ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ
К написанию этой статьи меня подтолкнул материал уважаемого ear «Преобразователь 12-220», в которой он рассказывает, как его собрать из ненужного компьютерного блока питания АТ/АТХ. После этой переделки, неиспользуемыми останутся один или два маленьких трансформатора (в разных блоках по разному) из которых можно собрать простейший повышающий преобразователь на BUZ12, например для питания от 12В маломощных ЛДС (мощность которой не должно превышать габаритную мощность трансформатора, иначе она не будет светить). Привожу схемы для вариантов с одним трансформатором или с двумя.При первом включения соблюдайте фазировку обмоток, чтобы случайно не спалить транзистор.
Желаю всем радиолюбителям творческих успехов! С уважением, Андрей Жданов (К@Т).
Форум по преобразователям 12-220В
Форум по обсуждению материала ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ
Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах
Принципиальные схемы простых преобразователей напряжения на основе автогенераторов, построены с использованием транзисторов.
В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.
Однокаскадные преобразователи напряжения
Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.
Рис. 1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.
Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным.
Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора — сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.
Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 2.
Рис. 2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.
Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).
Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка — 20 витков провода ПЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12…0,23 мм).
Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700…800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.
Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).
Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 — VD3 (прямое смещение).
Рис. 3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.
Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.
Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора C3. Аналог транзистора 2N3700 — КТ630А.
Двухтактные преобразователи напряжения
Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 4. Аналог транзистора 2N3055 — КТ819ГМ. Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора.
При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15…0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5…0,8 мм.
Рис. 4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.
Рис. 5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.
Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фазировку. Выходное напряжение преобразователя — до 8 кВ.
В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.
Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.
Число витков первичной (коллекторной) обмотки — 2×5 витков диаметром 1,29 мм, вторичной — 2×2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10…30 кВ.
Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содержит резисторов (рис. 6). Он питается от батареи напряжением 5 6 и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.
Рис. 6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В.
Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора. Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания.
Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.
Диоды VD1 и VD2 — не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%. Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV — по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.
Преобразователь по схеме индуктивной трехточки
Преобразователь напряжения (рис. 7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120… 150 В.
Потребляемый преобразователем ток около 3…5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70.
Рис. 7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.
Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя — 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19…0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 — величиной 12…51 кОм.
Преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В
Рис. 8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.
Преобразователь (рис. 8) представляет собой однотактный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (С2, C3). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1.
В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.
В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке.
При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.
Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и C3, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи.
Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и C3 в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, перемагничивая сердечник Т1 током разряда.
Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2.
При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается.
Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.
Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток. Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.
Преобразователь напряжения с ШИМ управлением
На рис. 9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9…. 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.
КПД стабилизатора — не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.
Рис. 9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с ШИМ управлением.
При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается.
В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается).
Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор C3. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.
Через некоторое время напряжение на конденсаторе C3 увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2.
Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе C3 прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение. Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20… 140 кГц.
Преобразователь напряжения 3-12В/+15В, -15В
Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.
Рис. 10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом 15+15В.
Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения.
Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе С3 зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора.
Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 — стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70… 90%.
Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С — не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки — 2 Вт.
При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.
Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II — 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).
Малогабаритный сетевой преобразователь напряжения
Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 11. В основе устройства обычный блокинг-генератор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).
Рис. 11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.
Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III — 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем — II, после — обмотка lb, и, наконец, обмотка III.
Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.
Слаботочный преобразователь напряжения на 440В
Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор C3 через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В.
Конденсатор C3 должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.
Рис. 12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.
Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта.
В начале наматывают внавал обмотку III — 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.
Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4… 1,0 мА.
Преобразователь напряжения для питания фотовспышки
Преобразователь напряжения (рис. 13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи — 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.
Рис. 13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки.
Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света. Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.
Преобразователь напряжения ПН-70
Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью.
Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает непрерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.
Рис. 14. Схема модифицированного преобразователя напряжения ПН-70.
Перевести работу преобразователя в ждущий режим удалось О. Панчику, который включил на выходе преобразователя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 — ѴТЗ по схеме Дарлингтона.
Как только напряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением резистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя.
Когда напряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, стабилитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя. Транзистор ѴТ1 должен быть установлен на медном радиаторе размерами 50x22x0,5 мм.
Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.
