57, BUT54, BUT56(A)
MJE13007 Si-N S-L;700/400V;8A;80W;>4MHz 17j BUF644, BUT54, BUT56(A), BUV56(A)
MJE13009 Si-N S-L;700/400V;12A;100W;>4MHz 17j BUF654
TFK617 (BUF640) Si-N S-L;850/400V;6A;70W; 17j BUT11(A), BUT18(A), BUV46(A)
2SK1940 MOS-N-FET-e V-MOS;600V;12A;125W; 18c BUZ334, 2SK1723, 2SK1968, 2SK2699
2SK2082 MOS-N-FET-e V-MOS;900V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2488, 2SK2676
2SK2607 MOS-N-FET-e V-MOS;800V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2078, 2SK2477
2SK2611 MOS-N-FET-e V-MOS;900V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2488, 2SK2676
2SK2648 MOS-N-FET-e V-MOS;800V;9A;150W; 18c 2SK1796, 2SK1933, 2SK2477, 2SK2488
STW12NK90Z MOS-N-FET-e V-MOS;900V;11A;230W; 18c
FQP9N50 MOS-N-FET-e V-MOS, 500V, 9A, 147W, 17c
IRFP450 MOS-N-FET-e V-MOS, 500V, 14A, 190W, 18c BUK638-500, BUZ338, 2SK1678
SPP11N60C3 MOS-N-FET-e V-MOS, 600V, 11A, 125W, 17c 2SK2866
2SK1388 MOS-N-FET-e V-MOS;30V;35A;60W; 17c BUK555-50
FDP7030BL MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;60A;60W; 17c
P45N03L MOS-N-FET-e V-MOS;20V;45A;65W; 17b
SSM40N03P MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;50W; 17c
STP3020L MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;80W; 17c BUZ102AL, 2SK1542
STP40NE03L MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;80W; 17c BUZ102AL, 2SK1542
STP40NF03L MOS-N-FET-e V-MOS;LogL;30V;40A;70W; 17c
2SC945 Si-N Uni;60V;0,1A;0,25W;250MHz 7c STC945, BC174, BC182, BC190, BC546, 2SD767
PN2222 Si-N Uni;60/30V;0,6A;0,625W;300MHz 7e KSP2222
2SA733P Si-P Uni;60V;0,1A;0,25W;180MHz 7c BC212, BC257, BC307, BC557
2SA928 Si-P HF;20V;1A;0,25W 7c BC636, BC638, 2SB909, 2SB1116
2SA1015 Si-P Uni;50V;0,15A;0,4W;>80MHz 7c BC212, BC257, BC307, BC557
2SB772 Si-P NF/S-L;lo-sat;40V;3A;10W;80MHz 7c, 14h BD786, MJE250..254, 2SB744(A)
Сокращение Полное название
АКФМ Активный корректор фактора мощности
ШИМ Широтно — импульсный модулятор

Подробное руководство по FET.

Я подробно расскажу вам о FET (полевых транзисторах) и расскажу обо всем, что связано с FET, включая определение FET, символ, работу, характеристики, типы и области применения.

Начнем.

Определение:

FET (полевой транзистор) представляет собой трехконтактное электронное устройство, используемое для управления потоком тока с помощью напряжения, подаваемого на его вывод затвора. Три клеммы в этом устройстве называются стоком, истоком и затвором.

  • Источник: Терминал, через который в канал попадают носители заряда.
  • Слив: Это терминал, через который носители заряда покидают канал.
  • Gate: Эта клемма управляет проводимостью между клеммами истока и стока.

FET также известны как униполярные транзисторы, в отличие от BJT, которые являются биполярными транзисторами. В полевых транзисторах для процесса проводимости используются либо дырки, либо электроны.Но в процессе проводимости не участвуют оба носителя заряда одновременно. Полевые транзисторы обычно имеют высокий входной импеданс на низких частотах и ​​демонстрируют мгновенную работу, высокую производительность, надежны и дешевы и используются во многих электрических цепях. Низкое энергопотребление и малое рассеивание мощности делают это устройство идеальным для интегральных схем.

Обозначение:

На следующем рисунке показаны условные обозначения полевых транзисторов MOSFET и JFET, которые являются двумя основными типами полевых транзисторов.

 

Рабочий:

Полевой транзистор представляет собой электронное устройство, содержащее носители заряда, электроны или дырки, которые текут от выводов истока к стоку через активный канал. Процесс проводимости управляется подачей входного напряжения на клемму затвора.

Путь прохождения тока, который существует между клеммами истока и стока, известен как «канал», который может состоять из полупроводникового материала N-типа или P-типа.

Работу N-канального JFET можно описать следующим образом, взяв два разных случая:

Случай 1:

В случае 1 напряжение на выводе затвора равно нулю, а напряжение Vds приложено между выводами стока и истока, как показано на рисунке ниже.

В этом случае два pn-перехода по сторонам стержня создают обедненную область. В результате электроны перетекают от истока к стоку через канал, расположенный между обедненными слоями.Ширина канала и проводимость тока через стержень определяются размером обедненных слоев.

Случай 2:

Ширина обедненного слоя увеличивается, когда обратное напряжение прикладывается к клеммам затвора и истока Vgs. Это приводит к уменьшению ширины канала проводимости и увеличивает сопротивление стержня n-типа.

Следовательно, ток от клемм истока к стоку уменьшается. Однако, когда напряжение обратного смещения на выводе затвора уменьшается, это также уменьшает ширину обедненного слоя и, как следствие, увеличивает ширину проводящего канала.

Это работа N-Channel JFET, которая работает аналогично P-Channel JFET. Разница только в носителях заряда. В случае N-канального JFET носителями заряда являются электроны, а в случае P-канального JFET — дырки.

 

Характеристики:

На следующем рисунке показаны кривые характеристик JFET:

A: Омическая область:

В омической области, когда Vgs = 0, полевой транзистор JFET будет вести себя как резистор, управляемый напряжением, и имеет очень небольшой обедненный слой канала.

B: Зона отсечки:

Область отсечки также называется областью отсечки, где напряжения затвора Vgs достаточно, чтобы JFET работал как разомкнутая цепь, поскольку сопротивление канала максимально.

C: Область насыщения:

Область насыщения также называется активной областью, где проводимость устройства очень высока и контролируется приложенным напряжением на клеммах затвора и истока Vgs. В этом случае напряжение сток-исток Vds практически не влияет.

D: Регион разбивки:

В этой области напряжение на клеммах истока и стока Vds очень высокое, что приводит к выходу из строя резистивного канала JFET и позволяет протекать неконтролируемому максимальному току.

Ток стока Id увеличивается линейно с напряжением на клеммах истока и стока Vds. По мере увеличения Id омическое падение напряжения в области канала и на выводе истока будет смещать переход в обратном направлении, и в результате проводимость канала остается постоянной.Напряжение Vds в этом положении известно как напряжение «отсечки».

Типы:

Полевые транзисторы делятся на два основных типа:

1: JFET

2: МОП-транзистор

1: JFET

JFET (Junction Field Effect Transistor) представляет собой электронное устройство с тремя выводами и представляет собой тип полевого транзистора, который в основном используется для разработки усилителей и используется в качестве переключателей с электрическим управлением. JFET — это устройства, управляемые напряжением, поскольку им не требуется ток смещения для запуска работы транзистора.

JFET находится во включенном состоянии, когда между клеммами истока и затвора отсутствует напряжение. Однако, когда напряжение подается на клеммы истока и затвора, это устройство будет оказывать сопротивление потоку тока и пропускает только ограниченный ток между клеммами истока и стока.

JFET делятся на два типа:

  • N-канальный JFET, в котором проводимость осуществляется движением электронов.
  • P-Channel JFET, в котором проводимость осуществляется за счет движения отверстий.

N-канальные JEFT предпочтительнее P-канальных JFET во многих электронных приложениях, поскольку подвижность электронов лучше, чем подвижность дырок.

2: МОП-транзистор

МОП-транзистор (полупроводниковый полевой транзистор с оксидом металла) представляет собой полупроводниковое устройство, в основном используемое для усиления и переключения в электронных устройствах.

MOSFET — это устройство, управляемое напряжением, поскольку входное напряжение на клемме затвора управляет проводимостью между клеммами истока и стока.

МОП-транзисторы

подразделяются на два основных типа:

  • N-канальный МОП-транзистор, в котором проводимость осуществляется за счет движения электронов. Этот транзистор обладает высокой эффективностью, имеет низкое сопротивление и занимает меньшую площадь.
  • P-Channel MOSFET, в котором проводимость осуществляется за счет движения отверстий. Этот транзистор менее эффективен, обладает большим сопротивлением и занимает большую площадь.

 

Применение:

Полевые транзисторы используются в следующих приложениях.

  • Аналоговый переключатель
  • Ограничитель тока
  • Каскодный усилитель
  • Измельчитель
  • Генераторы фазового сдвига
  • Мультиплексор
  • Буферный усилитель

Надеюсь, эта статья оказалась для вас полезной. Если у вас есть какие-либо вопросы, вы можете связаться со мной в разделе ниже. Я хотел бы помочь вам как можно лучше. Спасибо за прочтение статьи.

Блок питания Шелестова на полевом транзисторе.Линейный лабораторный блок питания своими руками

На разработку этого блока питания ушел один день, он был реализован в этот же день, и весь процесс снимался на видеокамеру. Несколько слов о схеме. Это стабилизированный блок питания с регулируемым выходным напряжением и ограничением тока. Особенности схемы позволяют снизить предел минимального выходного напряжения до 0,6 Вольт, а минимальный выходной ток в районе 10 мА.


Несмотря на простоту конструкции, даже хорошие лабораторные блоки питания стоимостью 5-6 тысяч рублей уступают этому блоку питания! Максимальный выходной ток схемы 14Ампер, максимальное выходное напряжение до 40 вольт — больше не стоит.
Довольно плавное ограничение тока и регулировка напряжения. Блок также имеет фиксированную защиту от короткого замыкания, кстати — токовую защиту тоже можно поставить (практически все промышленные образцы лишены этой функции), например, если вам нужна защита для срабатывания на токах до 1 Ампера — тогда вам просто нужно отрегулировать этот ток с помощью регулятора настройки рабочего тока. Максимальный ток 14А, но это не предел.

