Костиков В.Г., Парфенов Е.М., Шахнов В.А. Источники электропитания электронных средств. Схемотехника и конструирование (2-е изд., 2001) (1096748), страница 19
Текст из файла (страница 19)
108 Клвзч с управлением через разделительный трансформатор Применение разделительного трансформатора в цепи управления выходным транзистором ключа обеспечивает электрическую изоляцию входных цепей от выходных, согласование уровней напряжения нагрузки и напряжения сети, создание рассасывающего тока Без использования других индуктивных компонентов. При этом трансформатор может работать в двух режимах: трансформатора тока и трансформатора напряжения.
Схема ключа с трансформатором напряжения показана на рис. З.Б,а, диаграммы ее работы приведены на рис. З.Б,б, В схеме формируются два значения прямого тока базы. '!вз ( Хээ юьх Увеличенное значение тока 1вз мех в течение времени Е„„,ьх формируется для форсирования процесса включения транзистора ИТЗ, благодаря чему может быть уменьшено время спада коллекторного напряжения. Ток 1эз формируется при открытом состоянии транзистора ИТ1, а ток 1эз— при открытом транзисторе )ЕТ2. Превышение тока 1езже„над током 1эз составляет (Игаа + Иггз)/И"и.
Одновременно с формированием тока Хвз в трансформаторе нарастает ток намагничивания Хл, который в конце интервала времени Сп принимает максимальное значение где и = Ига/(Игп + Игш) — коэффициент трансформации трансформатора ТИ1. Этот ток является начальным при формировании обратного тока базы 1взьэр, который равен току намагничивания Х„ьъьх (см. рис. 3.6,6).
Следует отметить, что ток 1„,„„от сопротивления резистора В1 практически не зависит, Если время рассасывания заряда в насыщенном транзисторе Ъ'ТЗ меньше времени 1„ разряда индуктивности Х„, то после интервала времени $р, необходимого для запирания перехода'База-эмиттер транзистора ИТЗ. продолжается разряд индуктивности через диод г'112. Обратное напряжение при этом ограничивается на уровне Уэы. При включении резистора г вместо диода Г02 время 1 уменьшится в соответствии с зависимостью для постоянной времени контура: Однако в этом случае следует ожидать увеличения обратного напряжения до значения Увьз (см. рис.
З.Б,б). Следовательно, наличие диода 1г112 обеспечивает снижение уровня обратного напряжения (не более 1,5 В) и вызывает увеличение времени разряда индуктивности Х„. Если предпочтительно снижение времени спада тока коллектора при запирании транзистора ИТЗ, несмотря на увеличенное значение обратного напряжения Уввоз, то в этом случае параллельно переходу база-эмиттер подключают резистор или последовательно включенные диоды. Рис. З.в. Схема ключа с трансформатором напряжения (а) и временные диаграммы его работы (6) Ключи с управлением от выходного трансформатора преобразователя В подобных схемах управление осуществляется от дополнительной обмотки выходного трансформатора напряжения преобразователя. Эта оБмотка формирует базовый ток транзистора, Благодаря чему можно существенно снизить мощность по цепи управления.
На рис. З.у,а приведена простая схема такого ключа. Первоначально транзистор ЧТ1 открывается базовым током от источника Еп После его входа в линейный режим работы и появления коллекторного Ф 109 Гг ТУ! ТУ! Я (пбЕ2 субэ1 Т/э'Р1)ТК пээк Яг < Ьп э а) Т/с ~, = пбТ/и'1 — ТТ1'Рг гээ = ЪУ6/ЪУк )11 ~( Ег/Й~Е1/й~э1 ) — 2] 110 рис.
з.т. Схема ключа с управлением от дополнительной обмотки выходного трансформатора: а — с пассивным рассасыээниэм эарэдоэ; б — с форсирующим конденсатороМ тока начинает действовать положительная обратная связь, создаваемая напряжением обмотки ЪУ6. Сопротивление резистора В2 должно обеспечить насыщение транзистора. Значение этого сопротивления определяется иэ выражения Яг ( (пбЕ2 эубэ1)Я1К гээк/Ь21 нэс) 1Е1 эТбэ1)/ээ1]~ где пб — — ЪУ6/ЪУ1. При появлении импульса управления ТТу транзистор УТ2 открывается и шунтирует вход транзистора 1'Т1, в котором происходит пассивное рассасывание избыточных зарядов. С началом спада тока коллектора на обмотке ЪУ6 появляется напряжение, которое прикладывается обратной полярностью к переходу база-коллектор транзистора УТ1 и ускоряет спад тока коллектора.
Когда транзистор УТ! закроется, сигнал управления может быть снят, так кзк обратная полярность напряжения открывает переход база-коллектор транзистора УТ2. Последний начинает работать в инверсном режиме и ограничивает обратное напряжение !Таво транзистора УТ1. Перевод транзистора УТ1 в закрытое состояние производится коротким сигналом, длительность которого сравнима с временем рассасывания гр. Транзистор УТ1 может Быть открыт только после исчезновения обратного напряжения на обмотке ЪУ6, т.е. после того, как израсходуется энергия, накопленная в трансформаторе эа счет индуктивности намагничивания.
Для включения транзистора сопротивление резистора Я1 должно удовлетворять зависимости Схема с управлением от выходного трансформатора может содержать конденсатор для рассасывания зарядов в транзисторной структуре. На рис. З.у,бизображен ключ с форсирующим конденсатором Ср. Емкость этого конденсатора не зависит от длительности импульса прямого (включающего) базового тока, так как конденсатор заряжается от обмотки И"б в течение закрытого состояния транзистора Ъ'Т1. Разряд конденсатора Ср и формирование обратного базового тока, запирающего транзистор УТ1, происходят при переходе транзистора УТ2 в открытое состояние под действием сигнала управления.