Преобразователь для автомобиляДля автотуриста, особенно на длительном привале, единственным источником электроэнергии служит аккумуляторная батарея автомобиля. Поэтому, естественно, и все походные осветительные и нагревательные приборы питаются от нее. А если в дорогу взяты приборы, рассчитанные на напряжения 36, 127, 220 В? Ничего страшного. Выручит преобразователь напряжения, схема которого показана на рисунке. Описываемое устройство позволяет питать люминесцентную лампу, электропаяльник на напряжение 36 В, электробритву и другие приборы. Максимальная мощность нагрузки преобразователя — 40 Вт, при этом ток, потребляемый от аккумуляторной батареи, составляет примерно 4 А. Вилкой ХР1 преобразователь подключают к прикуривателю или розетке, соединенной с аккумуляторной батареей автомобиля. С целью уменьшения габаритов конструкции преобразователя частота задающего генератора, собранного на элементах DD1.1 и DD1.2, выбрана около 25 кГц. Элементы DD1.3 и DD1.4 образуют буферный каскад, нагрузкой которого служит обмотка I согласующего трансформатора Т1. Импульсы напряжения на обмотках II и III трансформатора управляют мощными ключевыми транзисторами VT1, VT2. При этом ток в первичной обмотке трансформатора Т2 преобразователя достигает в импульсе 8 А, что обеспечивает требуемую мощность на его вторичных обмотках. Напряжение питания на элементы задающего генератора и буферного каскада поступает через развязывающий фильтр L1C4C6. Чтобы генератор вырабатывал сигнал симметричной формы — меандр, необходимый для управления транзисторными ключами, в него введена цепочка R1VD1, выравнивающая длительность зарядки и разрядки конденсатора С1. Обмотка III трансформатора Т2 рассчитана на подключение к ней (через разъемы XS1, XS2) приборов на напряжение 36…40 В. Отводом обмотки можно изменять мощность, потребляемую нагрузкой, например, подбирать температуру нагрева жала электропаяльника. Обмотка II этого трансформатора предназначена для питания приборов, рассчитанных на переменные напряжения 127 и 220 В. Часть напряжения, снимаемого с верхней по схеме секции обмотки, выпрямляется диодами VD4-VD7, включенными по схеме моста, а пульсации выпрямленного напряжения сглаживает конденсатор С 11. В результате на разъеме XS5 (при замкнутых контактах кнопки SB1) действует постоянное напряжение 115 В — для питания электробритвы с коллекторным электродвигателем. Впрочем, это напряжение может иметь другое значение- в зависимости от конкретной модели электробритвы. Известно, что для включения люминесцентных ламп без подогрева нитей накаливания необходимо напряжение более 500…600 В. Чтобы получить его, напряжение 200 В обмотки II трансформатора Т2 подается на выпрямитель-умножитель, выполненный на диодах VD2, VD3 и конденсаторе С9. В результате на конденсаторе С10 действует повышенное напряжение постоянного тока. Для люминесцентной лампы мощностью 40 Вт параллельно конденсатору С9 подключают (тумблером SA1) конденсатор С8. Однако напряжения на фильтрующем конденсаторе С10 оказывается недостаточным для зажигания люминесцентной лампы. Поэтому в этот узел устройства введен дополнительный пусковой трансформатор ТЗ, но включают лампу вручную кнопкой SB1. Вот как это происходит. При замкнутых контактах кнопки SB1 конденсатор С11 заряжен до напряжения 115 В. При нажатии на кнопку он быстро разряжается через первичную обмотку трансформатора ТЗ. При этом на вторичной обмотке трансформатора возникает импульс напряжения, достаточный для зажигания люминесцентной лампы. В дальнейшем свечение лампы поддерживается напряжением на конденсаторе С10 выпрямителя VD2, VD3. Такое построение этого узла преобразователя позволяет не только обойтись без подогрева накальной нити люминесцентной лампы, но и использовать лампу с перегоревшей нитью накаливания (если, конечно, она пригодна для работы в таком режиме). Напряжение подают на оба вывода нити накаливания. Люминесцентную лампу подключают к разъему XS6 «ЛДС». Соединения между деталями делают снизу платы. Другие детали монтируют на дополнительной плате, которую размещают на боковой стенке корпуса. Цепи преобразователя, по которым течет большой ток, следует выполнять проводом диаметром не менее 2 мм возможно минимальной длины. Это требование относится и к проводам, соединяющим преобразователь с аккумуляторной батареей. Микросхема DD1 преобразователя может быть К561ЛЕ5, диод VD1 — любой высокочастотный малогабаритный, транзисторы VT1 и VT2 — КТ827 с буквенными индексами Б, В. Выпрямительные диоды VD2-VD7 должны быть высокочастотными, например (кроме КД212А), КД205А- КД205Д, КД213А, КД213Б. Конденсаторы: С1 — КД, КТ, КМ; С6 и С7 ~ КМ, МБМ; С2 и С3 — К50-24 (или К50-6), остальные — БМ, МБМ. Индуктивность дросселя L1 может быть 10…200 мкГн. Трансформаторы Т1 и ТЗ выполнены на кольцах типоразмера К20Х12Х6 из феррита 2000НМ. Обмотка I первого из них содержит 120 витков, а обмотки II и III — по 45 витков провода ПЭВ-2 0,2. Первичная обмотка трансформатора ТЗ представляет собой 2 витка, а вторичная — 20 витков провода ПЭВ-2 0,4. Магнитопроводом трансформатора Т2 служат два склеенных вместе кольца типоразмера К32Х20Х Х9 из феррита 2000НМ. Его обмотка I содержит 1,5 витка провода ПЭВ-2 2,0, обмотка II — 88 витков провода ПЭВ-2 ,0,4 (отводы от 36 до 50-го витков, считая от начала), обмотка III -16 витков провода ПЭВ-2 1,0 (отвод от 14-го витка). Перед намоткой провода острые грани колец надо сгладить надфилем, после чего обмотать магнитопровод лакотканью или изоляционной лентой. Налаживание преобразователя напряжения заключается в следующем. Сначала подбором резистора R1 добиваются на выходе буферного каскада импульсного сигнала, близкого по форме к меандру. Затем, в случае необходимости, подбором конденсатора С1 устанавливают частоту задающего генератора, равную 25…27 кГц. Ток, потребляемый преобразователем без нагрузки, должен составлять примерно 500 мА. |
|
Преобразование частоты — Студопедия
8.8.1. Принцип преобразования частоты
Преобразование частоты сигнала – это процесс, который обеспечивает линейный перенос спектра сигнала на оси частот без изменения его структуры. Огибающая сигнала и его начальная фаза при этом не изменяются. Другими словами, преобразование частоты не искажает закон изменения амплитуды, частоты или фазы модулированных колебаний.
Как видно из определения, преобразование частоты сопровождается появлением новых составляющих спектра, т.е. приводит к обогащению спектра сигнала. Поэтому такой процесс можно реализовать только с использованием нелинейного или параметрического устройств, обеспечивающих умножение преобразуемого сигнала на вспомогательное гармоническое колебание с последующим выделением необходимой области частот.
Действительно, если на вход умножителя подать два сигнала:
и ,
то на выходе получим сигнал суммарной и разностной частот:
,
где – коэффициент передачи умножителя.
Выходной фильтр, настроенный, например, на разностную частоту, выделит составляющую разностной (промежуточной) частоты. Такое нелинейное устройство называют смесителем, а источник гармонического колебания – гетеродином.
Структурная схема преобразователя частоты представлена на рис. 8.41.
Рис. 8.41. Структурная схема преобразователя частоты
Преобразование частоты применяется в супергетеродинных приемниках для получения сигнала с промежуточной частотой. Величина промежуточной частоты должна быть таковой, чтобы без особых затруднений достигалось большое усиление при высокой избирательности приемника. В радиовещательных приемниках длинных, средних и коротких волн , а в приемниках с частотной модуляцией (в метровом диапазоне волн) – . Преобразование частоты сигнала используется также в приемниках радиолокационных станций, в измерительной технике (анализаторах спектра, генераторах и др.).
8.8.2. Схемы преобразователей частоты
Как было сказано выше, процесс преобразования частоты реализуется путем умножения преобразуемого сигнала на вспомогательное гармоническое колебание с последующим выделением необходимой области частот. Это можно сделать двумя способами, которые положены в основу построения практических схем преобразователей частоты:
1. Сумма двух напряжений (полезного сигнала и сигнала гетеродина) подается на нелинейный элемент с последующим выделением необходимых составляющих спектра тока. В качестве нелинейных элементов используются диоды, транзисторы и другие элементы с нелинейной характеристикой.
2. Напряжение гетеродина используется для изменения какого-либо параметра смесителя (крутизны ВАХ транзистора, реактивного параметра цепи). Полезный сигнал, подаваемый на вход такого смесителя, преобразуется с соответствующим обогащением спектра.
Для выяснения основных особенностей процесса преобразования частоты рассмотрим некоторые схемы преобразователей частоты.
а. Преобразователи частоты на диодах
Схема одноконтурного преобразователя частоты на диоде представлена на рис. 8.42.
Рис. 8.42. Одноконтурный преобразователь частоты на диоде
На вход преобразователя поступают два сигнала:
модулированный узкополосный сигнал , несущая частота которого должна быть перенесена, скажем, в область более низких частот;
сигнал гетеродина с постоянной амплитудой, частотой и начальной фазой.
Таким образом, на нелинейный элемент подается напряжение
.
Аппроксимируем ВАХ диода полиномом второй степени
.
Тогда ток диода можно представить следующим образом:
.
Слагаемые, содержащие только , , , , соответствуют составляющим в спектре тока диода, имеющим частоты , , и . Следовательно, они с точки зрения преобразования частоты, интереса не представляют. Основное значение имеет последнее слагаемое. Именно оно свидетельствует о наличии в спектре тока составляющих с преобразованными частотами и :
.