В качестве датчика тока использовал несколько резисторов 5 ватт 0.39 Ом подключены параллельно, но их значение можно изменить исходя из желаемого тока защиты, например — если вы планируете блок питания с максимальным током не более 1 Ампера, то номинал этого резистора в районе 1 Ом при мощности 3Вт.
При коротких замыканиях падение напряжения на датчике тока достаточно для срабатывания транзистора БД140. При его открытии также срабатывает нижний транзистор, BD139, сквозной проход которого подает питание на обмотку реле, в результате чего реле срабатывает и рабочий контакт размыкается (на выходе схемы).Схема может оставаться в этом состоянии любое количество времени. Вместе с защитой срабатывает и индикатор защиты. Для того, чтобы снять блок с охраны, нужно нажать и опустить кнопку S2 по схеме.
Реле защиты с катушкой 24 Вольта с допустимым током 16-20 Ампер и более.
Силовые ключи в моем случае — мои любимые КТ8101, установленные на теплоотвод (дополнительно изолировать транзисторы нет необходимости, так как коллекторы ключей общие).Транзисторы можно заменить на 2SC5200 — полный импортный аналог или на КТ819 с индексом ГМ (железо), при желании можно также использовать — КТ803, КТ808, КТ805 (в железных корпусах), но максимальный выходной ток будет не более чем 8-10 Ампер. Если блок нужен с током не более 5 ампер, то один из силовых транзисторов можно убрать.
Маломощные транзисторы типа БД139 можно заменить полным аналогом — КТ815Г, (можно и КТ817, 805), БД140 — КТ816Г (можно и КТ814).
Маломощные транзисторы не нужно устанавливать на радиаторы.

Фактически представлена ​​только схема управления (регулировки) и защиты (рабочий узел). В качестве блока питания я использовал модифицированные компьютерные блоки питания (соединены последовательно), но можно использовать любой сетевой трансформатор мощностью 300-400 ватт, во вторичной обмотке 30-40 вольт, ток обмотки 10-15 ампер — это идеально, но возможны и трансформаторы меньшей мощности.
Диодный мост — любой, на ток не менее 15 ампер, напряжение не важно.Можно использовать готовые мосты, они стоят не более 100 рублей.
Более 10 таких блоков питания было собрано и продано за 2 месяца — нареканий нет. Собрал себе именно такой БП, и как только не мучал его — неубиваемый, мощный и очень удобный для любого дела.
Если есть желающие стать обладателем такого БП, то могу сделать на заказ, звоните по телефону

Для наладки, ремонта автоэлектронных и радиоприборов или зарядки аккумуляторов необходимо хорошее исходное питание.

Применение современной схемотехники и элементной базы позволяют изготовить в домашних условиях источник питания, по своим основным техническим характеристикам не уступающий лучшим промышленным образцам.

Основные требования, которым должен удовлетворять такой блок питания:

  • регулирование напряжения в диапазоне 0 — 25 В;
  • возможность обеспечить ток в нагрузке до 7 А с минимальными пульсациями;
  • срабатывание регулировки тока защиты. Кроме того, срабатывание токовой защиты должно быть достаточно быстрым, чтобы предотвратить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе.

Возможность плавной регулировки ограничения тока в блоке питания позволяет настроить внешние устройства для предотвращения их повреждения. Всем этим требованиям отвечает предложенная схема универсального источника питания. Кроме того, этот блок питания позволяет использовать его как источник стабильного тока.

Основные характеристики блока питания:

  • плавная регулировка напряжения в диапазоне от 0 до 25 В;
  • напряжение пульсаций, не более 1 мВ;
  • плавная регулировка ограничения тока (защиты) от 0 до 7 А;
  • коэффициент нестабильности напряжения не хуже 0.001%/об;
  • коэффициент нестабильности тока не хуже 0,01%/В;
  • КПД источника не хуже 0,6.

электрическая схема

Электрическая схема блока питания состоит из схемы управления, трансформатора (Т1), выпрямителя (VD4 h-VD7), транзисторов управления мощностью VT3, VT4 и блока коммутации обмоток трансформатора.

Схема управления собрана на двух универсальных операционных усилителях (ОУ), расположенных в одном корпусе и питающихся от отдельного трансформатора Т2.Это обеспечивает регулирование выходного напряжения от нуля, а также более стабильную работу всего устройства.

Для облегчения тепловой работы транзисторов управления мощностью применен трансформатор с секционной вторичной обмоткой. Отводы автоматически переключаются в зависимости от уровня выходного напряжения с помощью реле К1, К2. Это позволяет, несмотря на большой ток в нагрузке, применить теплоотвод для VT3 и VT4 сравнительно небольших размеров, а также повысить КПД стабилизатора.

Блок коммутации предназначен для того, чтобы с помощью всего двух реле можно было переключать четыре отвода трансформатора, их включение он осуществляет в следующей последовательности: при превышении выходным напряжением уровня 6,2 В — включается К2 ; при превышении уровня 15,3 В включается К1 (в данном случае максимальное напряжение).

Указанные пороги задаются используемыми стабилитронами (VD10, VD12). Реле отключается при падении напряжения в обратном порядке, но с гистерезисом примерно 0.3 В, т.е. при падении напряжения на эту величину ниже, чем при включении, что исключает дребезг при переключении обмоток.

Цепь управления состоит из регулятора напряжения и регулятора тока. При необходимости устройство может работать в любом из этих режимов. Режим зависит от сопротивления регуляторов «I» (R21, R22). Регулятор напряжения собран на элементах DA3, VT5, VT6.

Рис. один. схема лабораторного блока питания с регулируемым ограничением тока.

Схема стабилизатора работает следующим образом. Нужное выходное напряжение задается резисторами «грубой» (R9) и «точной» (R10). В режиме стабилизации напряжения сигнал обратной связи по напряжению (-Uос) с выхода (Х2) через делитель резисторов R9, RIO, R11 поступает на неинвертирующий вход 2 операционного усилителя DA3.

На этот же вход через резисторы R3, R5, R7 подается опорное напряжение +9 вольт. В момент включения схемы положительное напряжение на выходе 12 DA3 увеличится.1 (на управление VT4 поступает через транзистор VT5) до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах Х1 и Х2 не достигнет уровня, заданного резисторами R9, R10.

За счет отрицательной обратной связи по напряжению, поступающей с выхода Х2 на вход 2 усилителя DA3.1, выходное напряжение блока питания стабилизируется. В этом случае выходное напряжение будет определяться соотношением:

, где Uop = + 9 В.

Соответственно, изменяя сопротивление резисторов R9 «грубо» и R10 «точно», можно изменять выходное напряжение (Uвых) от 0 до 25 В.При подключении нагрузки к выходу источника питания в его выходной цепи начинает протекать ток, создающий положительное падение напряжения на резисторе R23 (относительно общего провода цепи).

Это напряжение подается через резистор R21, R22 на точку соединения R8, R12. Со стабилитрона VD9 через R6, R8 подается отрицательное опорное напряжение — 9 вольт.

Операционный усилитель DA3.2 усиливает разницу между ними. Хотя разница отрицательная (т.т. е. выходной ток меньше значения, установленного резисторами R23, R24), на выходе 10 DA3.2 действует +15 В. Транзистор VT6 будет закрыт и эта часть схемы не влияет на работу регулятора напряжения.

При увеличении тока нагрузки до значения, при котором на входе 7 DA3.2 появится положительное напряжение, на выходе 10 DA3.2 появится отрицательное напряжение и транзистор VT6 приоткроется. В цепи R16, R17, HL1 потечет ток, который уменьшит напряжение открытия на базе регулирующего силового транзистора VT4.

Свечение красного светодиода (HL1) сигнализирует о переходе схемы в режим ограничения тока. При этом выходное напряжение источника питания уменьшится до такой величины, что выходной ток будет иметь величину, достаточную для того, чтобы напряжение обратной связи по току (Uос), снимаемое с резистора R10 и опорное в точке соединения R8, R12 , R22 взаимно компенсировались, т. е. появился нулевой потенциал.

В результате выходной ток источника будет ограничен на уровне, заданном положением ползунка резисторов R21, R22.В этом случае ток в выходной цепи будет определяться соотношением:

, где Uop = — 9 В.

Диоды (VD11) на входах операционных усилителей защищают микросхему от повреждения при ее включении без обратной связи или при повреждении силового транзистора. В рабочем режиме напряжение на входах ОУ близко к нулю и диоды не влияют на работу устройства.

Конденсатор С8 ограничивает полосу усиливаемых частот ОУ, что предотвращает самовозбуждение и повышает устойчивость схемы.

Настройка

При безошибочной установке в схему узла управления потребуется настроить только максимальный диапазон регулировки выходного напряжения 0:25 В резистором R7 и максимальный ток защиты 7 А резистором R8.

Коммутационный блок не требует настройки. Нужно только проверить пороги переключения реле К1, К2 и соответствующее повышение напряжения на конденсаторе С3.

При работе схемы в режиме стабилизации напряжения горит зеленый светодиод (HL2), а при включении режима стабилизации тока — красный (HL1).

Детали

Подстроечные резисторы R7 и R8 — типа СПЗ-19а; резисторы переменные R9, R10, R21, R22 — типа СПЗ-4а или ППБ-1 А; постоянные резисторы R23 — типа С5-16МВ на 5 Вт, остальные из серии МЛТ или С2-23 соответствующей мощности.

Конденсаторы С6, С7, С8, СУ типа КИО-17, электролитические С1 — С5, С9 типа К50-35 (К50-32). Микросхему DA1 можно заменить на импортный аналог 78Л15; ДА2 — на 79Л15; DA3 на РА747 или две микросхемы 140УД7.

Светодиоды HL1, HL2 подходят любые с другим цветом свечения.2.

Два силовых транзистора установлены параллельно для обеспечения надежной работы устройства в случае короткого замыкания на выходных клеммах.

Силовые транзисторы в худшем случае должны кратковременно выдерживать перегрузку по мощности Р = Ubx*I = 25×7= 175 Вт. А один транзистор КТ827А может рассеивать мощность не более 125 Вт. Диоды VD4 — VD7 необходимо установить на небольшой радиатор.

Реле К1, К2 применяются типоразмера Р-15 (польского производства) с обмоткой на рабочее напряжение 24 В (сопротивление обмотки 430 Ом) — за счет бескорпусного исполнения имеют малые габариты и достаточно мощные переключающие контакты.Также можно использовать отечественные реле типа РЕН29 (0001), РЕН32 (0201).

Реле К1 и К2 переключения напряжения с трансформатора Т1 являются инерционными и не обеспечивают мгновенного снижения напряжения, поступающего со вторичной обмотки Т1, но уменьшат тепловые потери мощности на силовых транзисторах при длительной работе источника.

Микроамперметр РА1 малогабаритный типа М42303 или аналогичный с внутренним шунтом на ток до 10 А. Для удобства эксплуатации блока питания схему можно дополнить вольтметром, показывающим выходное напряжение.

