М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 44
Текст из файла (страница 44)
В каждой схеме в результате исчезновения магнитного поля в катушке инлуктивности возникает выходная э.д.с. Трансформатор ь1 3агн ов 1 4 Покенвк 4150 Рис. 9.38. Стабилизированный импульсный преобразователь постоянного на- пряжения с повышением напряжения. 238 Источники питания и управление мощностью вв вв (а) Павышаюший (М Понижвюшиа Ов (гп Транафгрггатор обратного тапа (с) Вншргируюшиа (поннж.- повышаюю.) Рис.
9. 39. Четыре конфи гурвпии импульсных источников питания. обратного хода, изображенный на рис. 9.39(с(), своим названием обязан применению в генераторе строчной развертки телевизоров, где он используется для создания высоковольтного напряжения; он позволяет получать изолированное выходное напряжение. Стабилизация импульсных источников питания осушествляется, как обычно, путем сравнения выходного напряжения с опорным, но вместо рассеяния мошности в проходном транзисторе применяется широтно-импульсная модуляция (ШИМ), то есть изменяется коэффициент заполнения в последовательности импульсов, поступаюших в индуктивность и диод так, как это делается в тиристорных схемах регулирования переменного напряжения, рассматриваемых в следуюшем параграфе, Сушествует широкий спектр специализированных интегральных схем импульсных стабилизаторов, работаюших обычно с входными напряжениями до 50 В и регулируемыми выходными напряжениями от 5 В до 40 В.
Наибольший к.п.д. — выше 80% — реализуется у них при токах более 10 А. Как и у линейных стабилизаторов, добавление мошных внешних транзисторов позволяет управлять ббльшими мошностями. 9.122 Импульсные источники с непосредственным питанием от сети Прерывание с высокой частотой входного напряжения сети переменного тока позволяет значительно сократить вес и габариты, а также повысить к.п.д. В импульсных источниках с непосредственным питанием обычно переменное напряжение сети с частотой 50 Гц выпрямляется и с помошью высоковольтных переключающих транзисторов или тиристоров производится прерывание полученного напряжения с высокой частотой (обычно 20 кГц — 2 МГц), Именно в этом месте регулируется коэффициент заполнения, чтобы получить тре- Управление моивюстью с номощью тиристоров, транзисторов и симисторов 239 буемую стабилизацию. Полученное колебание теперь можно сразу выпрямлять, в результате чего получается стабильное постоянное выходное напряжение.
Но во многих случаях все же необходим трансформатор, изолирующий сеть от постоянного выходного напряжения, однако, поскольку частота высокая, трансформатор обычно изготавливается на ферритовых сердечниках и оказывается легким и компактным. Накиииваюшие конденсаторы также относительно малы, поскольку частота пульсаций очень высокая.
Здесь уместно сделать предупреждение. Хотя импульсные источники питания с прямым питанием от сети, благодаря указанным выше достоинствам, все чаше используются в промышленной аппаратуре, их практическое конструирование выходит за рамки этой книги. Имеется не только очевидный риск с точки зрения безопасности, связанный с макетированием и испытанием схемы, но еше необходимы специальные заградительные фильтры на сетевом входе, чтобы предотвратить проникновение электромагнитных помех в сеть. Сушественна также зашита от кратковременных высоковольтных «пиков» напряжения на входе, чтобы избежать пробоя переключаюших транзисторов, в результате которого они выходят из строя.
9.13.Управление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и симисторов 9.13.! Общие сведения о тиристоре Рассмотрение источников питания и регуляторов мошности не будет полным, если не сказать о тиристорах — полупроводниковых переключателях, обладаюших как высоким напряжением пробоя, так и очень большим коэффициентом усиления тока. Слово тиристор происходит от греческого гнуса, означаюшего дверь, и указывает на то, что он может быть или открыт, или закрыт. Другое название у этого прибора — кремниевый унравляемый вентиль (КУВ).
Последнее название указывает на то, что тиристор ведет себя как диод с дополнительной возможностью управлять мошностью, направляемой в нагрузку. Тиристор не будет проводить до тех пор, пока не протечет импульс тока в цепи запуска. Если запуск произошел, то в действие вступает регенеративный процесс и тиристор продолжает проводить до тех пор, пока источник напряжения не будет удален. Рис. 9.40 иллюстрирует это свойство на простой схеме, где выпрямляется некоторая часть входного переменного напряжения.
Проволяшее состояние тиристора не наступает до тех пор, пока импульс тока не протечет от управляюшего электрода к катоду; поэтому фаза последовательности запускаюших импульсов по отношению к переменному напряжению источника определяет долю периода, в пределах которой открывшийся тиристор пропускает сигнал. Тиристор автоматически выходит из состояния проводимости в конце каждого полупериода, поскольку входное напряжение уменьшается до нуля. 240 Источники питания и управление згощностью воколевка с|ее + нч— слс Д, зй ~е йка о Рис.