Составляющая с частотой соответствует сдвигу спектра сигнала в область низких частот, а составляющая с частотой – в область высоких частот.
Выходное напряжение с необходимой частотой формируется с помощью фильтра (колебательного контура) на выходе преобразователя, настроенного на соответствующую частоту. Фильтр должен выделить одну составляющую из семи. Полагая, что фильтр настроен на разностную (промежуточную) частоту , получим напряжение на выходе преобразователя, равное
. (8.4)
Таким образом, избирательная система должна иметь такую полосу пропускания, чтобы отфильтровать все ненужные (паразитные) составляющие. В то же время при преобразовании частоты модулированного сигнала полоса пропускания должна быть соизмерима с шириной спектра сигнала. В этом случае структура выходного сигнала совпадает со структурой сигнала на входе. Амплитуды и должны выбираться с таким расчетом, чтобы в выражении (8.4) преобладающее значение имели слагаемые с комбинационными частотами. Преобразование частоты часто сопровождается усилением полезного сигнала, поэтому обычно соблюдается соотношение .
При или расстройка частот , и , весьма мала. При этом составляющие с частотами сигнала или гетеродина не будут отфильтрованы избирательной системой. Нежелательно также применение этой системы при решении задачи преобразования частоты в диапазоне акустических частот. В этом случае целесообразно использовать балансные схемы, которые обеспечивают самоликвидацию (компенсацию) ненужных составляющих. На рис. 8.43,а и рис. 8.43,б приведены схемы таких преобразователей на диодах.
Рис. 8.43. Балансные преобразователи частоты
В схеме рис. 8.43,а выходное напряжение равно
, (8.5)
где .
.
При получении выражения для учтено, что напряжение сигнала подается на диоды схем в противофазе, а напряжение гетеродина – в фазе.
Подставляя выражения для и в формулу (8.5), получаем
.
.
Отсюда видно, что на выходе балансного преобразователя рис. 8.43,а отсутствуют составляющие с частотами, равными 0, , , , что упрощает решение задачи получения выходного сигнала необходимой частоты. Тем не менее, к выходу такого преобразователя также необходимо подключать избирательную систему с целью фильтрации сигнала с требуемой частотой.
Балансный преобразователь рис. 8.43,б представляет собой схему, совмещающую два балансных преобразователя. На диоды различных ветвей подаются напряжения сигнала и гетеродина с различными фазами. Работа такого преобразователя поясняется следующими формулами:
, (8.6)
где ;
;
;
.
Подставляя выражения для , , и в формулу (8.6), получаем
.
.
На выходе преобразователя рис. 8.44,б отсутствует составляющая с частотой сигнала (составляющие с частотами 0, , , также отсутствуют). Фильтр на выходе такого преобразователя должен выделить одну составляющую из двух.
б. Транзисторные преобразователи частоты
В приемных каналах радиотехнических систем широко используются преобразователи частоты на транзисторах. При этом различают схемы преобразователей, в которых функции смесителя и гетеродина совмещены, и схемы преобразователей с подачей сигнала гетеродина извне. Более стабильную работу обеспечивает последний класс преобразователей.
По способу включения транзисторов различают:
1. Преобразователи с включением транзистора по схеме с общим эмиттером и по схеме с общей базой.
Преобразователи с общим эмиттером используются чаще, т.к. имеют лучшие шумовые характеристики и больший коэффициент усиления по напряжению. Напряжение гетеродина может быть подано в цепь базы или в цепь эмиттера. В первом случае достигается больший коэффициент усиления, во втором случае – лучшая стабильность коэффициента усиления и хорошая развязка между сигнальным и гетеродинным контурами.
2. Преобразователи на усилителях с каскодным включением транзисторов.
3. Преобразователи на дифференциальном усилителе.
4. Преобразователи на полевых транзисторах (с одним и двумя затворами).
Основные свойства и характеристики последних трех групп преобразователей определяются свойствами усилителей, на основе которых они построены.
На рис. 8.44 приведены схемы преобразователей частоты на плоскостных транзисторах.
В схеме рис. 8.44,а напряжение сигнала подается в цепь базы транзистора, напряжение гетеродина – на эмиттер. Контур в цепи коллектора настроен на промежуточную частоту. Сопротивления и обеспечивают необходимый режим работы усилителя (положение рабочей точки), сопротивление и емкость – термостабилизацию положения рабочей точки. Преобразование частоты осуществляется за счет изменения с частотой сигнала гетеродина коэффициента передачи усилительного каскада (крутизны ВАХ транзистора).
Рис. 8.44. Схемы преобразователей частоты на плоскостных транзисторах
Транзисторный преобразователь частоты, изображенный на рис. 8.44,б, построен с использованием дифференциального усилителя. На его вход подается преобразуемый сигнал, а на базу транзистора генератора стабильного тока подается сигнал гетеродина. Коэффициент усиления и коэффициент шума таких преобразователей примерно равны соответствующим коэффициентам усилительного каскада.
Схемы преобразователей частоты на полевых транзисторах приведены на рис. 8.45,а – схема с совмещенным гетеродином и рис. 8.45,б – схема с использованием полевого транзистора с двумя изолированными затворами.
Рис. 8.45. Схемы преобразователей частоты на полевых транзисторах
На рис. 8.45,а полевой транзистор с затвором в виде p-n-перехода выполняет роль смесителя и гетеродина одновременно. Сигнал поступает на затвор транзистора. Напряжение гетеродина с части гетеродинного контура подается в цепь истока транзистора. Необходимый режим транзистора обеспечивается соответствующим выбором рабочей точки с помощью цепи автоматического смещения . Резистор в цепи затвора обеспечивает стекание зарядов, скапливающихся на затворе. Нагрузка преобразователя – полосовой фильтр, настроенный на необходимую комбинационную частоту стокового тока. Так как входное и выходное сопротивления полевого транзистора довольно велики, то входной контур к затвору и контур полосового фильтра к стоку подключаются полностью.
В схеме транзисторного преобразователя частоты на полевом транзисторе с двумя изолированными затворами (рис. 8.45,б) оба затвора используются в качестве управляющих электродов. По существу транзистор работает под воздействием суммы двух напряжений. Напряжение создается преобразуемым сигналом, подаваемым на первый затвор, а напряжение – сигналом гетеродина, подаваемым на второй затвор. Колебательный контур, настроенный на разностную частоту, подключен к стоку транзистора. Достоинством этой схемы является незначительная емкостная связь между цепью подачи преобразуемого сигнала и контуром сигнала гетеродина. При наличии такой связи возможен захват сигналом частоты колебаний гетеродина. При этом частота сигнала гетеродина становится равной частоте преобразуемого сигнала, вследствие чего преобразования частоты происходить не будет.