В качестве сетевого трансформатора Т1 используется промышленный трансформатор типа ТППЗ19-127/220-50. Т2 — тип ТПП259-127/220-50. Трансформатор можно изготовить и самостоятельно на базе промышленного трансформатора мощностью 200 Вт, намотав все обмотки (Т1 и Т2) на один трансформатор.

!
Сегодня мы соберем самый мощный лабораторный блок питания. На данный момент он является одним из самых мощных на ютубе.

Все началось со строительства генератора водорода.Для питания плит автору понадобилось мощное блочное питание. Купить готовый блок типа DPS5020 не наш случай, да и бюджет не позволял. Через некоторое время схема была найдена. Позже выяснилось, что этот блок питания настолько универсален, что его можно использовать абсолютно везде: в гальванике, электролизе и просто для питания различных схем. Сразу пройдемся по вариантам. Входное напряжение от 190 до 240 вольт, выходное напряжение — регулируемое от 0 до 35 В. Выходной номинальный ток 25А, пиковый — более 30А.Так же в блоке есть автоматическое активное охлаждение в виде кулера и ограничения тока, так же есть защита от короткого замыкания.

Теперь что касается самого устройства. На фото вы можете увидеть силовые элементы.


От одного взгляда на них захватывает дух, но начать свой рассказ хотелось бы вовсе не со схем, а непосредственно с того, от чего мне пришлось отталкиваться при принятии того или иного решения. Итак, в первую очередь дизайн ограничивается корпусом. Это было очень большим препятствием при сборке печатной платы и размещении компонентов.Корпус был куплен самый большой, но все же его габариты маловаты для такого количества электроники. Второй недостаток — размер радиатора. Хорошо, что нашлись именно, подходящие к делу.


Как видите здесь два радиатора, но на входе в конструкцию мы объединим их в один. Кроме радиатора в корпусе должны быть установлены силовой трансформатор, шунт и высоковольтные конденсаторы. Они никак не вмешивались в борт, их приходилось выводить за пределы поля.Шунт небольшой и может быть размещен на дне. Силовой трансформатор доступен только в следующих размерах:


Остальные проданы. Его общая мощность составляет 3 кВт. Это, конечно, гораздо больше, чем необходимо. Теперь можно переходить к рассмотрению схем и принтов. В первую очередь рассмотрим блок-схему устройства, так будет легче ориентироваться.


Состоит из блока питания, преобразователя постоянного тока, системы плавного пуска и различных периферийных устройств. Все блоки независимы друг от друга, например, вместо блока питания можно заказать готовый.Но мы рассмотрим вариант, как сделать своими руками, а что покупать и что делать, решать уже вам. Стоит отметить, что между блоками питания необходимо установить предохранители, так как при выходе из строя одного элемента он утащит в могилу всю остальную цепь, а это влетит вам в копеечку.


Предохранители на 25 и 30А в самый раз, так как это номинальный ток, а они выдерживают на пару ампер больше.
Теперь по порядку о каждом блоке.Блок питания построен на всеми любимом ir2153.


Так же в схему добавлен мощный стабилизатор напряжения для питания микросхемы. Питается от вторичной обмотки трансформатора, параметры обмоток будем учитывать при намотке. Все остальное стандартная схема питания.
Следующий элемент схемы — плавный пуск.


Необходимо установить для ограничения зарядного тока конденсаторов, чтобы не спалить диодный мост.
Теперь самая важная часть блока — DC-DC преобразователь.


Его устройство очень сложное, поэтому не будем углубляться в работу, если вам интересно узнать больше о схеме, то изучите ее сами.

Пришло время перейти к печатным платам. Сначала рассмотрим плату блока питания.


На нем не помещаются ни конденсаторы, ни трансформатор, поэтому на плате есть отверстия для их подключения. Размер фильтрующего конденсатора выбирайте сами, так как они бывают разного диаметра.

Далее рассмотрим плату преобразователя. Здесь тоже можно немного подкорректировать размещение элементов. Второй выходной конденсатор автору пришлось перенести вверх, так как он не помещался. Вы также можете добавить еще одну перемычку, это на ваше усмотрение.
Теперь приступим к травлению платы.


Думаю ничего сложного.
Осталось припаять цепи и можно проводить тесты. Первым делом впаиваем плату блока питания, но только высоковольтную часть, чтобы проверить, не накосячили ли мы при разводке.Первое включение как всегда через лампу накаливания.


Как видите, при подключении лампочка загорается, значит схема безошибочна. Отлично, можно установить элементы выходной цепи, а как известно там нужен дроссель. Его придется изготовить самостоятельно. В качестве сердечника используем такое кольцо желтого цвета из поставки компьютерного блока:


С него необходимо снять штатные обмотки и намотать свою, с 0.Провод 8 мм свёрнут в две жилы, количество витков 18-20.


Заодно можем намотать дроссель для DC-DC преобразователя. Материалом для намотки служат такие кольца из порошкового железа.


При отсутствии оного можно использовать тот же материал, что и в первом дросселе. Одной из важных задач является соблюдение одинаковых параметров обоих дросселей, так как они будут работать параллельно. Провод тот же — 0,8 мм, количество витков 19.
После намотки проверьте параметры.


Они в основном совпадают. Затем припаяйте плату преобразователя постоянного тока. Проблем с этим быть не должно, так как номиналы подписаны. Здесь все классически, сначала пассивные компоненты, потом активные, и в последнюю очередь — микросхемы.
Пришло время заняться подготовкой радиатора и корпуса. Соединяем радиаторы друг с другом двумя пластинами таким образом:


На словах это все хорошо, надо бы приступить к делу. Сверлим отверстия под силовые элементы, нарезаем резьбу.


Сам корпус тоже немного подправим, обломав лишние выступы и перегородки.

Когда все готово, приступаем к креплению деталей к поверхности радиатора, но так как фланцы активных элементов имеют контакт с одним из выводов, то необходимо изолировать их от корпуса подложками и шайбами.

Крепить будем на винты м3, а для лучшей термоотдачи будем использовать невысыхающую термопасту.
Когда все нагревательные детали размещены на радиаторе, припаиваем их к плате преобразователя перед установленными элементами, а также припаиваем провода для резисторов и светодиодов.

Теперь можно протестировать плату. Для этого подаем напряжение от лабораторного блока питания в районе 25-30В. Давайте проведем быстрый тест.


Как видите, при подключении лампы есть регулировка напряжения, а так же ограничения по току. Отлично! И эта плата тоже без косяков.

Здесь же можно настроить температуру кулера. Через подстроечный резистор делаем калибровку.
Сам термистор должен быть закреплен на радиаторе. Осталось намотать трансформатор для блока питания на такой гигантский сердечник:


Перед намоткой необходимо произвести расчет обмоток. Воспользуемся специальной программой (ссылку на нее можно найти в описании под авторским видео, перейдя по ссылке «Исходник»). В программе указываем размер ядра, частоту преобразования (в данном случае 40 кГц).Также указываем количество вторичных обмоток и их мощность. Силовая обмотка 1200 Вт, остальные 10 Вт. Так же нужно указать каким проводом будут намотаны обмотки, нажмите кнопку «Рассчитать», тут ничего сложного, думаю разберетесь.


Рассчитали параметры обмоток и приступаем к изготовлению. Первичный в один слой, вторичный в два слоя с отводом от середины.


Изолируем все термолентой.Вот, собственно, штатная обмотка пульсатора.
Все готово к установке в корпус, осталось разместить периферийные элементы на лицевой стороне таким образом:


Это можно сделать достаточно просто электролобзиком и дрелью.

Теперь самое сложное — уместить все внутри корпуса. Первым делом соединяем два радиатора в один и фиксируем.
Соединение силовых линий будем проводить такой 2-х миллиметровой проволокой и проволокой сечением 2.5 квадратов.

Так же были некоторые проблемы с тем, что радиатор занимает всю заднюю крышку, и туда невозможно вывести провод. Поэтому отводим его в сторону.


Вот и все, сборка завершена. Перед закрытием крышки проводим пробное включение.


Блок заведен, теперь закрываем верхнюю крышку и идем тестировать. Для теста сначала используем лампочки накаливания 36В 100Вт.


Как видите, блок держит их без труда.Этот вольтамперметр, который купил автор, не может измерить максимальный ток блока даже с шунтом, хотя на сайте написано, что он может измерять с шунтом до 50А. Не совершайте такой же ошибки и возьмите себе стрелочный амперметр — так будет надежнее. А насчет проверки — не беспокойтесь, сейчас вы убедитесь, что максимальный ток устройства больше 25А. Для этого используем предохранитель на 25А и ставим его на КЗ.


Просто плавится, значит ток здесь более 25 ампер.Мы также попробуем расплавить различные предметы.


Скрепка, шайба и даже шило — ничто не могло устоять перед мощью этого блока.


Спасибо за внимание. До скорого!

Видео:

Для настройки или ремонта радиоустройств необходимо иметь несколько источников питания. Такие устройства уже есть во многих домах, но, как правило, они имеют ограниченные эксплуатационные возможности (допустимый ток нагрузки до 1 А, а если и предусмотрена защита по току, то она инерционная или без возможности регулирования — триггерная).В целом такие источники по своим техническим характеристикам не могут конкурировать с промышленными блоками питания. Приобретать универсальный лабораторный промышленный источник довольно дорого.

Использование современной схемотехники и элементной базы позволяет изготовить в домашних условиях блок питания, который по своим основным техническим характеристикам не уступает лучшим промышленным образцам. В то же время он может быть прост в изготовлении и настройке.

Основные требования, которым должен соответствовать такой блок питания: стабилизация напряжения в диапазоне 0 … 30 В; возможность обеспечить ток в нагрузке до 3 А с минимальными пульсациями; регулировка срабатывания токовой защиты. Кроме того, срабатывание токовой защиты должно быть достаточно быстрым, чтобы предотвратить повреждение самого источника в случае короткого замыкания на выходе.

Возможность плавной регулировки ограничения тока в блоке питания позволяет исключить повреждение при настройке внешних устройств.

Всем этим требованиям отвечает предложенная ниже универсальная схема блока питания.Кроме того, этот блок питания позволяет использовать его как источник стабильного тока (до 3 А).

Основные технические характеристики блока питания:

плавная регулировка напряжения в диапазоне от 0 до 30 В;

напряжение пульсаций при токе 3 А, не более 1 мВ;

плавная регулировка ограничения тока (защиты) от 0 до 3 А;

коэффициент нестабильности напряжения не хуже 0,001%/В;

коэффициент нестабильности тока не хуже 0.01%/В;

КПД источника не хуже 0,6.

