Основные параметры схемы рис. 7: шу=1200, wl = w3 = 40 витков. При исети=100 В Рвых max = 80,5 Вт, КПД = 83%, чувствительность регулирования мощности ДРВых/Д1у = 5,1 Вт/мА, нестабильность напряжения +115 В при изменении тока нагрузки от 0,4 до 0,8 А не более 0,5 В.

ДВУХТАКТНАЯ ПОЛУМОСТОВАЯ СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Возможны два варианта использования такой схемы в бытовой РЭА: в режиме самовозбуждения и с внешним запуском. Первый вариант может быть рекомендован для сравнительно недорогих устройств, так как в них трудно организовать надежную защиту транзисторов от аварийных режимов. Второй вариант предпочтителен для высококачественной полупрофессиональной аппаратуры.

Рис. 9. Схема двухтактного полумостового преобразователя с самовозбуждением (а) и эквивалентная схема частотно-задающей цепи (б)

На рис. 9 изображена принципиальная схема полумостового преобразователя с самовозбуждением. Работа подобных преобразователей подробно описана в [1, 3].

Заметим, что для ИИЭ, работающих от сети, совершенно недопустимо использование автоколебательных преобразователей, частота переключения которых определяется насыщением силового импульсного трансформатора, так как это приводит к аварийным режимам высоковольтных транзисторов, работающих на границе области безопасных режимов (ОБР) по току и напряжение коллектора. Поэтому в схеме рис. 9 предусмотрен дополнительный маломощный трансформатор Т1, насыщение которого определяет частоту автоколебаний преобразователя. Приведем основные расчетные соотношения для такого преобразователя [1].

Размах тока открытого транзистора

lKmax= 2I2 IVMUBX - 2Ukoh)(10)

где I2, U2 - ток и напряжение нагрузки, ивх - напряжение на входе преобразователя; пп - его КПД, икЭя

-напряжение насыщения транзисторов. Частота преобразователя

F = Ui 104/4wiBmQcmKc,(11);

где Ui - амплитуда напряжения на первичной обмотке трансформатора Tl; Wi - число витков обмотки; Вт

-индукция насыщения материала магнитопровода 77, в теслах; Qcm - сечение магнитопровода, в квадратных сантиметрах; Кс - коэффициент заполнения магнитопровода.

Размер магнитопровода силового трансформатора Т2 выбирают согласно формуле (11), магнитопровод трансформатора П обычно делают в виде ферритового кольца с внешним диаметрой 8 - 10 мм из материалов 1500 НМЗ, 2000 НМЗ, выпускаемых прв-мышленностью. Число витков wl и напряжение Ui выбирают и основе анализа процессов, протекающих во входных цепях трам» зисторов VT1, VT2, эквивалентная схема которых приведена is рис. 9,6. С помощью резистора R1 во входной цепи организовав режим генератора тока. Для этого необходимо, чтобы R1=(5 - 10)Ябэ, Кбэ=ЯбэЯ2, n=wi/w6, где Ябэ - динамическое сопротивление цепи база - эмиттер в рабочей точке входной характеристики.

Для надежного и быстрого переключения необходимо, чтобы приращение тока Д1 индуктивности первичной обмотки после насыщения трансформатора оказалось примерно равным минимальному току базы 1Б min, при котором транзистор насыщен. Тогда почти весь ток, протекающий через R1, потечет через L1 и транзистор выключится. Ток через L1 до момента насыщения выбирается в 1,5 - 3 раза больше 1Б mm = 1Бт1П/п. Отсюда можно получить простое ориентировочное соотношение для L1 - индуктивности первичной обмотки ненасыщенного трансформатора (при его выводе принято, что ILl = 21БЭпшг): LUraAHlKjjj. (12)

Пример. Рассчитать выходной каскад полумостового преобразователя (по схеме рис. 9, а) для стереофонического усилителя, потребляющего 200 Вт в режиме максимальной отдаваемой мощности.

1.Поскольку речь идет об источнике питания для высококачественного усилителя с полосой воспроизводимых частот 20 Гц - 20 кГц, выбираем частоту преобразователя заведомо выше f = 30 кГц.

2.Определяем максимальный коллекторный ток транзисторов по формуле (10). Принимая nn = 0,75, P2 max = 100 Вт, икэн = 3 В, получим 1ктах = 2*200/0,75*278 = 1,9 А.

3 Выбираем транзистор КТ840Б, как наилучшим образом удовлетворяющий поставленным требованиям. Принимая к21э=15, находим IBmm=127 мА. По входным характеристикам транзистора определяем иБЭ ~ 1 В при 1Б =127 мА. При U бэ = = 1 В находим динамическое сопротивление Ябэ = 0,15 Ом.