9,40. Простая тиристорная схема, иллюстрируюшая работу управляемого выпрямителя. 9.13.2 Конструкция и принцип действия тиристора Тиристор, как показано на рис. 9.41(а), является четырехслойным устройством (р-л-р-и). Однако его условное обозначение (рис. 9.41(о)) выглядит просто как выпрямляюший диод с дополнительным управляюшим электродом. Газ гы «у Уа зле Рис.
9.41. Тиристор: (а) структура. (Ь) условное обозначение, (с) транзисторный эквивалент, (д) эквивалентная схема с транзисторами Наиболее удачным подходом к объяснению принципа действия тиристора является представление четырех его слоев в виде двух взаимно связанных транзисторов, как показано на рис. 9.41(с,4.
Мы сейчас придем к выводу о совместном регенеративном поведении р-и-р и и-р-и транзисторов, опираясь на схему, приведенную на рнс. 9.42, где указаны ток нагрузки 1„пусковой ток 1, коллекторный ток транзистора Т, (1 „) и коллекторный ток транзистора Т, (1, ). Обозначим через Ь и я коэффициенты усиления постоянного тока транзисторов Т, и Т„включенных по схеме с общим эмиттером.
Управе юркзррл Рис. 9.42. Схема, объясняющая работу тиристора с точки зрения транзистор- ного эквивалента. Согласно рис. 9.42, ток базы транзистора Т, =1 +1-, ток базы транзистора Т, = 1г„ поэтому ток коллектора 1,, = йрь,(1, + 1 .) 1гг = йрэрг1г1 Подставляя значение 1 и предыдущее равенство„получаем 1!т 12рэз( ее21гг Р 1а) 12вьт~~Г1 21< $ + ~Ге!16 поэтому 1щ(1-йгюАвг) = Ьк 1о, Ьт1о 1гр = 1-йрг Аиг (9,8) 16 Зак.
атга. Улравление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и симисторов 241 242 Источники питания и управление мощноопью р 'гГеигхег о сг Теперь, ьт лег (9. 8) ток нагрузки у, = гс, „ь ~с поэтому ее!(1 в Лехг)/о 'гее!)гхег (9. 1О) 9.13.3 Управление мощностью с помощью транзистора Усовершенствования в производстве транзисторов и улучшение его температурных характеристик привели к расширению использования мощных биполярных транзисторов и МОП-транзисторов в схемах для переключения постоянных токов до 100 А. Такие устройства, конечно, свободны от трудностей с выключением, свойственных тиристору, когда он проводит постоянный ток: база или затвор транзистора управляют им все время. Распространенное применение МОП-транзистора демонстрирует автомобильная система зажигания; здесь коммутируются токи вплоть до 10 А, а противо-э.д.с.
на катушке зажигания лостигает сотен вольт. Биполярный транзистор с изолированным затвором (1ОВТ) является инте- Очевидно, что по мере приближения величины йгг,й к единице, ток нагрузки, согласно равенству (9.10), стремится к бесконечности; фактически, конечно, он будет ограничен внешней нагрузкой, а тиристор при этом ведет себя просто как замкнутый ключ. У всех транзисторов коэффициент усиления тока уменьшается при малых значениях базового тока, и тиристор сконструирован так, чтобы в случае, когда внешний ток запуска примерно равен нулю, произведение коэффициентов усиления тока транзисторов было меньше единицы.
По мере увеличения тока запуска до нескольких миллиампер, произведение Ьт,й„о быстро достигает единицы и тиристор включается. Внутренняя обратная связь делает тиристор чрезвычайно эффективным и быстрым переключающим устройством (типичное время включения 1 мкс). Им можно воспользоваться для управления очень большими мощностями, поскольку р-и переходы можно сделать такими, чтобы они выдерживали многие сотни вольт при смещении в обратном направлении.
При соответствующих размерах р-и переходов с помощью тиристора можно переключать токи величиной в сотни ампер и при этом на нем падает напряжение всего лишь порядка вольта или около этого. Такого сочетания высокого напряжения пробоя с большим эффективным коэффициентом усиления тока нельзя достичь в мошном транзисторе: большой коэффициент усиления тока требует, чтобы область базы была тонкой, а это приводит к низкому напряжению пробоя. Управление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и еимисторов 243 ресным «гибридом» биполярной и МОП-технологий и успешно применяется в качестве переключателя средней и большой мощности. Подобно МОП- транзистору его затвор не потребляет ток от управляющего сигнала; в других отношениях он ведет себя квк мощный биполярный транзистор. Интересно отметить, что 1ОВТ обладает тем преимуществом по сравнению с МОП- транзистором, что в меньшей степени подвержен тепловому пробою при переключении непредвиденно больших переходных токов.
Это обстоятельство обусловлено тем, что у МОП-транзистора положительный температурный коэффициент сопротивления: чем горячее он становится, тем большая мощность рассеивается на нем, и это приводит к катастрофическим повреждениям при перегрузке. У 1ОВТ, напротив, температурный коэффициент отрицателен, и за него можно не беспокоиться, поскольку падение напряжения на нем действительно уменьшается при его разогреве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