Электрическая схема блока питания, рис. 4.10, состоит из схемы управления (узел А1), трансформатора (Т1), выпрямителя (VD5…VD8), транзистора управления мощностью VT3 и блока коммутации обмоток трансформатора (А2).

Схема управления (А1) собрана на двух универсальных операционных усилителях (ОУ), расположенных в одном корпусе и питающихся от отдельной обмотки трансформатора. Это обеспечивает регулировку выходного напряжения от нуля, а также более стабильную работу всего устройства.А для облегчения теплового режима работы транзистора управления мощностью применен трансформатор с секционированной вторичной обмоткой. Отводы автоматически переключаются на

в зависимости от уровня выходного напряжения с помощью реле К1, К2. Это позволяет, несмотря на большой ток в нагрузке, применить теплоотвод для VT3 малых размеров, а также повысить КПД стабилизатора.

Блок коммутации (А2) для переключения четырех отводов трансформатора всего двумя реле включает их в следующей последовательности: при превышении выходного напряжения 7.5 В, включается К1; при превышении уровня 15 В включается К2; при превышении 22 В отключается К1 (в этом случае с обмоток трансформатора подается максимальное напряжение). Указанные пороги задаются используемыми стабилитронами (VD11…VD13). Отключение реле при падении напряжения производится в обратном порядке, но с гистерезисом примерно 0,3 В, т.е. при падении напряжения на эту величину ниже, чем при включении, что исключает дребезг при переключении обмоток.

Цепь управления (А1) состоит из регулятора напряжения и регулятора тока. При необходимости устройство может работать в любом из этих режимов. Режим зависит от положения ручки «I» (R18).

Регулятор напряжения собран на элементах DA1.1-VT2-VT3. Схема стабилизатора работает следующим образом. Требуемое выходное напряжение устанавливается резисторами «грубой» (R16) и «точной» (R17). В режиме стабилизации напряжения сигнал обратной связи по напряжению (-Uос) с выхода (Х2) через делитель резисторов R16-R17-R7 поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя DA1/2.На этот же вход через резисторы R3-R5-R7 подается опорное напряжение +9 В. В момент включения схемы на выходе DA1/12 будет возрастать положительное напряжение (оно поступает на управление VT3 через транзистор VT2) до тех пор, пока напряжение на выходных клеммах Х1-Х2 не достигнет уровня, установленного резисторами R16- Р17. За счет отрицательной обратной связи по напряжению, поступающей с выхода Х2 на вход усилителя DA1/2, выходное напряжение источника питания стабилизируется.

Лабораторный блок питания необходим каждому начинающему радиолюбителю.Чтобы сделать это правильно, нужно правильно подобрать схему, а это обычно вызывает массу проблем.

Типы и характеристики блоков питания

Существует два типа блоков питания:

Блок импульсного типа может создавать помехи, которые влияют на настройку приемников и других передатчиков. Источник питания линейного типа может не обеспечивать требуемую мощность.

Как правильно сделать лабораторный блок питания, от которого можно будет заряжать аккумулятор и питание чувствительных плат? Если взять простой блок питания линейного типа за 1.3-30 В, и током не более 5 А, получится хороший стабилизатор напряжения и тока.

Воспользуемся классической схемой сборки блока питания своими руками. Он выполнен на стабилизаторах LM317, которые регулируют напряжение в диапазоне 1,3-37В. Их работа совмещена с транзисторами КТ818. Это мощные радиодетали, которые способны пропускать большой ток. Защитную функцию схемы обеспечивают стабилизаторы LM301.

Данная схема давно разработана и периодически модернизируется. На нем появилось несколько диодных мостов, а измерительная головка не получила стандартных методических включений. Транзистор MJ4502 заменен менее мощным аналогом — КТ818. Есть еще фильтрующие конденсаторы.

Установка блока своими руками

При очередной сборке блок-схема получила новую интерпретацию. Емкость конденсаторов выходного типа увеличена, а для защиты добавлено несколько диодов.

Транзистор типа КТ818 оказался неподходящим элементом в этой схеме. Он сильно перегревался, и часто приводил к поломке. Нашли ему замену на более выгодный вариант TIP36C, в схеме у него параллельное подключение.


Пошаговая настройка

Лабораторный блок питания, сделанный своими руками, нужно включать поэтапно. Первоначальный запуск происходит с отключенными транзисторами LM301.Далее проверяется функция регулирования напряжения через регулятор Р3.

Если напряжение регулируется хорошо, то в схему включены транзисторы. Их работа тогда будет хорошей, когда несколько сопротивлений R7, R8 начнут уравновешивать цепь эмиттера. Нам нужны такие резисторы, чтобы их сопротивление было на минимально возможном уровне. При этом тока должно хватить, иначе в Т1 и Т2 его значения будут отличаться.

Этот этап настройки позволяет подключить нагрузку к выходу источника питания.Следует стараться избегать короткого замыкания, иначе сразу сгорят транзисторы, а за ними и стабилизатор LM317.

Следующим шагом будет монтаж LM301. Во-первых, вам нужно убедиться, что на контакте 4 операционного усилителя есть -6В. Если на нем присутствует +6В, то возможно неправильное подключение диодного моста BR2.

Также возможно неправильное подключение конденсатора С2. После осмотра и исправления монтажных дефектов можно подавать питание на 7 ногу LM301.Это можно сделать с выхода блока питания.

На конечных ступенях P1 настроен так, чтобы он мог работать на максимальном рабочем токе БП. Лабораторный блок питания с регулировкой напряжения настроить не так уж и сложно. В этом случае лучше лишний раз перепроверить установку деталей, чем получить КЗ с последующей заменой элементов.

Базовые радиоэлементы

Чтобы собрать мощный лабораторный блок питания своими руками, необходимо приобрести соответствующие комплектующие:

  • Для питания требуется трансформатор;
  • Несколько транзисторов;
  • Стабилизаторы;
  • Операционный усилитель;
  • Несколько типов диодов;
  • Конденсаторы электролитические — не более 50В;
  • Резисторы разных типов;
  • Резистор Р1;
  • Предохранитель.

Номинал каждой радиодетали необходимо сравнить со схемой.


Блок в окончательной форме

Для транзисторов необходимо подобрать подходящий радиатор, способный рассеивать тепло. Более того, внутри установлен вентилятор для охлаждения диодного моста. Еще один установлен на внешний радиатор, который будет выдувать транзисторы.

Для внутренней начинки желательно выбрать качественный корпус, так как вещь оказалась серьезной.Все элементы должны быть хорошо закреплены. На фото лабораторного блока питания видно, что на смену стрелочным вольтметрам пришли цифровые приборы.

Фото лабораторного блока питания

Схема

FET-OR и схема питания с использованием того же

1.Область изобретения

Настоящее изобретение относится к схеме ИЛИ, которая вырабатывает выходное напряжение как напряжение ИЛИ из нескольких входных напряжений.

2. Описание предшествующего уровня техники

Схема диодного ИЛИ широко используется не только в цифровых схемах, но и в других электрических схемах. Например, в схеме резервного питания по схеме диод-ИЛИ катоды двух диодов соединены совместно с выходным выводом, а основное и резервное питание подаются на соответствующие аноды диодов.Если напряжение основного источника питания по какой-либо причине снижается, питание подается от резервного источника питания, в результате чего на стороне общего катода появляется стабильное выходное напряжение.

Когда для подключения нагрузки к основному и резервному источникам питания используется схема диода-ИЛИ, неизбежно возникает падение напряжения из-за падения напряжения в прямом переходе Vf (приблизительно от 0,4 до 0,8 В) в зависимости от типа диода. Такое падение напряжения нельзя игнорировать в случае низковольтного источника питания с напряжением питания 2.5 В или 3,3 В. Кроме того, поскольку падение напряжения в прямом переходе Vf изменяется в зависимости от тока, протекающего через диод, схема диод-ИЛИ также имеет тот недостаток, что выходное напряжение изменяется в зависимости от колебаний его нагрузки.

Для преодоления вышеописанных недостатков в патенте США No. № 4 788 450. В этом переключателе резервного питания используются два полевых транзистора (далее сокращенно называемые полевыми транзисторами), каждый из которых имеет встроенный диод в качестве так называемого паразитного диода.В переключателе резервного питания основной источник питания и резервный источник питания (обычно батарея) подключаются к нагрузке через соответствующие один из двух полевых транзисторов, которые в дальнейшем называются полевыми транзисторами основной стороны и полевыми транзисторами резервной стороны, соответственно. Соответствующие полевые транзисторы подключены таким образом, что анод каждого собственного диода расположен на соответствующей стороне источника питания, а его катод расположен на стороне нагрузки. Переключатель управления управляет состояниями ВКЛ/ВЫКЛ этих полевых транзисторов в зависимости от напряжения основного источника питания.Как известно, полевой транзистор имеет малое сопротивление проводимости. Следовательно, когда полевой транзистор приводится в состояние проводимости, что приводит к короткому замыканию собственного диода и, что эквивалентно, удалению из схемы, соответствующее напряжение источника питания может появиться на его выходной клемме без какого-либо существенного падения напряжения.

В частности, управляющий переключатель отслеживает напряжение основного источника питания и, когда напряжение основного источника питания попадает в заданный надлежащий диапазон, переводит основной полевой транзистор в состояние проводимости, а резервный полевой транзистор — в непроводящее государство (т.е., собственное рабочее состояние диода). Когда напряжение основного источника питания становится ниже заданного диапазона, управление переводит основной полевой транзистор в непроводящий, а резервный полевой транзистор в проводящий. Соответственно, даже в случае отключения основного питания, питание нагрузки может непрерывно подаваться от резервного источника питания.

Однако при обнаружении падения напряжения основного источника питания описанный выше переключатель резервного питания меняет источник питания с основного на резервный источник питания.Это обуславливает следующие недостатки.

1) Управляющий переключатель контролирует только основное напряжение источника питания и одновременно переключает соответствующие основные и резервные полевые транзисторы между состояниями проводимости и отсутствия проводимости в зависимости от того, происходит ли падение напряжения основного источника питания. Поэтому бывают случаи, когда напряжение, подаваемое на нагрузку, мгновенно падает по некоторым причинам, таким как временная задержка переключения. В случае логической схемы IC такое мгновенное падение напряжения вызовет ошибочное срабатывание.Кроме того, в случае встроенной в нее ИС сброса существует вероятность нежелательного перезапуска схемы.