Прямой ток базы транзистора УТ1 протекает через резистор Я2, сопротивление которого определяется из выражения где УгэР1 — падение напряжения на открытом диоде УР1. Максимальное значение напряжения, до которого заряжается конденсатор Сд, определяется схемой преобразователя и напряжением ТТгуг на обмотке ЪУ1 трансформатора ТУ1 при закрытом транзисторе УТ1: где ТТгэог — падение напряжения на открытом диоде УР2. Ключи с пропорционально-тоновым управлением Широкое применение ключей с пропорционально-токовым управлением в источниках электропитания с повышенным входным напряжением обусловлено сравнительно невысоким значением коэффициента передачи тока Ь21„„, у современных мощных биполярных транзисторов.
В базовых цепях выходных транзисторов таких ключей не требуются ограничивающие резисторы, которые являются причиной дополнительных потерь мощности. Кроме того, КПД ключа не зависит от уровня напряжения вспомогательного источника. На рис. 3.8,а приведена схема с трансформатором тока ТА1 в цепи выходного транзистора. При открытом транзисторе УТ1 выходной транзистор УТ2 закрыт. Переход транзистора Ъ'Т1 в открытое состояние приводит к работе транзистора УТ2 в линейном режиме. Появление тока 1„ в коллекторной обмотке И'„ приводит к протеканию тока Т61 в цепи базовой обмотки ЪУ6 и базовой цепи транзистора Ъ'Т1. Коэффициент трансформации пт трансформатора тока ТА1 может быть принят равным значению коэффициента Ь21„,. При недостаточной индуктивности Ед намагничивания трансформатора возможен выход транзистора УТ1 из режима насыщения к концу интервала тг а) У...
> П,2...1,8)(Уо+ 1„/бо), 1н = Увх/Ян+ Дев). Фх аз 1н 0,1...0,3 (1к /и,) + (Ез/Дт) ' 113 112 Рис. З.в. Схемы ключей с пропорционально-токовым управлением: в— с пассивным рассвсыввнием зарядов; б — с активным рассвсыввнием зврвдов а) б) р) г/ Рис. 3 а. Схемы насыщенныхтранэисторныхключей: в — с колпекторным ввтотрансформвтором; б — с коллекторным трансформатором; е — е змиттерным ввтотрвнсформатором; е — с вмиттерным трансформатором времени 1„импульса базового тока Для получения минимального спада тока базы к концу интервала открытого содтояния выходного транзистора необходимо увеличение индуктивности Ьр. Необходимо также учитывать, что трансформация импульсов зависит от их скважности.
После окончания интервала времени 1„транзистор ИТ1 открывается и шунтирует вход транзистора ИТ2, что приводит к пассивному рассасыванию зарядов. Падение напряжения на открытом транзисторе ИТ1 должно быть достаточно малым (0,1...0,3 В), отсюда сопротивление насыщения Схема ключа с активным рассасывзнием зарядов приведена на рис. 3.8,б.
Во время открытого состояния транзистора ИТ1 в индуктивности намагничивания Ьи обмотки Игт накапливается энергия. При эапирании транзистора ИТ1 под действием импульса тока, вызванного разрядом этой энергии, транзистор ИТ2 открывается. Для эапирания транзистора ИТ2 необходимо, чтобы обратный ток от обмотки И'з был больше прямого тока 1бз, создаваемого обмоткой И'г в базовой цепи 1гТ2. Включение обмоток трансформатора тока для организации положительной обратной связи может быть выполнено различными способами. На рис. 3.9 приведены схемы, обеспечивающие пропорциональность между базовым и коллекторным токами транзистора в режиме насыщения. 3.1.4. Ключи на полевых транзисторах Типовая схема ключа на мощном МДП-транзисторе с общим истоком приведена на рис. 3.10,а, статические ВАХ вЂ” на рис.
3.10,б, где точка 1 соответствует значению Уг — Узк = 0 (транзистор закрыт), а точка 2 — значению Уза = Ух мв„(транзистор открыт). Когда транзистор закрыт, через него протекает неуправляемый (начальный) ток стока 1с„„. При открытом транзисторе протекает ток 1„, который значительно больше тока 1сн „. Параметры статического режима ключа находятся по статическим ВАХ реального транзистора с помощью графических построений, показанных на рис. 3.10,б. Ключ находится в закрытом состоянии, когда напряжение управления Ут меньше порогового значения Уа. Для мощных МДП-транзисторов Уо > О, поэтому ключ обычно закрыт при У„= О. Для надежного перевода транзистора в открытое состояние амплитуда импульса управления выбирается из условия а и,„,„, а а) 4 Рис. З.ЗО.
Схема ключа на мощном МДП-транзисторе (а) и его статические характеристики с графическими построениями (б) брута 1угг пглх 1угг уку Рнс. З.ти Переходные процессы в схеме ключа на полевом транзисторе Напряжение нз стоке закрытого транзистора УСИаыкл = Ув» 1сиачли Уах а напряжение на стоке открытого транзистора У„.к. = К 1и гд и У,/(Я+ Л ). На рис. 3.11 приведены диаграммы изменения параметров полевого транзистора при работе в режиме ключа. Процесс переключения может быть условно разделен на шесть стадий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