Преобразование частоты можно осуществить также с помощью параметрических цепей. В таких цепях напряжение гетеродина подается на нелинейную емкость (варикап), величина которой изменяется по закону гетеродинного напряжения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Современное состояние радиотехники характеризуется интенсивным развитием методов и средств обработки сигналов, широким использованием достижений цифровых и информационных технологий. В то же время нельзя абсолютизировать изменчивость базовых фрагментов общей теории радиотехники, положенных в основу методов решения задач анализа и синтеза современных радиотехнических и информационных систем. Как знания и свободная ориентация во множестве математических аксиом позволяют приходить к новым выводам и результатам, так и знания основополагающих концепций в области моделирования сигналов, методов и технических средств их обработки позволяют легко разобраться в новых, пусть даже на первый взгляд очень сложных технологиях. Только при наличии таких знаний исследователь или проектировщик может рассчитывать на практическую результативность известного принципа «know-how» (знаю, как).
Вне рамок данной книги остались многие вопросы, непосредственно связанные с «детерминированной» радиотехникой. Прежде всего это вопросы генерирования сигналов, дискретной и цифровой фильтрации, методов анализа и построения параметрических и оптоэлектронных устройств. Особого внимания и отдельного обсуждения заслуживают проблемы статистической радиотехники, решение которых немыслимо без широкого кругозора в области методов анализа случайных сигналов и их преобразований, методов решения классических задач оптимальной обработки сигналов при их обнаружении и измерении.
В последующем планируется издание учебного пособия, посвященного рассмотрению этих проблем с учетом новейших теоретических и практических результатов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гоноровский, И. С. Радиотехнические цепи и сигналы : учебник для вузов. – М. : Радио и связь, 1986.
2. Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы : учебник для вузов. – М. : Высш. шк., 2000.
3. Радиотехнические цепи и сигналы/ Д.В.Васильев, М.Р.Витоль, Ю.Н. Горшенков и др.;/ Под ред. А.К.Самойло – М. Радио и связь, 1990.
4. Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи: Учебник для вузов. – М.: Высш. шк., 2002.
5. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. – СПб.: 2003.
6. Иванов М.Т., Сергиенко А.Б., Ушаков В.Н. Теоретические основы радиотехники. Учеб. пособие для вузов. – М.: Высш. шк., 2002.
7. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. – М.: Радио и связь, 1990.
8. Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства. – М.: Высш. шк., 1989.
9. Каяцкас А.А. Основы радиоэлектроники. – М:. Высш. шк., 1988.
10. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗ. – М.: Наука. Глав. ред. физ.-мат. литературы, 1986.
11. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. – М.: Радио и связь, 1989.
12. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. М.: Высш. шк., 1991.
СХЕМА ДВУХТАКТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Пожалуй одна из самых простых схем преобразователей напряжения из себя представляет простой двухтактный преобразователь на полевых транзисторах, которые включены по схеме мультивибратора. Стабилитроны из схемы можно исключить, если конечно схема предназначена для питания от напряжения не более 12 вольт. Резисторы в схеме не критичны их номинал может быть в районах от 220 ом до 1 килоома, они ограничивают ток затвора полевых транзисторов, следовательно подбором их номинала можно регулировать частоту преобразователя. Резисторы желательно применить с мощностью 0,5-1 ватт, возможен перегрев этих резисторов, но это не страшно.
Работа двухтактного преобразователя достаточно проста, транзисторы поочередно открываясь и закрываясь создают в первичной обмотке трансформатора переменное напряжение высокой частоты. Трансформатор мотается на желтом ферритовом кольце из компьютерного блока питания, хотя можно использовать и кольца марки 2000НМ.
Для питания ЛДС трансформатор в первичной обмотке содержит 6 витков с отводом от середины, провод 0,6-1 мм, вторичная обмотка содержит 90 витков и растянута по всему кольцу, провод 0,2-0,4 мм, изоляции можно не ставить, если для первички применить многожильный провод в резиновой изоляции.
Преобразователь способен развивать мощность до 20 ватт при использовании полевых транзисторов серии IRFЗ44 и до 30 ватт если применить транзисторы типа IRF3205. Область применения такого рода двухтактных преобразователей достаточно широка, поскольку преобразователь способен развивать неплохую выходную мощность и имеет очень компактные размеры, целесообразно использовать его в Гаусс-пушке для зарядки конденсаторов или же для питания ЛДС в походных условиях, где нет бытовой сети 220 вольт, питать таким преобразователем активные устройства — приемники, маломощные зарядные устройства нельзя, поскольку частота преобразователя достаточно высокая.
Поделитесь полезными схемами
| ПРОСТОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НА 220В Преобразователь 12 — 220 В, мощность 70 ватт, самый простой и очень маленький. Иногда в быту возникает необходимость иметь автономное сетевое напряжение 220 вольт. Данную конструкцию мне предложил попробовать друг, он проводил с ней опыты и достоверно заявлял, что преобразователь способен ярко засветить лампу накаливания с мощностью 60 ватт, сначала не поверил, но был удивлен получившейся мощью и простотой сборки. |
| ПРОСТОЙ ВИДЕОПЕРЕДАТЧИК Как передавать изображение и звук с видеокамеры-глазка на телевизор, без использования проводов — схема и практическая сборка устройства. |
| ПРОСТОЕ САМОДЕЛЬНОЕ ЗАРЯДНОЕ ДЛЯ АВТО Качественное зарядное устройство для авто аккумулятора, на рынке можно приобрести за 50$, а сегодня расскажу самый простой способ изготовления такого зарядного устройства с минимальными расходами денежных средств, оно простое и изготовить сможет даже начинающий радиолюбитель. |
Простые автогенераторные преобразователи напряжения на транзисторах
В генераторах с самовозбуждением (автогенераторах) для возбуждения электрических колебаний обычно используется положительная обратная связь. Существуют также автогенераторы на активных элементах с отрицательным динамическим сопротивлением, однако в качестве преобразователей они практически не используются.
Наиболее простая схема однокаскадного преобразователя напряжения на основе автогенератора показана на рис. 9.1. Этот вид генераторов получил название блокинг-генераторов. Фазовый сдвиг для обеспечения условия возникновения колебаний в нем обеспечивается определенным включением обмоток.
Рис. 9.1. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связь.
Аналог транзистора 2N3055 КТ819ГМ. Блокинг-генератор позволяет получать короткие импульсы при большой скважности. По форме эти импульсы приближаются к прямоугольным. Емкости колебательных контуров блокинг-гене-ратора, как правило, невелики и обусловлены межвитковыми емкостями и емкостью монтажа. Предельная частота генерации блокинг-генератора сотни кГц. Недостатком этого вида генераторов является выраженная зависимость частоты генерации от изменения питающего напряжения.
Резистивный делитель в цепи базы транзистора преобразователя (рис. 9.1) предназначен для создания начального смещения. Несколько видоизмененный вариант преобразователя с трансформаторной обратной связью представлен на рис. 9.2.
Рис. 9.2. Схема основного (промежуточного) блока источника высоковольтного напряжения на основе автогенераторного преобразователя.