2) Резервный полевой транзистор обычно находится в непроводящем состоянии, когда встроенный в него диод находится в состоянии обратного или несмещенного смещения, поэтому резервный источник питания работает без нагрузки без протекания тока. Когда напряжение основного источника питания падает, резервный полевой транзистор переходит в проводимость, резко увеличивая нагрузку. Для решения этой проблемы в качестве резервного источника питания используется импульсный источник питания, имеющий цепь обратной связи для поддержания постоянного выходного напряжения.Однако в этом случае, поскольку цепь обратной связи импульсного источника питания не может реагировать на быстрые колебания нагрузки, напряжение резервного питания также резко падает, вызывая ошибочное срабатывание.

Целью настоящего изобретения является разработка схемы ИЛИ, позволяющей получать одно стабильное выходное напряжение из множества входных напряжений.

Другой целью настоящего изобретения является создание надежной схемы электропитания, которая может питать нагрузку одним стабильным напряжением питания, полученным из множества напряжений питания.

В соответствии с настоящим изобретением предусмотрена схема ИЛИ, имеющая множество входных клемм и одну выходную клемму, в которой множество входных напряжений подается на соответствующие входные клеммы, а выходное напряжение появляется на единственном выходе. Терминал. Схема ИЛИ включает в себя: множество полевых транзисторов, предусмотренных для соответствующих входных выводов, каждый из полевых транзисторов соединяет соответствующий входной вывод с одним выходным выводом, при этом один главный электрод полевого транзистора соответствует к соответствующей входной клемме подключен анод собственного диода полевого транзистора, а к единственной выходной клемме подключен другой основной электрод полевого транзистора, соответствующий катоду собственного диода; и множество контроллеров, предусмотренных для соответствующих полевых транзисторов, при этом каждый из контроллеров переводит соответствующий полевой транзистор в выбранное одно из состояний проводимости и состояния непроводимости, в зависимости от того, какой из них соответствует входному напряжению и выходное напряжение выше, чем у другого.

Предпочтительно каждый из контроллеров переводит соответствующий полевой транзистор в проводимость, когда выходное напряжение равно или ниже соответствующего входного напряжения, и переводит соответствующий полевой транзистор в непроводящее состояние, когда выходное напряжение выше чем соответствующее входное напряжение.

В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрена схема источника питания, использующая множество источников питания для генерирования одного выходного напряжения, которое подается на нагрузку.Схема источника питания включает в себя: множество p-канальных полевых транзисторов, предусмотренных для соответствующих источников питания, причем каждый из p-канальных полевых транзисторов подключает соответствующий источник питания к нагрузке, при этом электрод стока p-канальный полевой транзистор, соответствующий аноду собственного диода p-канального полевого транзистора, подключен к соответствующему источнику питания, а исток p-канального полевого транзистора, соответствующий катоду собственный диод подключен к нагрузке; и множество компараторов напряжения, предусмотренных для соответствующих источников питания, при этом каждый из компараторов напряжения переводит соответствующий p-канальный полевой транзистор в выбранное одно из состояний проводимости и состояния непроводимости в зависимости от того, какой из соответствующих напряжение питания и одно выходное напряжение выше, чем другое.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрена схема источника питания, использующая множество источников питания для генерирования одного выходного напряжения, которое подается на нагрузку. Схема источника питания включает в себя: множество n-канальных полевых транзисторов, предусмотренных для соответствующих источников питания, каждый из n-канальных полевых транзисторов подключает соответствующий источник питания к нагрузке, при этом истоковый электрод n-канальный полевой транзистор, соответствующий аноду собственного диода n-канального полевого транзистора, подключен к соответствующему источнику питания, а электрод стока n-канального полевого транзистора, соответствующий катоду собственный диод подключен к нагрузке; и множество компараторов напряжения, предусмотренных для соответствующих источников питания, при этом каждый из компараторов напряжения переводит соответствующий n-канальный полевой транзистор в выбранное одно из состояний проводимости и состояния непроводимости в зависимости от того, какой из соответствующих напряжение питания и одно выходное напряжение выше, чем другое.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предложен способ управления схемой ИЛИ, имеющей множество входных клемм и одну выходную клемму, в котором множество входных напряжений подается на соответствующие входные клеммы и выходное напряжение появляется на единственной выходной клемме, схема ИЛИ содержит множество полевых транзисторов, предусмотренных для соответствующих входных клемм, причем каждый из полевых транзисторов соединяет соответствующую входную клемму с единственной выходной клеммой, при этом одна основная электрод полевого транзистора, соответствующий аноду собственного диода полевого транзистора, подключают к соответствующему входу, а другой основной электрод полевого транзистора, соответствующий катоду собственного диода, подключают к один выходной терминал.Способ включает этапы: а) сравнения каждого из входных напряжений с выходным напряжением; и b) установку полевого транзистора, соответствующего входному напряжению, в выбранное одно из состояний проводимости и непроводящего состояния в зависимости от результата этапа (а) сравнения.

Предпочтительно этап (b) включает следующие этапы: перевод соответствующего полевого транзистора в состояние проводимости, когда выходное напряжение равно или ниже соответствующего входного напряжения; и перевод соответствующего полевого транзистора в непроводящее состояние, когда выходное напряжение выше входного напряжения.

Как описано выше, в соответствии с настоящим изобретением в каждом из множества полевых транзисторов соответствующее входное напряжение сравнивается с выходным напряжением, и определяется состояние проводимости/непроводимости соответствующего полевого транзистора. контролируются в зависимости от соответствующего результата сравнения. Следовательно, состояния проводимости/непроводимости соответствующих полевых транзисторов регулируются индивидуально, и все полевые транзисторы не регулируются единообразно.Это позволяет эффективно избежать резкого изменения выходного напряжения. В результате выходное напряжение может поддерживаться в удивительно стабильном состоянии.

РИС. 1 представляет собой схематическую блок-схему, показывающую схему ИЛИ согласно варианту осуществления настоящего изобретения;

РИС. 2 представляет собой принципиальную схему, показывающую пример схемы резервного источника питания со схемой ИЛИ, использующей p-канальный полевой транзистор (FET) в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения; и

РИС.3 представляет собой принципиальную схему, показывающую другой пример схемы резервного источника питания со схемой ИЛИ, использующей n-канальный полевой транзистор в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения;

На фиг. 1 схема ИЛИ согласно варианту осуществления настоящего изобретения имеет две входные клеммы 1 и 2 и одну выходную клемму 3 . Входные напряжения постоянного тока (постоянного тока) V 11 и V 12 подаются на соответствующие входные клеммы 1 и 2 , а выходное напряжение постоянного тока Vo появляется на выходной клемме 3 в виде ИЛИ входных напряжений В 11 и В 12 .

Входной контакт 1 соединен с выходным контактом 3 схемы ИЛИ через полевой транзистор Ml и дополнительно для полевого транзистора M 1 предусмотрен компаратор напряжения 4 . Кроме того, входная клемма 2 соединена с выходной клеммой 3 через полевой транзистор М 2 , и дополнительно для полевого транзистора М 2 предусмотрен компаратор напряжения 5 .Как описано выше, полевые транзисторы М 1 и М 2 включают в себя диоды с внутренним переходом D 1 и D 1 соответственно.

Компаратор напряжения 4 сравнивает напряжение на входном основном электроде полевого транзистора M 1 (т.е. входное напряжение V 11 ) с напряжением на его выходном основном электроде ( т. е. выходное напряжение Vo). Компаратор напряжения 4 управляет напряжением затвора V G1 , подаваемым на затвор полевого транзистора M 1 таким образом, что полевой транзистор M 1 переходит в проводящее или непроводящее состояние. в зависимости от результата сравнения.Подробности будут описаны позже.

Аналогично компаратор напряжения 5 сравнивает напряжение на входном основном электроде полевого транзистора M 2 (т.е. входное напряжение V 12 ) с напряжением на выходном основном электроде (т. е. выходное напряжение Vo). Компаратор напряжения 5 управляет напряжением затвора V G2 , подаваемым на затвор полевого транзистора M 2 таким образом, что полевой транзистор M 2 переходит в проводящее или непроводящее состояние. в зависимости от результата сравнения.Подробности будут описаны позже.

Полевые транзисторы М 1 и М 2 могут быть как p-канального, так и n-канального типа, но они должны быть подключены таким образом, чтобы анод каждого собственного диода был направлен к соответствующей входной клемме, а его катод направлен к выходной клемме 3 . Входное напряжение V 11 может быть таким же или отличным от входного напряжения V 12 .

В случае, когда входное напряжение V 11 отличается от V 12 , и эти напряжения вводятся нормально, более высокое из этих напряжений отображается как выходное напряжение Vo на выходной клемме 3 .Например, при V 11 >V 12 компаратор напряжения 4 устанавливает напряжение затвора V G1 таким образом, чтобы полевой транзистор M 1 был включен. Другими словами, собственный диод D 1 закорочен и не работает. Поскольку сопротивление проводимости полевого транзистора очень мало, входное напряжение V 11 появляется на выводе 3 без существенного падения напряжения.

В этом состоянии, поскольку выходное напряжение Vo существенно V 11 (>V 12 ), другой компаратор напряжения 5 устанавливает напряжение затвора V G2 таким образом, чтобы полевой транзистор M 2 в непроводящее. Следовательно, в полевом транзисторе M 2 собственный диод D 2 смещен в обратном направлении.

Рассмотрим случай, когда входное напряжение V 11 по какой-то причине падает в указанном выше рабочем состоянии.Когда падение входного напряжения V 11 приводит к падению выходного напряжения Vo до входного напряжения V 12 , компаратор напряжения 5 изменяет напряжение затвора V G2 так, чтобы полевой транзистор M 2 в провод. Это приводит к тому, что встроенный диод D 2 замыкается накоротко и не работает. Когда полевой транзистор М 2 находится в состоянии проводимости, на выводе 3 появляется входное напряжение V 12 без существенного падения напряжения.Поэтому выходное напряжение Vo плавно падает от напряжения V 11 до напряжения V 12 и стабилизируется. Можно избежать быстрого изменения напряжения, которое было бы вызвано обычной операцией переключения.

Когда входное напряжение V 11 восстанавливается в этом резервном состоянии, компаратор напряжения 4 устанавливает напряжение затвора V G1 таким образом, чтобы перевести полевой транзистор M 1 в проводимость, выходное напряжение Vo по существу возвращается к V 11 , а другой компаратор 5 напряжения устанавливает напряжение затвора V G2 таким образом, чтобы перевести полевой транзистор M 2 в непроводящее состояние.Таким образом, в полевом транзисторе M 2 собственный диод D 2 смещен в обратном направлении.