4. По формуле (12), принимая n = 2, определяем индуктивность первичной обмотки ненасыщенного трансформатора Т1: Li = 4*1/4*30*103*127 = 262 мкГн. Выбираем магнитопровод KJX Х4Х4, для которого находим число витков первичной обмотки трансформатора по формуле w =SQR(L1l* 10~2/mS) (где 1=1,7 см - средняя длина силовой линии; 5 = 6 мм2 - сечение магнитопрово-да, )i = 2,76-10~3 Гн/м - абсолютная максимальная магнитная проницаемость в режиме перемагничивания по полному циклу),

1 V 2J6-10-»- 6

2,76-10-». 6

5.Находим R1 = 70n2R& = 70-4-0,15 = 42 Ом.

6.Рассчитываем напряжение на обмотке wl трансформатора Т2 (полуразмах) как сумму падения напряжения на резисторе R1 с приведенным к первичной обмотке Т1 напряжением иБЭ = иБЭп: Uw2 =R1IBm,n+Uro = 42.0,127+1 -2 = 7,33 В.

7.Производим проверочный расчет частоты переключения преобразователя по формуле (11), принимая для материала 2000 НМЗ Бт = 0,176 Т: f = 2*10-4/4*15*0,176*6*10-2 = 31,5 кГц.

ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ РЭА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ

ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

В современных ИИЭ применяют транзисторы, имеющие максимально допустимое напряжение коллектор - эмиттер икэ тах= = 800 - 1500 В и ток коллектора 1Ктах = 2 - 6 А. Они, как правило, имеют n+ - р - n - n+-структуру (рис. 10) с толстым (100 - 150 мкм) высокоомным л-слоем коллектора, имеющим удельное сопротивление 50 - 70 Ом-см, за счет которого обеспечивается высокое пробивное напряжение коллекторного перехода. На вольт-амперных характеристиках таких транзисторов в области насыщения имеется два участка (рис. 11). Крутой участок I соответствует глубокому насыщению транзистора, когда прямосмещен-ным оказывается не только эмиттерный, но и коллекторный р - n-переход. При этом происходит интенсивная инжекция дырок из области базы в высокоомную я-область коллектора и ее сопротивление снижается от 40 - 50 до 0,2 - 0,5 Ом. На участке II прямо-смещен лишь эмиттерный переход и сопротивление я-области высокое.

Рис. 10. Структура мощного высоковольтного транзистора (сплошные линии обозначают электронный ток эмиттера, штриховые - дырочный ток коллекторного р - л-перехода

При отпирании транзистора статическое значение напряжения насыщения коллектор - эмиттер икэн устанавливается с задержкой, требующейся для того, чтобы инжектированные из области базы дырки заполнили высокоомную область коллектора. Эта задержка составляет 10 - 12 мкс, а максимальное начальное значение икэ н достигает 10 - 15 В.

Процесс запирания транзистора складывается из двух фаз [11]. В первой фазе происходит рассасывание избыточных зарядов из областей базы и коллектора. Напряжение коллектор - эмиттер при этом остается малым, а ток коллектора при индуктивной нагрузке продолжает нарастать. Продолжительность фазы 10 мкс. Во второй фазе ток спадает, а напряжение коллектора нарастает.

о г ч s в to tz u,Jre

Рис. 11. Выходные вольт-амперные характеристики мощного высоковольтного транзистора

Существует оптимальная скорость спада тока базы, при которой коммутационные потери в транзисторе минимальны. На рис. 12 показаны характерные случаи, соответствующие разным скоростям изменения тока базы при выключении. На рис. 12,а ток базы изменяется быстро, так что эмиттерный переход запирается раньше коллекторного, а дырки, накопленные в коллекторной я-области, оказываются «закрытыми» в ней и медленно рассасываются на конечной стадии спада коллекторного тока. При этом коммутационные потери велики, поскольку конечной стадии спада тока коллектора соответствует значительное коллекторное напряжение. Другой крайний случай изображен на рис. 12,0, когда ток базы изменяется слишком медленно. Коммутационные потери здесь также велики.

А

S

г и

т

в)

№

гт о

Рис. 12. Временные диаграммы токов базы и коллектора, а также напряжения на коллекторе транзистора в процессе его выключения при завышенной (а), оптимальной, (б) и заниженной, (в) скоростях спада тока базы

При оптимальной скорости спада тока базы несколько увеличивается продолжительность первой фазы выключения транзистора - рассасывания, - но зато спад тока коллектора происходит быстро. На практике оптимальной скорости спада тока базы добиваются путем установки в цепь базы небольшой дополнительной индуктивности L6 = 3 - 10 мкГн.

Одним из важнейших параметров мощных высоковольтных транзисторов, предназначенных для ИИЭ, является граничное напряжение коллектор - эмиттер при отключенной базе икэогр. Проверку иКэо гр производят в схеме рис. 13,а, наблюдая осциллограмму рис. 13,6. Как видно из этих рисунков, при проверке транзистора для него создается режим лавинного пробоя. Транзистор считается годным по параметру UK3O гр, если точка А лежит слева от вольт-амперной характеристики.