Автогенератор работает на частоте примерно 30 кГц. На выходе преобразователя формируется напряжение амплитудой до 1 кВ (определяется числом витков повышающей обмотки трансформатора).
Трансформатор Т1 выполнен на диэлектрическом каркасе, вставляемом в броневой сердечник Б26 из феррита М2000НМ1 (М1500НМ1). Первичная обмотка содержит 6 витков; вторичная обмотка 20 витков провода ГІЭЛШО диаметром 0,18 мм (0,12…0,23 мм). Повышающая обмотка для достижения выходного напряжения величиной 700…800 В имеет примерно 1800 витков провода ПЭЛ диаметром 0,1 мм. Через каждые 400 витков при намотке укладывается диэлектрическая прокладка из конденсаторной бумаги, слои пропитывают конденсаторным или трансформаторным маслом. Места выводов катушки заливают парафином.
Этот преобразователь может быть использован в качестве промежуточного для питания последующих ступеней формирования высокого напряжения (например с электрическими разрядниками или тиристорами).
Следующий преобразователь напряжения (США) также выполнен на одном транзисторе (рис. 9.3). Стабилизация напряжения смещения базы осуществляется тремя последовательно включенными диодами VD1 VD3 (прямое смещение).
Рис. 9.3. Схема преобразователя напряжения с трансформаторной обратной связью.
Коллекторный переход транзистора VT1 защищен конденсатором С2, кроме того, параллельно коллекторной обмотке трансформатора Т1 подключена цепочка из диода VD4 и стабилитрона VD5.
Генератор вырабатывает импульсы, по форме близкие к прямоугольным. Частота генерации составляет 10 кГц и определяется величиной емкости конденсатора СЗ. Аналог транзистора 2N3700 КТ630А.
Схема двухтактного трансформаторного преобразователя напряжения показана на рис. 9.4. Аналог транзистора 2N3055 КТ819ГМ.
Трансформатор высоковольтного преобразователя (рис. 9.4) может быть выполнен с использованием ферритового незамкнутого сердечника круглого или прямоугольного сечения, а также на основе телевизионного строчного трансформатора. При использовании ферритового сердечника круглой формы диаметром 8 мм число витков высоковольтной обмотки в зависимости от требуемой величины выходного напряжения может достигать 8000 витков провода диаметром 0,15…0,25 мм. Коллекторные обмотки содержат по 14 витков провода диаметром 0,5…0,8 мм.
Рис. 9.4. Схема двухтактного преобразователя с трансформаторной обратной связью.
Рис. 9.5. Вариант схемы высоковольтного преобразователя с трансформаторной обратной связью.
Обмотки обратной связи (базовые обмотки) содержат по 6 витков такого же провода. При подключении обмоток следует соблюдать их фази-ровку. Выходное напряжение преобразователя до 8 кВ.
В качестве транзисторов преобразователя могут быть использованы транзисторы отечественного производства, например, КТ819 и им подобные.
Вариант схемы аналогичного преобразователя напряжения показан на рис. 9.5. Основное различие заключается в цепях подачи смещения на базы транзисторов.
Число витков первичной (коллекторной) обмотки 2×5 витков диаметром 1,29 мм\ вторичной 2×2 витков диаметром 0,64 мм. Выходное напряжение преобразователя целиком определяется числом витков повышающей обмотки и может достигать 10…30 кВ.
Преобразователь напряжения А. Чаплыгина не содержит резисторов (рис. 9.6). Он питается от батареи напряжением 5 6 и способен отдавать в нагрузку до 1 А при напряжении 12 В.
Рис. 9.6. Схема простого высокоэффективного преобразователя напряжения с питанием от батареи 5 В.
Диодами выпрямителя служат переходы транзисторов автогенератора.
Устройство способно работать и при пониженном до 1 В напряжении питания. Для маломощных вариантов преобразователя можно использовать транзисторы типа КТ208, КТ209, КТ501 и другие. Максимальный ток нагрузки не должен превышать максимального тока базы транзисторов.
Диоды VD1 и VD2 не обязательны, однако позволяют получить на выходе дополнительное напряжение 4,2 В отрицательной полярности. КПД устройства около 85%.
Трансформатор Т1 выполнен на кольце К18x8x5 2000НМ1. Обмотки I и II имеют по 6, III и IV по 10 витков провода ПЭЛ-2 0,5.
Преобразователь напряжения (рис. 9.7) выполнен по схеме индуктивной трехточки и предназначен для измерений высокоомных сопротивлений и позволяет получить на выходе не-стабилизированное напряжение 120… 150 В. Потребляемый преобразователем ток около 3…5 мА при напряжении питания 4,5 В. Трансформатор для этого устройства может быть создан на основе телевизионного трансформатора БТК-70. Его вторичную обмотку удаляют, взамен нее наматывают низковольтную обмотку преобразователя 90 витков (два слоя по 45 витков) провода ПЭВ-1 0,19…0,23 мм. Отвод от 70-го витка снизу по схеме. Резистор R1 величиной 12…51 кОм.
Рис. 9.7. Схема преобразователя напряжения по схеме индуктивной трехтонки.
Рис. 9.8. Схема преобразователя напряжения 1,5 В/-9 В.
Преобразователь (рис. 9.8) представляет собой однотакт-ный релаксационный генератор с емкостной положительной обратной связью (С2, СЗ). В коллекторную цепь транзистора VT2 включен повышающий автотрансформатор Т1. В преобразователе использовано обратное включение выпрямительного диода VD1, т.е. при открытом транзисторе VT2 к обмотке автотрансформатора приложено напряжение питания Un, и на выходе автотрансформатора появляется импульс напряжения. Однако включенный в обратном направлении диод VD1 в это время закрыт, и нагрузка отключена от преобразователя.
В момент паузы, когда транзистор закрывается, полярность напряжения на обмотках Т1 изменяется на противоположную, диод VD1 открывается, и выпрямленное напряжение прикладывается к нагрузке. При последующих циклах, когда транзистор VT2 запирается, конденсаторы фильтра (С4, С5) разряжаются через нагрузку, обеспечивая протекание постоянного тока. Индуктивность повышающей обмотки автотрансформатора Т1 при этом играет роль дросселя сглаживающего фильтра.
Для устранения подмагничивания сердечника автотрансформатора постоянным током транзистора VT2 используется перемагничивание сердечника автотрансформатора за счет включения параллельно его обмотке конденсаторов С2 и СЗ, которые одновременно являются делителем напряжения обратной связи. Когда транзистор VT2 закрывается, конденсаторы С2 и СЗ в течение паузы разряжаются через часть обмотки трансформатора, пе-ремагничивая сердечник Т1 током разряда.
Частота генерации зависит от напряжения на базе транзистора ѴТ1. Стабилизация выходного напряжения осуществляется за счет отрицательной обратной связи (ООС) по постоянному напряжению посредством R2. При понижении выходного напряжения увеличивается частота генерируемых импульсов при примерно одинаковой их длительности. В результате увеличивается частота подзарядки конденсаторов фильтра С4 и С5 и падение напряжения на нагрузке компенсируется. При увеличении выходного напряжения частота генерации, наоборот, уменьшается. Так, после заряда накопительного конденсатора С5 частота генерации падает в десятки раз. Остаются лишь редкие импульсы, компенсирующие разряд конденсаторов в режиме покоя. Такой способ стабилизации позволил уменьшить ток покоя преобразователя до 0,5 мА.