Более того, в случае, когда входное напряжение V 11 совпадает с входным напряжением V 12 , полевые транзисторы М 1 и М 2 оба устанавливаются в состояние проводимости, и входное напряжение всегда может подаваться на выходную клемму. В этом состоянии, когда одно входное напряжение падает, полевой транзистор, соответствующий падению входного напряжения, принудительно переходит в непроводящее состояние, как описано выше, то есть соответствующий полевой транзистор устанавливается в состояние, присущее функции диода. .Кроме того, выходное напряжение поддерживается за счет другого полевого транзистора, находящегося в состоянии проводимости. Следовательно, даже при падении входного напряжения выходное напряжение не падает.

Как описано выше, в каждом из множества полевых транзисторов входное напряжение сравнивается с выходным напряжением, и состояние проводимости/непроводимости соответствующего полевого транзистора контролируется в зависимости от результата сравнения. Таким образом, можно избежать нежелательного изменения выходного напряжения, вызванного одновременным переключением всех полевых транзисторов.В результате выходное напряжение Vo, появляющееся на выходной клемме 3 , может поддерживаться в удивительно стабильном состоянии.

В вышеописанном варианте осуществления для упрощения описания была проиллюстрирована схема ИЛИ с двумя входами и одним выходом. Излишне говорить, что даже схема ИЛИ с несколькими входами может быть аналогичным образом составлена ​​путем подключения полевого транзистора и компаратора напряжения к каждому входу, как показано на фиг. 1 .

На фиг. 2, импульсный источник питания 11 используется в качестве основного источника питания, а импульсный источник питания 12 используется в качестве резервного или вспомогательного источника питания.Любой из импульсных источников питания представляет собой стабилизированный источник питания, имеющий цепь обратной связи для поддержания постоянного выходного напряжения.

Основная система электропитания состоит из p-канального полевого транзистора 13 , компаратора 14 , состоящего из операционного усилителя, транзистора Q 1 и резисторов R 1 Р 5 . Здесь p-канальный FET 13 соответствует полевому транзистору M 1 на фиг.1, а комбинация компаратора 14 , транзистора Q 1 и резисторов с R 1 по R 5 соответствует компаратору напряжения 4 на фиг. 1 .

Аналогично, система резервного питания состоит из p-канального полевого транзистора 15 , компаратора 16 операционного усилителя, транзистора Q 2 и резисторов с R 6 по R 10 . Здесь p-канальный FET 15 соответствует полевому транзистору M 2 на фиг.1, а комбинация компаратора 16 операционного усилителя, транзистора Q 2 и резисторов с R 6 по R 10 соответствует компаратору напряжения 5 на фиг. 1 .

Более конкретно, выходная клемма импульсного источника питания 11 подключена к электроду стока полевого транзистора 13 , который дополнительно заземлен через резисторы R 3 и R 5 , соединенные последовательно.Соответственно замыкается цепь от выходного вывода импульсного источника питания 11 до опорной линии (линии заземления) через резисторы R 3 и R 5 . Исток полевого транзистора 13 подключен к выходному зажиму цепи питания, которая дополнительно заземлена через последовательно соединенные резисторы R 2 и R 4 . В этом случае собственный диод D 1 находится между стоком и истоком полевого транзистора 13 , как показано на фиг. 2 . Анод собственного диода D 1 эквивалентно подключен к выходной клемме импульсного источника питания 11 , а его катод эквивалентно подключен к выходной клемме схемы источника питания.

Точка соединения 103 резисторов R 2 и R 4 подключена к инвертирующему входу компаратора 14 , а выходное напряжение Vout можно контролировать на основе деления напряжения на соединении. точка 103 .Точка соединения 104 резисторов R 3 и R 5 подключена к неинвертирующему входу компаратора 14 , и входное напряжение от импульсного источника питания 11 можно контролировать на основе на разделенное напряжение в точке подключения 104 .

Выход компаратора 14 соединен с базовым электродом транзистора Q 1 через резистор R 1 .Электрод коллектора транзистора Q 1 соединен с электродом затвора полевого транзистора 13 , а его вывод эмиттера заземлен. На компаратор 14 подается питание от истокового электрода полевого транзистора 13 , то есть выходное напряжение Vвых.

В вышеописанной схеме, в случае установки резисторов R 2 по R 5 на соответствующие значения сопротивлений, компаратор 14 выдает высокий уровень, когда выходное напряжение Vout равно или ниже входное напряжение, которое переводит транзистор Q 1 в проводимость.Когда транзистор Q 1 находится в состоянии проводимости, напряжение затвора полевого транзистора 13 устанавливается равным потенциалу земли. Это приводит FET 13 в проводимость. С другой стороны, когда выходное напряжение Vout выше входного напряжения, компаратор 14 выдает низкий уровень, который переводит транзистор Q 1 в непроводящее состояние. Следовательно, полевой транзистор 13 переводится в непроводящее состояние (т. е. в состояние, присущее диоду).Его основная операция описана на фиг. 1 .

Аналогично выходная клемма импульсного источника питания 12 подключена к электроду стока полевого транзистора 15 , который дополнительно заземлен через резисторы R 8 и R 10 , соединенные последовательно. Следовательно, цепь от выходного вывода импульсного источника питания 12 до опорной линии (линии заземления) через резисторы R 8 и R 10 замыкается.Исток полевого транзистора 15 подключен к выходному зажиму цепи питания, которая дополнительно заземлена через последовательно соединенные резисторы R 7 и R 9 . Кроме того, между стоком и истоком полевого транзистора 15 имеется встроенный диод D 2 . Анод собственного диода D 2 эквивалентно подключен к выходной клемме импульсного источника питания 12 , а его катод эквивалентно подключен к выходной клемме схемы источника питания.

Точка соединения 107 резисторов R 7 и R 9 подключена к инвертирующему входу компаратора 16 , а точка соединения 108 резисторов 3 R 4 9043 10 подключается к неинвертирующему входу компаратора 15 . Выход компаратора 16 соединен с базовым электродом транзистора Q 2 через резистор R 6 .Электрод коллектора транзистора Q 2 соединен с электродом затвора полевого транзистора 15 , а его эмиттерный электрод заземлен. Компаратор 16 питается от выходного напряжения на истоковом электроде полевого транзистора 15 . Поскольку работа резервной системы электропитания аналогична работе основной системы электроснабжения, ее описание опущено.

На фиг. 3, импульсный источник питания 21 используется в качестве основного источника питания, а импульсный источник питания 22 используется в качестве резервного источника питания.Любой из импульсных источников питания является стабилизированным источником питания, имеющим цепь обратной связи для поддержания постоянного выходного напряжения.

Основная система питания состоит из n-канального полевого транзистора 23 , компаратора 24 операционного усилителя и резисторов с R 21 по R 24 . Здесь n-канальный FET 23 соответствует полевому транзистору M 1 на фиг. 1, а комбинация компаратора 24 и резисторов с R 21 по R 24 соответствует компаратору напряжения 4 на фиг. 1 .

Аналогично, система резервного питания состоит из n-канального полевого транзистора 25 , компаратора 26 операционного усилителя и резисторов с R 25 по R 28 . Здесь n-канальный FET 25 соответствует полевому транзистору M 2 на фиг. 1, а комбинация компаратора 26 и резисторов с R 25 по R 28 соответствует компаратору напряжения 5 на фиг. 1 .

Более конкретно, выходная клемма импульсного источника питания 21 подключена к электроду истока полевого транзистора 23 и дополнительно заземлена через резисторы R 22 и R 24 , соединенные последовательно. Следовательно, цепь от выходного вывода импульсного источника питания 21 до опорной линии (линии заземления) через резисторы R 22 и R 24 замыкается. Электрод стока полевого транзистора 23 подключен к выходному зажиму цепи питания и дополнительно заземлен через последовательно соединенные резисторы R 21 и R 23 .Кроме того, между стоком и истоком полевого транзистора 23 имеется встроенный диод D 3 . Анод собственного диода D 3 подключен к выходной клемме импульсного источника питания 21 , а его катод подключен к выходной клемме схемы источника питания.

Точка соединения резисторов R 21 и R 23 подключена к инвертирующему входу компаратора 24 .Выходное напряжение Vвых можно контролировать, определяя напряжение в точке соединения резисторов R 21 и R 23 . Точка соединения резисторов R 22 и R 24 подключена к неинвертирующему входу компаратора 24 . Входное напряжение от импульсного источника питания 21 можно контролировать, определяя напряжение в точке подключения резисторов R 22 и R 24 . Выходная клемма компаратора 24 подключена к электроду затвора полевого транзистора 23 .Дополнительно на компаратор 24 подается питание от другого блока питания Vdd.

В вышеописанной схеме, когда резисторы с R 21 по R 24 установлены на соответствующие значения сопротивления, компаратор 24 выдает высокий уровень, когда выходное напряжение Vout по существу равно или ниже, чем входное напряжение, которое переводит полевой транзистор 23 в проводимость. С другой стороны, когда выходное напряжение Vout выше, чем входное напряжение, компаратор 24 выдает низкий уровень, что переводит полевой транзистор 23 в непроводящее состояние и, следовательно, приводит к срабатыванию встроенного диода D 3 . .Его основная операция аналогична описанной на фиг. 1 .

Аналогично выходная клемма импульсного источника питания 22 подключается к истоку полевого транзистора 25 и дополнительно заземляется через последовательно соединенные резисторы R 26 и R 28 . Следовательно, цепь от выходного вывода импульсного источника питания 22 до опорной линии (линии заземления) через резисторы R 26 и R 28 замыкается.Электрод стока полевого транзистора 25 подключен к выходному зажиму цепи питания и дополнительно заземлен через последовательно соединенные резисторы R 25 и R 27 . Кроме того, между стоком и истоком полевого транзистора 25 имеется встроенный диод D 4 . Анод собственного диода D 4 эквивалентно подключен к выходной клемме импульсного источника питания 21 , а его катод эквивалентно подключен к выходной клемме схемы источника питания.

Точка соединения резисторов R 25 и R 27 подключается к инвертирующему входу компаратора 26 , а выходное напряжение Vout контролируется путем определения напряжения в точке соединения резисторов R 25 и R 27 . Точка соединения резисторов R 26 и R 28 подключается к неинвертирующему входу компаратора 26 , а входное напряжение от импульсного источника питания 22 контролируется путем обнаружения напряжения на точка подключения резисторов R 26 и R 28 .Выходная клемма компаратора 26 подключена к электроду затвора полевого транзистора 25 .

