книги из ГПНТБ / Басовский, В. Ф. Транзисторные преобразователи напряжения

Рис. 9. Схемы улучшения запуска преобразователей:

а — с резистором смещения; б — с резистором и емкостью смещения; a — с ЯС-цепью смещения одного транзистора; г — о резистором и диодом; д—с диодом, конденсатором и резистором в цепи одного транзистора; е — с диодом, кон­

денсатором и резистором смещения в общей цепи двух тран­ зисторов.

31

шающимися условиями запуска. Наилучшими условиями запуска обладает схема рис. 9, е.

Условия запуска схем можно улучшить созданием до­ полнительной асимметрии схемы емкостью, включенной па­ раллельно выводам эмиттер-коллектор одного из транзис­ торов [11, 13]. Однако, как показали экспериментальные исследования, малая величина шунтирующей емкости (до 1 мкф) при медленном возрастании питающего напряжения

свойство оказывается весьма ценным в схемах, использую­ щих фазовые соотношения (рис. 9, в и д).

Величина резистора смещения выбирается из условия, чтобы падение напряжения в начальный момент на резис­ торе базы было не менее 0,5 в для германиевых транзисторов и 1 в для кремниевых. Это условие во многих случаях при­ водит к малой величине сопротивления резистора смещения, что увеличивает ток, потребляемый от источника питания.

Успешно применяется цепочка смещения (рис. 10), которая позволяет обеспечить надежный запуск схемы при большом сопротивлении резистора смещения. В схеме R

R 6, что в момент запуска создает необходимое напряжение на базе транзистора. При открывающем сигнале обратной связи ток базы протекает через диод Д 1, шунтирующий ре­ зистор R.

Актуальным остается вопрос повышения к. п. д. пресб-

32

разователей. При работе схем с самовозбуждением концу каждого полупериода сопутствует скачок тока в цепи коллектора, величина которого может в несколько раз пре­ вышать величину тока в течение полупериода. Это увеличи­ вает потери в насыщающемся частотозадающем трансфор-

Рис. 11. Двухтрансформаторная схема преобразователя с синхрони­ зирующим трансформатором.

маторе и снижает к. п. д. схемы. Можно значительно умень­ шить величину тока в момент переключения применением двух трансформаторов, из которых насыщающийся — мало­ мощный и обеспечивает сигнал в базовых цепях, а выход­ ной, выполненный на большую мощность, работает, не достигая индукции насыщения. Скачок тока через насыща­ ющийся трансформатор уменьшается, если последовательно с первичной обмоткой включить токоограничивающий ре­ зистор Rr.or, величина которого выбирается из условия

где x'tv — приведенное к первичной обмотке суммарное сопротивление переключающего трансформатора; /?10бм —

активное сопротивление первичной обмотки трансформа­ тора.

Частота генерации при этом изменяется незначительно, а к. п. д. схемы увеличивается. Потери, связанные с регене­ рацией схемы, значительно уменьшаются, если преобразо-

Рис. 12. Схемы преобразователей:

о—» с однообмоточным коммутирующим дросселем; б *** о двухобмоточиым ком* мутирующим дросселем.

ватель синхронизируется дополнительной частотозадающей цепью или от отдельного генератора. При этом собственная частота генерации должна быть ниже частоты синхронизи­ рующих сигналов.

При дальнейшем усовершенствовании двухтрансформа­ торной схемы вторичную обмотку маломощного насыщаю­ щегося трансформатора включили в цепи баз через конден­ сатор (рис. 11). В момент насыщения трансформатора на базы транзисторов поступает остроконечный импульс, который переключает схему до того, как индукция в выход­ ном трансформаторе достигнет величины насыщения.

Получили распространение схемы преобразователей о коммутирующим дросселем (рис. 12). После насыщения дрос*

34

селя к открытому транзистору прикладывается запираю­ щий потенциал, что вызывает регенерацию схемы. Число витков насыщающегося дросселя определяется из соотно­ шения

Рдр

• 10\

^ = 1 Ж

где / — частота генерации, которая должна быть на 10—40% выше собственной частоты схемы.