Транзисторы ѴТ1 и ѴТ2 должны иметь возможно больший коэффициент усиления для повышения экономичности. Обмотка автотрансформатора намотана на ферритовом кольце К10x6x2 из материала 2000НМ и имеет 300 витков провода ПЭЛ-0,08 с отводом от 50-го витка (считая от «заземленного» вывода). Диод VD1 должен быть высокочастотным и иметь малый обратный ток.
Налаживание преобразователя сводится к установке выходного напряжения равным -9 В путем подбора резистора R2.
На рис. 9.9 показана схема преобразователя стабилизированного напряжения с широтно-импульсным управлением. Преобразователь сохраняет работоспособность при уменьшении напряжения батареи с 9…. 12 до 3В. Такой преобразователь оказывается наиболее пригодным при батарейном питании аппаратуры.
КПД стабилизатора не менее 70%. Стабилизация сохраняется при уменьшении напряжения источника питания ниже выходного стабилизированного напряжения преобразователя, чего не может обеспечить традиционный стабилизатор напряжения. Принцип стабилизации, использованный в данном преобразователе напряжения.
Рис. 9.9. Схема преобразователя стабилизированного напряжения.
При включении преобразователя ток через резистор R1 открывает транзистор ѴТ1, коллекторный ток которого, протекая через обмотку II трансформатора Т1, открывает мощный транзистор ѴТ2. Транзистор ѴТ2 входит в режим насыщения, и ток через обмотку I трансформатора линейно увеличивается. В трансформаторе происходит накопление энергии. Через некоторое время транзистор ѴТ2 переходит в активный режим, в обмотках трансформатора возникает ЭДС самоиндукции, полярность которой противоположна приложенному к ним напряжению (магнитопровод трансформатора не насыщается). Транзистор ѴТ2 лавинообразно закрывается и ЭДС самоиндукции обмотки I через диод VD2 заряжает конденсатор СЗ. Конденсатор С2 способствует более четкому закрыванию транзистора. Далее процесс повторяется.
Через некоторое время напряжение на конденсаторе СЗ увеличивается настолько, что открывается стабилитрон VD1, и базовый ток транзистора ѴТ1 уменьшается, при этом уменьшается ток базы, а значит, и коллекторный ток транзистора ѴТ2. Поскольку накопленная в трансформаторе энергия определяется коллекторным током транзистора ѴТ2, дальнейшее увеличение напряжения на конденсаторе СЗ прекращается. Конденсатор разряжается через нагрузку. Таким образом на выходе преобразователя поддерживается постоянное напряжение.
Выходное напряжение задает стабилитрон VD1. Частота преобразования изменяется в пределах 20… 140 кГц.
Преобразователь напряжения, схема которого показана на рис. 9.10, отличается тем, что в нем цепь нагрузки гальванически развязана от цепи управления. Это позволяет получить несколько вторичных стабильных напряжений. Использование интегрирующего звена в цепи обратной связи позволяет улучшить стабилизацию вторичного напряжения.
Рис. 9.10. Схема преобразователя стабилизированного напряжения с биполярным выходом.
Частота преобразования уменьшается почти линейно при уменьшении питающего напряжения. Это обстоятельство усиливает обратную связь в преобразователе и повышает стабильность вторичного напряжения. Напряжение на сглаживающих конденсаторах вторичных цепей зависит от энергии импульсов, получаемых от трансформатора. Наличие резистора R2 делает напряжение на накопительном конденсаторе СЗ зависимым и от частоты следования импульсов, причем степень зависимости (крутизна) определяется сопротивлением этого резистора. Таким образом, подстроечным резистором R2 можно устанавливать желаемую зависимость изменения напряжения вторичных обмоток от изменения напряжения питания. Полевой транзистор ѴТ2 стабилизатор тока. КПД преобразователя может доходить до 70… 90%.
Нестабильность выходного напряжения при напряжении питания 4… 12 В не более 0,5%, а при изменении температуры окружающего воздуха от -40 до +50°С не более 1,5%. Максимальная мощность нагрузки 2 Вт.
При налаживании преобразователя резисторы R1 и R2 устанавливаются в положение минимального сопротивления и подключают эквиваленты нагрузок RH. На вход устройства подается напряжение питания 12 В и с помощью резистора R1 на нагрузке Rн устанавливается напряжение 15 В. Далее напряжение питания уменьшают до 4В и резистором R2 добиваются напряжения на выходе также 15 В. Повторяя этот процесс несколько раз, добиваются стабильного напряжения на выходе.
Обмотки I и II и магнитопровод трансформатора у обоих вариантов преобразователи одинаковы. Обмотки намотаны на броневом магнитопроводе Б26 из феррита 1500НМ. Обмотка I содержит 8 витков провода ПЭЛ 0,8, а II 6 витков провода ПЭЛ 0,33 (каждая из обмоток III и IV состоит из 15 витков провода ПЭЛ 0,33 мм).
Рис. 9.11. Схема понижающего преобразователя напряжения на основе блокинг-генератора.
Схема простого малогабаритного преобразователя сетевого напряжения, выполненного из доступных элементов, показана на рис. 9.11. В основе устройства обычный блокинг-генера-тор на транзисторе VT1 (КТ604, КТ605А, КТ940).
Трансформатор Т1 намотан на броневом сердечнике Б22 из феррита М2000НН. Обмотки Іа и Іб содержат 150+120 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Обмотка II имеет 40 витков провода ПЭЛ 0,27 мм III 11 витков провода ПЭЛШО 0,1 мм. Вначале наматывается обмотка Іа, затем II, после обмотка lb, и, наконец, обмотка III.
Источник питания не боится короткого замыкания или обрыва в нагрузке, однако имеет большой коэффициент пульсаций напряжения, низкий КПД, небольшую выходную мощность (до 1 Вт) и значительный уровень электромагнитных помех. Питать преобразователь можно и от источника постоянного тока напряжением 120 6. В этом случае резисторы R1 и R2 (а также диод VD1) следует исключить из схемы.
Слаботочный преобразователь напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера может быть собран по схеме на рис. 9.12. Преобразователь представляет собой транзисторный блокинг-генератор с дополнительной повышающей обмоткой. Импульсы с этой обмотки заряжают конденсатор СЗ через выпрямительные диоды VD2, VD3 до напряжения 440 В. Конденсатор СЗ должен быть либо слюдяным, либо керамическим, на рабочее напряжение не ниже 500 В. Длительность импульсов блокинг-генератора примерно 10 мкс. Частота следования импульсов (десятки Гц) зависит от постоянной времени цепи R1, С2.
Рис. 9.12. Схема слаботочного преобразователя напряжения для питания газоразрядного счетчика Гейгера-Мюллера.