Таким образом, когда резисторы с R 25 по R 28 установлены на соответствующие значения сопротивления, компаратор 26 выдает высокий уровень, когда выходное напряжение Vout практически равно входному напряжению или ниже его, что приводит к FET 25 в проводимость. С другой стороны, когда выходное напряжение Vout выше, чем входное напряжение, компаратор 26 выдает низкий уровень, что переводит полевой транзистор 25 в непроводящее состояние и, следовательно, приводит к срабатыванию встроенного диода D 4 . .Поскольку основная работа аналогична работе основной системы электропитания, ее подробности опущены.

Как было описано выше, в схеме резервного источника питания, составленной, как описано в первом и втором примерах, в случае падения напряжения основного источника питания выходное напряжение Vвых плавно смещается от напряжения основной мощности переключения к мощности переключения вспомогательной Напряжение. Соответственно, можно эффективно избежать резкого снижения напряжения.

При этом, когда основное напряжение питания переключения равно вспомогательному напряжению питания переключения, оба полевых транзистора находятся в состоянии проводимости, и входное напряжение может постоянно подаваться на нагрузку через выходную клемму.Когда в этом состоянии одно коммутируемое напряжение питания падает, как описано выше, соответствующий полевой транзистор принудительно переходит в непроводящее состояние, а выходное напряжение поддерживается другим полевым транзистором. Следовательно, даже когда одно из напряжений питания переключения падает, выходное напряжение Vout может поддерживаться на заданном уровне.

Как описано выше, для каждого из множества импульсных источников питания предусмотрена комбинация полевого транзистора и компаратора напряжения.Каждое напряжение питания переключения сравнивается с выходным напряжением, и состояние проводимости/непроводимости соответствующего полевого транзистора управляется в зависимости от соответствующего результата сравнения. Поэтому в результате выходное напряжение Vвых, появляющееся на выходной клемме, стабилизируется без какого-либо резкого или мгновенного падения.

В первом и втором вариантах осуществления для упрощения их описания была проиллюстрирована резервная система, использующая два импульсных источника питания, но аналогичная структура может быть реализована с использованием трех или более импульсных источников питания.

Как подробно описано выше, согласно настоящему изобретению в каждом из множества полевых транзисторов соответствующее входное напряжение сравнивается с выходным напряжением, и состояние проводимости/непроводимости соответствующего полевого транзистора транзистор управляется на основе соответствующего результата сравнения. Следовательно, состояния проводимости/непроводимости соответствующих полевых транзисторов регулируются индивидуально, и все полевые транзисторы не регулируются единообразно.Это позволяет эффективно избежать резкого изменения выходного напряжения. В результате выходное напряжение может поддерживаться в удивительно стабильном состоянии.

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник – обзор

3.2.2.1 Мощные полевые МОП-транзисторы

Технология полевых МОП-транзисторов восходит к 1970-м годам, когда были произведены первые полевые транзисторы с изолированным затвором. Типичный полевой МОП-транзистор состоит из выводов затвора, истока, стока и корпуса, а также областей полупроводникового материала n-типа и p-типа, как показано на рис.3.6. В областях кремния n-типа в зоне проводимости атомов кремния, образующих материал, много электронов, и эти электроны являются основными носителями заряда. Напротив, кремний p-типа имеет дефицит электронов в валентной зоне, также известный как изобилие дырок, и движение этих дырок в валентной зоне отвечает за перенос заряда.

Рисунок 3.6. (A) Плоская структура MOSFET (слева) и (B) Вертикальная структура MOSFET (справа).

В типичном планарном МОП-транзисторе затвор изолирован от полупроводника с помощью оксида, а клемма корпуса внутренне соединена с истоком, оставляя три открытых клеммы.Это приводит к созданию диода между истоком и стоком, который может блокировать ток от стока к истоку, когда устройство выключено. МОП-транзистор работает как переключатель, прикладывая положительное смещение напряжения к затвору относительно стока. Это создает электрическое поле, которое притягивает электроны от кремния p-типа к затвору. Эти электроны заполняют пространство между двумя высоколегированными областями n-типа, образуя инверсионный слой и тем самым обеспечивая путь для протекания тока от стока к истоку.

Планарный полевой МОП-транзистор не подходит для приложений с импульсным питанием по нескольким причинам. Рабочее напряжение устройства зависит от длины канала (т. е. ширины области р-типа, как показано на рис. 3.6А), а номинальный ток устройства зависит от токопроводящего сечения и отсюда и ширина канала (т. е. глубина страницы, как показано на рисунке). Для силовых приложений планарному МОП-транзистору потребуется значительная пространственная площадь, чтобы создать большую площадь поперечного сечения, необходимую для передачи больших величин тока.Вертикальные конструкции, такие как показанная на рис. 3.6B, облегчают эту проблему и допускают более высокие токи. В этой конфигурации ток течет вертикально, тем самым увеличивая площадь поперечного сечения, через которую передается ток, при сохранении примерно того же размера упаковки. Номинальное напряжение устройства зависит от толщины и концентрации легирования слоя n-типа, что также может влиять на сопротивление в открытом состоянии.

Двумя источниками неэффективности преобразователей мощности, использующих полевые МОП-транзисторы, являются коммутационные потери и потери проводимости.Коммутационные потери в полевых МОП-транзисторах понимаются с учетом емкости затвора. Этот конденсатор должен быть заряжен, чтобы поднять напряжение затвора достаточно высоко, чтобы открыть транзистор. Точно так же необходимо снять заряд, чтобы понизить напряжение и выключить транзистор. Если транзистор используется в качестве высокочастотного переключателя, как в случае с рассмотренными нами SST, постоянное добавление и снятие заряда потребляет значительное количество энергии и выделяет тепло, с которым объемный кремний должен быть в состоянии справиться.Коммутационные потери уменьшаются за счет минимизации количества заряда, необходимого для включения устройства. Потери проводимости, напротив, уменьшаются за счет уменьшения сопротивления в открытом состоянии.

За последние несколько десятилетий в базовую структуру полевого МОП-транзистора, показанную на рис. 3.6, были внесены усовершенствования с целью повышения производительности в силовых приложениях. Например, введение слабо легированных стоков позволило МОП-транзисторам блокировать более высокие напряжения в выключенном состоянии (Saxena & Kumar, 2012). Геометрические улучшения, такие как введение траншейных затворов для снижения сопротивления в открытом состоянии, улучшили токовую способность мощных полевых МОП-транзисторов (Shenai, 2013).Несмотря на эти улучшения, основным ограничением технологии MOSFET является связь между сопротивлением в открытом состоянии и напряжением пробоя устройства. В частности, сопротивление в открытом состоянии увеличивается пропорционально квадрату напряжения пробоя (Shenai, 2013). По этой причине трудно получить высокое рабочее напряжение при одновременной передаче больших токов. Поэтому полевые МОП-транзисторы часто используются для приложений среднего напряжения, которые включают в себя определенные возобновляемые источники и устройства накопления энергии.

Текущие исследования и разработки в контексте приложений интеллектуальных сетей сосредоточены вокруг успешного внедрения этих устройств с использованием передовых полупроводников. Использование этих полупроводников с широкой запрещенной зоной, включая карбид кремния (SiC), обсуждается в разделе 3.2.2.3.

Полевой транзистор

Полевые транзисторы

Функция полевых транзисторов аналогична биполярным транзисторам (особенно тому типу, который мы обсудим здесь), но есть несколько отличий.Они имеют 3 терминала, как показано ниже. Двумя общими типами полевых транзисторов являются МОП-транзисторы с каналом N и каналом P. Здесь мы будем обсуждать только канал N. На самом деле, в этом разделе мы будем обсуждать только наиболее часто используемый режим расширения N-канальный полевой МОП-транзистор (металлооксид-полупроводниковый полевой транзистор). Его условное обозначение приведено ниже. Стрелки показывают, как НОЖКИ реального транзистора соответствуют условному обозначению.

Current Control:
Терминал управления называется воротами.Помните, что через базовый вывод биполярного транзистора проходит небольшой ток. Затвор полевого транзистора практически не пропускает ток при управлении постоянным током. При управлении затвором высокочастотными импульсами постоянного или переменного тока может протекать небольшой ток. Напряжение «включения» транзистора (также известное как пороговое) варьируется от одного полевого транзистора к другому, но составляет примерно 3,3 вольта по отношению к источнику.

Когда полевые транзисторы используются в секции аудиовыхода усилителя, Vgs (напряжение от затвора к истоку) редко превышает 3.5 вольт. Когда полевые транзисторы используются в импульсных источниках питания, Vgs обычно намного выше (от 10 до 15 вольт). Когда напряжение затвора выше примерно 5 вольт, он становится более эффективным (что означает меньшее падение напряжения на полевом транзисторе и, следовательно, меньшее рассеивание мощности).

МОП-транзисторы широко используются, потому что ими легче управлять в сильноточных приложениях (например, в импульсных источниках питания, используемых в автомобильных аудиоусилителях). Если используется биполярный транзистор, часть тока коллектор/эмиттер должна протекать через базовый переход.В ситуациях с большим током, когда имеется значительный ток коллектора/эмиттера, ток базы может быть значительным. Полевые транзисторы могут управляться очень небольшим током (по сравнению с биполярными транзисторами). Единственный ток, который течет из цепи привода, это ток, который течет из-за емкости. Как вы уже знаете, при подаче постоянного тока на конденсатор сначала возникает скачок, а затем ток прекращается. Когда затвор полевого транзистора управляется высокочастотным сигналом, схема возбуждения по существу видит только конденсатор небольшой емкости.Для низких и средних частот схема возбуждения должна обеспечивать небольшой ток. На очень высоких частотах или при работе нескольких полевых транзисторов схема управления должна обеспечивать больший ток.

Примечание.
Затвор полевого МОП-транзистора имеет некоторую емкость, что означает, что он будет удерживать заряд (сохранять напряжение). Если напряжение затвора не разряжено, полевой транзистор будет продолжать проводить ток. Это не означает, что вы можете зарядить его и ожидать, что полевой транзистор будет продолжать работать бесконечно, но он будет продолжать работать до тех пор, пока напряжение на затворе не станет ниже порогового напряжения.Вы можете убедиться, что он выключается, если подключите подтягивающий резистор между затвором и истоком.

Сильноточные клеммы:
«Управляемые» клеммы называются истоком и стоком. Это выводы, отвечающие за проведение тока через транзистор.

Корпуса транзисторов:
МОП-транзисторы используют те же «корпуса», что и биполярные транзисторы. Наиболее распространенным в автомобильных стереоусилителях в настоящее время является корпус ТО-220 (показан выше).