Основную часть потерь в транзисторах преобразователей составляют динамические потери, которые растут линейно с увеличением частоты. Для уменьшения динамических по­ терь в транзисторах базовые резисторы шунтируют конден­ сатором. Форсирующее действие конденсатора объясняется

разности напряжений на конденсаторе и базовой обмотке. Это вызывает протекание обратного тока, ускоряющего про­ цесс рассасывания носителей в области базы. В результате фронт переключения значительно сокращается. Для от­ крывающегося транзистора формируется этап открытия, так как в первый момент после приложения открывающегося напряжения до того, как зарядится конденсатор, все на­ пряжение базовой обмотки приложено к переходу эмиттер — база. Величина емкости форсирующего конденсатора дол­ жна выбираться из условия, чтобы постоянная времени разряда конденсатора не превышала полупериода:

Т

Сл

2ДГ '

Влияние емкости исследовалось на двухтактной схеме с самовозбуждением. Результаты исследований показали, что применение форсирующих конденсаторов уменьшает длительность фронта переключения в 3—4 раза, а динами­ ческие потери — в 5—7 раз.

Динамические потери уменьшаются при шунтировании входной цепи транзистора диодом, включенным в непрово­ дящем направлении при отпирающем сигнале. В закрытом состоянии к входной цепи транзистора приложено не все напряжение обратной связи (3—4 в), а только падение на­ пряжения на диоде (0,5—1 в), что ускоряет процесс при от­ крытии транзистора.

Как уже отмечалось, в момент переключения на запира­ ющемся транзисторе возникает короткий импульс напряже­ ния, величина которого может в худшем случае в несколько раз превышать напряжение, приложенное к транзистору в течение остальной части полупериода. Основной причиной коммутационных перенапряжений является индуктивность рассеяния трансформатора и индуктивность монтажа.

Для защиты транзисторов от пробоя между выводами выходной цепи транзистора включают кремниевый стабили­ трон, напряжение стабилизации которого выбирается ниже предельно допустимого напряжения на транзисторе. При перенапряжениях кремниевый стабилитрон ограничивает напряжение на транзисторе. Однако такая защита бывает недостаточно эффективной в случае применения высоко­ частотных переключающих транзисторов и стабилитронов средней мощности типа Д815—Д817.

Переключение высокочастотных транзисторов вызывает перенапряжения очень малой длительности, которой ока­ зывается недостаточно для полного развития пробоя в ста­

Емкость конденсатора и резистора подбирается таким об­ разом, чтобы импульс напряжения был минимальной вели­ чины. Разработанные в последнее время мощные, диффу­ зионные и диффузионно-сплавные транзисторы для схем переключения имеют, как правило, низкое предельно до­

36

пустимое обратное напряжение эмиттерного перехода, не превышающее 1—1,5 в. При этом необходимо защищать эмиттерные переходы от пробоя.

В схеме, изображенной на рис. 13, эмиттерный переход шунтирован диодом [38]. Применение диодов для защиты

телях мощности предложен в работе [28]. С помощью насыща­ ющегося двухобмотсчного дросселя (рис. 14), включенного в

ранее открытый транзистор полностью закрылся.

37

Другой метод заключается в том, что половина'"транзи­ сторов усилителя мощности управляется обмотками, намо­ танными на выходном трансформаторе, вторая половина — сигналом задающего генератора [28]. Транзисторы, управ­ ляемые обмотками выходного трансформатора, открываются лишь тогда, когда полностью закрываются транзисторы, управляемые задающим генератором.

Г Л А В А III

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ НАПРЯЖЕНИЯ

Переменные напряжения, образующиеся при работе схем стабилизированных преобразователей, имеют одну из трех форм, изображенных на рис. 15. При амплитудном методе

Рис. 15. Форма переменного напряжения преобразователя при стабили­ зации:

/ — амплитудным методом; 2 , 3 ™ методом изменения формы.

стабилизации переменное напряжение имеет прямоуголь­ ную форму /. Формы напряжений 2 и 3 характерны для ме­ тода стабилизации изменением формы.

Эти формы напряжения сравнивают по следующим па­ раметрам: относительной величине среднего значения на-

28

пряжения -тт^:, относительной величине эффективного зна-

U з ^

и эффективного значений напряжения, а также коэффи­ циента формы от параметров кривой переменного напря­ жения.

Формы напряжений 1 и 2 являются частным случаем формы напряжения 3. При U = 0 форма напряжения 3 превратится в форму 2 и при ср = 0 имеет вид формы 1.

Относительная величина среднего значения напряжения для формы 3

39

Форма3 Ua 2 '

Формо2

a

Рис. 16. Графики зависимос­ тей для форм напряжения 2

и 3:

а — относительного среднего значения напряжения; б — относительного эффективного зн а- чения напряжения; в •— коэф­ фициента формы от угла ф.

Коэффициент формы определим из полученных выра­ жений

для формы 1 &ф = 1;

40