Магнитопровод трансформатора Т1 изготавливают из двух склеенных вместе ферритовых колец К16x10x4,5 3000НМ и изолируют его слоем лакоткани, тефлона или фторопласта. Вначале наматывают внавал обмотку III 420 витков провода ПЭВ-2 0,07, заполняя магнитопровод равномерно. Поверх обмотки III накладывают слой изоляции. Обмотки I (8 витков) и II (3 витка) наматывают любым проводом поверх этого слоя, их также следует возможно равномернее распределить по кольцу.
Следует обратить внимание на правильную фазировку обмоток, она должна быть выполнена до первого включения. При сопротивлении нагрузки порядка единиц МОм преобразователь потребляет ток 0,4… 1,0 мА.
Преобразователь напряжения (рис. 9.13) предназначен для питания фотовспышки. Трансформатор Т1 выполнен на магнитопроводе из двух сложенных вместе пермаллоевых колец К40х28х6. Обмотка коллекторной цепи транзистора VT1 имеет 16 витков ПЭВ-2 0,6 мм; его базовой цепи 12 витков такого же провода. Повышающая обмотка содержит 400 витков ПЭВ-2 0,2.
Рис. 9.13. Схема преобразователя напряжения для фотовспышки.
Неоновая лампа HL1 использована от стартера лампы дневного света. Выходное напряжение преобразователя плавно повышается на конденсаторе фотовспышки до 200 В за 50 секунд. Устройство при этом потребляет ток до 0,6 А.
Для питания ламп-вспышек предназначен преобразователь напряжения ПН-70, являющийся основой описываемого ниже устройства (рис. 9.14). Обычно энергия батарей преобразователя расходуется с минимальной эффективностью. Вне зависимости от частоты следования вспышек света генератор работает непрерывно, расходуя большое количество энергии и разряжая батареи.
Рис. 9.14. Схема модифицированного преобразователя напряжения ПН-70.
Перевести работу преобразователя в ждущий режим удалось О. Панчику, который включил на выходе преобразователя резистивный делитель R5, R6 и подал сигнал с него через стабилитрон VD1 на электронный ключ, выполненный на транзисторах VT1 ѴТЗ по схеме Дарлингтона. Как только напряжение на конденсаторе фотовспышки (на схеме не показан) достигнет номинального значения, определяемого значением резистора R6, стабилитрон VD1 пробьется, а транзисторный ключ отключит батарею питания (9 В) от преобразователя. Когда напряжение на выходе преобразователя понизится в результате саморазряда или разряда конденсатора на лампу-вспышку, стабилитрон VD1 перестанет проводить ток, произойдет включение ключа и, соответственно, преобразователя.
Транзистор ѴТ1 должен быть установлен на медном радиаторе размерами 50x22x0,5 мм.
Источник: Шустов М. А. Практическая схемотехника. Преобразователи напряжения.
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
- В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки вашего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
- Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
- Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
- Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
- Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.
NTE Electronics NTE2917 Полевой транзистор с N-канальным кремниевым переходом и внутренним диодом для преобразователей импеданса ECM, корпус типа TO92S, 20 В: Amazon.com: Industrial & Scientific
Ориентировочная общая стоимость: 32 доллара.93 , включая залог за доставку и импортные пошлины в Российскую Федерацию Подробности
- Убедитесь, что это подходит введя номер вашей модели.
- Компактный пакет
- Высокая пропускная способность для прямого перевода
- Низкая емкость
- Включает диод и высокое сопротивление на G — S
Характеристики данного продукта
| Фирменное наименование | NTE Electronics |
|---|---|
| Ean | 0768249556312 |
| Глобальный торговый идентификационный номер | 00768249556312 |
| Вес изделия | 3.00 фунтов |
| Номер модели | NTE2917 |
| Кол-во позиций | 1 |
| Номер детали | NTE2917 |
| Код UNSPSC | 32000000 |
| UPC | 768249556312 |
| Напряжение | 20 вольт |
| Мощность | 100000 киловатт |
Масштабируемое производство инвертора с дополнительной логикой на основе полевых транзисторов MoS2 в форме ребер
Интеграция высокопроизводительных полевых транзисторов n-типа и p-типа с дополнительными устройствами из одних и тех же слоистых материалов крайне желательна для создания маломощной и гибкой электроники следующего поколения.В этой работе мы показали хорошо организованный рост MoS 2 на ребристой оксидной структуре и интеграцию MoS 2 как n-типа, так и p-типа с использованием традиционной техники имплантации. С развитием ребристой структуры максимумы и эффективная плотность тока включения для полевых транзисторов MoS 2 ребристых полевых транзисторов соответственно достигают примерно 50 мкА мкм -1 (нормализованное по окружности ребра) и около 500 мкА мкм −1 (нормализовано только по размеру ребра), в то время как его отношение ВКЛ / ВЫКЛ составляет более 10 6 при низком токе отключения в несколько пА .На основе наших полевых транзисторов MoS 2 n-типа и p-типа был получен дополнительный инвертор MoS 2 с высоким коэффициентом усиления постоянного напряжения более 20. Наши результаты свидетельствуют о том, что в одних и тех же материалах используются дополнительные 2D-материалы, что является многообещающим направлением для разработки высокопроизводительных дополнительных 2D-электронных устройств с высокой плотностью размещения.
У вас есть доступ к этой статье
Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова?Как работает инвертор?
В нашей повседневной жизни большинство электронных продуктов используется через переменный ток 110 В или 220 В путем переключения источника питания или какой-либо другой схемы выпрямителя для преобразования переменного тока в постоянный ток, а так называемая инверсия — это процесс преобразования постоянного тока в переменный ток, который является обратным. процесс преобразования выпрямителя, поэтому инвертор назван в его честь.Инверторы приносят нам много удобства в нашей жизни, например, барбекю на открытом воздухе, уличное освещение, автомобильные холодильники и т. Д., Которые используются для преобразования энергии постоянного тока в аккумуляторных батареях в мощность переменного тока через инверторы. Давайте узнаем об основном принципе работы силового инвертора.
Принцип действия
Как показано выше, это типичная эквивалентная схема силового инвертора. На рисунке четыре переключателя от S1 до S4 составляют два плеча моста, из которых S1 и S2 имеют одно и то же плечо моста, а S3 и S4 используют другое плечо моста.Когда S1 и S4 соединены, а S2 и S3 отключены, Uo = Ud может быть получено по их сопротивлению нагрузки. Напротив, когда S2 и S3 соединены, а S1 и S4 отключены, Uo = -Ud может быть получено на сопротивлении нагрузки. При непрерывной работе с таким переключателем можно получить форму волны переменного тока на нагрузке, что завершает процесс преобразования постоянного тока в переменный, как показано на следующем рисунке.