Транзистор в цепи:
На этой диаграмме показаны напряжения на резисторе и полевом транзисторе с тремя разными напряжениями затвора.Вы должны увидеть, что на резисторе нет напряжения, когда напряжение затвора составляет около 2,5 вольт. Это означает, что ток не течет, потому что транзистор не открыт. Когда транзистор частично открыт, на обоих компонентах возникает падение напряжения (напряжения). Когда транзистор полностью открыт (напряжение на затворе около 4,5 вольт), на резистор подается полное напряжение питания, и падение напряжения на транзисторе практически отсутствует. Это означает, что оба вывода (истока и стока) транзистора имеют практически одинаковое напряжение.Когда транзистор полностью открыт, нижний вывод резистора фактически соединен с землей.

Напряжение на затвор Напряжение на резисторе Напряжение на транзисторе
2,5 В нет напряжения примерно 12 вольт
3,5 В менее 12 вольт менее 12 вольт
4,5 В примерно 12 вольт практически нет напряжения

В следующей демонстрации вы можете увидеть, что полевой транзистор подключен к лампе.Когда напряжение ниже примерно 3 вольт, лампа полностью гаснет. Через лампу или полевой транзистор ток не течет. Когда вы нажимаете кнопку, вы можете видеть, что конденсатор начинает заряжаться (обозначается восходящей желтой линией и точкой, где кривая зарядки конденсатора пересекается с белой линией, идущей слева направо). Когда полевой транзистор начинает включаться, напряжение на стоке начинает падать (обозначается падающей зеленой линией и точкой пересечения зеленой кривой с белой линией).Когда напряжение затвора приближается к пороговому напряжению (~ 3,5 В), напряжение на лампе начинает увеличиваться. Чем больше он увеличивается, тем ярче становится лампа. После того, как напряжение на затворе достигнет примерно 4 вольт, вы увидите, что лампочка полностью горит (полные 12 вольт на клеммах). Напряжение на полевом транзисторе практически отсутствует. Вы должны заметить, что полевой транзистор полностью отключается ниже 3 вольт и полностью включается после 4 вольт. Любое напряжение затвора ниже 3 вольт практически не влияет на полевой транзистор.Выше 4 вольт эффект незначителен.


Параметры конструкции

Напряжение затвора:
Как вы уже знаете, полевой транзистор управляется напряжением затвора. Для этого типа MOSFET максимальное безопасное напряжение затвора составляет ± 20 вольт. Если на затвор подается более 20 вольт (относительно истока), это разрушит транзистор. Транзистор будет поврежден, потому что напряжение пройдет через изолятор, отделяющий затвор от части сток/исток полевого транзистора.

Ток:
Как и в случае с биполярными транзисторами, каждый полевой транзистор рассчитан на безопасное пропускание определенного количества тока.Если температура полевого транзистора выше 25°С (приблизительно 77° по Фаренгейту), «безопасная» токопроводящая способность транзистора будет снижена. Безопасная рабочая зона (S.O.A) продолжает уменьшаться по мере повышения температуры. Когда температура приближается к максимально безопасной рабочей температуре, номинальный ток транзистора приближается к нулю.

Напряжение: полевые транзисторы
будут повреждены, если будет превышено указанное максимальное напряжение сток-исток. Вы можете получить техпаспорт у производителя.Технический паспорт предоставит вам всю информацию, необходимую для его использования.

Рассеиваемая мощность: полевые транзисторы
аналогичны биполярным транзисторам в том, что касается корпусов и рассеиваемой мощности, и вы можете перейти по этой ссылке на страницу с биполярными транзисторами для получения дополнительной информации. Нажмите кнопку «Назад», чтобы вернуться.

%PDF-1.2 % 127 0 объект > эндообъект внешняя ссылка 127 85 0000000016 00000 н 0000002051 00000 н 0000002462 00000 н 0000002752 00000 н 0000003218 00000 н 0000003241 00000 н 0000005533 00000 н 0000006625 00000 н 0000006896 00000 н 0000006919 00000 н 0000008976 00000 н 0000008999 00000 н 0000011045 00000 н 0000011068 00000 н 0000013098 00000 н 0000013121 00000 н 0000015177 00000 н 0000015200 00000 н 0000017249 00000 н 0000017272 00000 н 0000019315 00000 н 0000019338 00000 н 0000021480 00000 н 0000021522 00000 н 0000021543 00000 н 0000021839 00000 н 0000021862 00000 н 0000024389 00000 н 0000024412 00000 н 0000027530 00000 н 0000027553 00000 н 0000029667 00000 н 0000029690 00000 н 0000034645 00000 н 0000034668 00000 н 0000037495 00000 н 0000037518 00000 н 0000042934 00000 н 0000042957 00000 н 0000048906 00000 н 0000048929 00000 н 0000055778 00000 н 0000055801 00000 н 0000062740 00000 н 0000062763 00000 н 0000068694 00000 н 0000068717 00000 н 0000074374 00000 н 0000074397 00000 н 0000079414 00000 н 0000079437 00000 н 0000085012 00000 н 0000085035 00000 н 0000089323 00000 н 0000089346 00000 н 0000093488 00000 н 0000093511 00000 н 0000097738 00000 н 0000097761 00000 н 0000102375 00000 н 0000102398 00000 н 0000105972 00000 н 0000105995 00000 н 0000109924 00000 н 0000109947 00000 н 0000113895 00000 н 0000113918 00000 н 0000118461 00000 н 0000118484 00000 н 0000122698 00000 н 0000122721 00000 н 0000126299 00000 н 0000126322 00000 н 0000130395 00000 н 0000130418 00000 н 0000134476 00000 н 0000134499 00000 н 0000136069 00000 н 0000136092 00000 н 0000139610 00000 н 0000139633 00000 н 0000142278 00000 н 0000142299 00000 н 0000002130 00000 н 0000002440 00000 н трейлер ] >> startxref 0 %%EOF 128 0 объект > эндообъект 210 0 объект > поток Hc«f`b`c`gf`@

Telcodium сотрудничает с Transform, чтобы представить первые в мире резервные источники питания с использованием полевых транзисторов GaN

Серия AC устанавливает новый отраслевой эталон: 94-процентная «истинная эффективность системы» в течение более Чем
На 30 процентов меньше занимаемой площади

BOUCHERVILLE, QC — 14 сентября 2016 г. — Telcodium, лидер в области проектирования источников питания, в сотрудничестве с Transform Inc.выпустила первые в отрасли источники питания с резервированием, использующие полевые транзисторы (FET) из нитрида галлия (GaN).

Серия

Telcodium AC заменяет типичную архитектуру блока питания с тремя модулями (два блока питания и один преобразователь промежуточной шины (IBC)) одним модулем питания с резервными источниками питания переменного тока. Силовой модуль Telcodium работает с истинной эффективностью системы (TSE)* 94% или выше, что снижает средние потери энергии на 13% и более. Для достижения такого же показателя TSE с типичным блоком питания из трех модулей каждый из блоков и IBC должен обеспечивать КПД 97%, что превышает спецификацию 80Plus Titanium и еще не было продемонстрировано ни одним производителем блоков питания.

Кроме того, новый модуль на 30 процентов меньше, чем два упомянутых выше модуля, и в нем отсутствует автономный IBC, что освобождает значительное, критически важное пространство внутри хост-системы.

Высокая TSE и уменьшение размера стали возможными благодаря инновационному дизайну Telcodium. В этой конструкции запатентованная схема входного каскада сочетается с единственным на рынке полевым транзистором GaN 650 В, сертифицированным JEDEC, который можно приобрести у лидера разработки и производства полупроводников GaN Transform. Получившаяся в результате серия AC позволяет производителям центров обработки данных, серверов и телекоммуникационных устройств разрабатывать более компактные высокопроизводительные системы, которые могут практически исключить сбои, связанные с блоком питания.Подробную информацию о сериях см. на telcodium.com.

Выделенные функции и преимущества
Следующие функции в сочетании с другими, не выделенными здесь, потенциально могут снизить общую стоимость владения средней системой на 19 процентов.

Особенность Преимущество
Запатентованная конструкция входной схемы, интегрированная с полевыми транзисторами GaN 650 В
  • Истинная эффективность системы более 94 процентов
  • Снижение энергопотребления в режиме ожидания более чем на 80 процентов (до менее 1 Вт)
Уменьшение размера более чем на 30 % + исключение отдельного IBC
  • Уменьшение внутренних схем и системных компонентов
  • Увеличенный воздушный поток
  • Уменьшенная площадь
Пониженная внутренняя температура системы
  • Увеличение среднего времени наработки на отказ (MBTF)
Контроль внутреннего питания (напряжение, ток и частота)
  • Выбор самой чистой мощности
  • Автоматическая регистрация экстремальных событий
  • Сокращение дополнительного устройства (например,г., мониторы линий электропередач)
Удаление функции ИЛИ
  • Уменьшение количества механических деталей для повышения надежности и сокращения времени обслуживания
Машинная сборка (без ручной пайки)

Технические характеристики и доступность
Универсальный форм-фактор серии AC (260 x 100 x 40 мм) отличается малым весом (1,36 кг) и подходит для стандартного оборудования, разработанного производителями центров обработки данных, серверов и телекоммуникационных устройств.Продукты доступны сегодня, а короткие сроки доставки составляют в среднем до 6 недель. Чтобы сделать заказ, посетите telcodium.com или свяжитесь с отделом продаж Telcodium по *защищенной электронной почте*.

О компании Transform
Transform — глобальная компания по производству полупроводников, которая разрабатывает и производит устройства на основе нитрида галлия (GaN) для высоковольтных преобразователей энергии. Основанная на ведущем в отрасли портфолио IP и более чем 300-летнем совместном опыте проектирования GaN, компания Transform поставляет устройства GaN с высочайшей производительностью и высочайшей надежностью, а также лучшую в своем классе поддержку проектирования на системном уровне для растущей клиентской базы.Transform создает инновации, которые выходят за рамки ограничений кремния, чтобы достичь эффективности более 99 процентов и снизить потери энергии более чем на 40 процентов. Узнайте больше на сайте Transformusa.com.

О Telcodium
Telcodium производит самую эффективную и надежную в мире линейку резервных источников питания. Разработанные и изготовленные в Северной Америке для обеспечения качества продукции, которого заслуживают клиенты, и задержки доставки, которую они требуют, источники питания Telcodium предлагают непревзойденную производительность и сниженную общую стоимость владения.Узнайте больше на telcodium.com.

*Истинная эффективность системы определяется эффективностью модуля питания плюс эффективность IBC.

0 comments on “Полевые транзисторы в блоках питания: Полевые транзисторы в бп

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.