Следует отметить, что переключатель на одном плече моста не может быть подключен одновременно, чтобы избежать короткого замыкания источника питания, и что частота переменного тока может быть изменена путем изменения частоты переключения.Фактически, четыре переключателя на рисунке выше являются идеальными моделями для различных полупроводниковых переключающих устройств, а обычные полупроводниковые переключающие устройства в инверторах включают тиристоры, полевые транзисторы и биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT). Например, на следующем рисунке показана схема переключения, состоящая из полевого транзистора.
Как показано на рисунке, переключающее устройство схемы состоит из полевого транзистора с N-каналом и полевого транзистора с усилением с каналом P, который формирует двухтактный выходной сигнал.Когда управляющий сигнал имеет низкий уровень L, это полевой транзистор с P-каналом, а когда входной сигнал имеет высокий уровень H, это N-канальный полевой транзистор. Эта переменная проводимость позволяет избежать риска короткого замыкания, вызванного одновременной проводимостью двух переключателей от одного плеча моста. Рабочий процесс выглядит следующим образом: полевые транзисторы TR3 и TR4 из одного плеча моста, TR5 и TR6 из другого плеча моста. Проводимость четырех переключателей, управляемых импульсными сигналами, замыкается, чтобы произвести переменные сигналы, которые подаются на низковольтную обмотку трансформатора, а высоковольтная обмотка трансформатора будет индуцировать высоковольтный переменный ток, чтобы завершить инверсия с постоянного тока на переменный.
Заключение
Это только основной принцип работы инверторов. На практике применение инверторов намного сложнее. Инвертор полностью состоит из главной цепи, цепи управления, цепи привода и вспомогательного источника питания.
- Основная схема
Основная схема включает в себя различные переключающие схемы для завершения инверсии, которые в основном состоят из источника питания постоянного тока (конденсатор), буфера, переключающей мостовой схемы, фильтра и трансформатора, чтобы завершить обработку уровня энергии. - Цепь управления
Управляйте и обеспечивайте надежное включение / выключение полевых транзисторов и других переключающих устройств в соответствии с сигналом переключения платы управления. - Цепь управления
Соберите обратную связь от главной цепи, реализуйте алгоритм управления и стратегию защиты и получите сигнал переключения. - Вспомогательная цепь
Вспомогательный источник питания и цепь микросхемы управления и микросхемы драйвера.
Короче говоря, инвертор — это устройство, которое преобразует мощность постоянного тока в мощность переменного тока.
Светочувствительный полевой транзистор на гетеропереходе MoS2 / органический рубрен: применение в тройном инверторе с фотоуправлением
Многозначные логические схемы (MVL) с более высокой эффективностью, такие как троичный инвертор, можно рассматривать как многообещающие структуры для преодоления ограничений двоичной системы. Фоточувствительные характеристики двумерного (2D) MoS 2 и органического рубрена нанолиста (NS) np гетеропереходного полевого транзистора (FET) изучаются с целью создания нового триггерного тройного элемента. инвертор по схеме МВЛ.Характеристики антиамбиполярного транзистора (AAT) наблюдались для полевых транзисторов с гетеропереходом MoS 2 / органический рубрен-NS n-p . Последовательно соединенные устройства, содержащие AAT с одним полевым транзистором на основе MoS 2 (тип n- ) или с одним полевым транзистором на основе рубрена-NS (тип p-), были изготовлены для исследования характеристик инвертора, которые могут быть выгодным по сравнению с обычным комплементарным металлооксидным полупроводником, используемым в двоичной логической схеме.Интересно, что инверторы, использующие AAT, подключенные последовательно к полевому транзистору на основе рубрена-NS типа p- , успешно работали как схемы MVL при световом облучении. Характеристики новых трехкомпонентных инверторов с фотоуправлением обусловлены отчетливой светочувствительностью органического рубрена-NS типа p- , а также положительным сдвигом порогового напряжения AAT и рубрена-NS- типа p- . на основе полевого транзистора, основанного на эффекте фотостробирования, достигаемом в определенных условиях светового излучения.В этой работе был успешно реализован новый трехкомпонентный инвертор с фотоуправлением (т. Гетеропереходы неорганических и органических полупроводников 2D демонстрируют большой потенциал для разработки новых светочувствительных схем MVL и многофункциональных транзисторов с исключительными характеристиками и производительностью, включая энергосбережение.
Патент США на преобразователь мощности, использующий полевой транзистор и патент на диод (Патент № 9,112,429, выдан 18 августа 2015 г.)
Уровень техники1.Область изобретения
Настоящее изобретение относится к преобразователю мощности, использующему полевой транзистор и диод.
2. Описание предшествующего уровня техники
В качестве преобразователя мощности, использующего полупроводниковое устройство с широкой запрещенной зоной, в предшествующем уровне техники существует преобразователь мощности, питаемый напряжением. Этот преобразователь мощности имеет два полупроводниковых переключателя, каждый из которых образован полевым транзистором (полевым транзистором), использующим полупроводник с широкой запрещенной зоной, и диодом со свободным колесом, использующим полупроводник с широкой запрещенной зоной, и подключенными обратно параллельно (соединены встречно-параллельным образом). ) к полевому транзистору.Эти два полупроводниковых переключателя подключены к конденсатору, работающему как источник напряжения. Преобразователь мощности преобразует мощность за счет дополнительных переключающих действий полевых транзисторов в двух полупроводниковых переключателях.
Полевой транзистор и диод, в которых используется полупроводник с широкой запрещенной зоной, работают при высоких температурах и имеют небольшие потери переключения по сравнению с IGBT и диодом, в которых используется кремниевый полупроводник. Соответственно, за счет замены кремниевого полупроводника на полупроводник с широкой запрещенной зоной становится возможным уменьшить площадь полупроводника и упростить охлаждение полупроводника с помощью охладителя.Кроме того, поскольку пассивные составляющие, такие как конденсатор и реактор, могут быть уменьшены в размерах за счет высокочастотного переключения, становится возможным уменьшить размеры преобразователя мощности.
Когда полевой транзистор используется в качестве полупроводникового переключающего устройства, можно использовать внутренний паразитный диод (внутренний диод) полевого транзистора вместо диода свободного хода. Тем не менее, диод свободного хода используется, потому что характеристика коммутационных действий может быть улучшена за счет использования диода с барьером Шоттки, способного работать на высокой скорости в качестве диода свободного хода.
Кроме того, с полевым транзистором, использующим полупроводник SiC, который является полупроводником с широкой запрещенной зоной, когда на основной диод подается напряжение, ожидается, что биполярное действие основного диода будет способствовать кристаллической деградации в полупроводнике SiC. Чтобы избежать такого неудобства, используется диод свободного хода, имеющий напряжение включения ниже, чем начальное напряжение включения основного диода, как описано, например, в Патентном документе 1.
Патентный документ 1: JP-A-2007-305836
Преобразователь мощности в предшествующем уровне техники, однако, использует полевой транзистор, который может быть запитан двумя способами (направления от стока к истоку и от истока к стоку).Следовательно, пока полевой транзистор находится во включенном состоянии, ток почти не протекает через диод свободного хода, а ток течет через полевой транзистор, имеющий более низкое напряжение включения, чем диод свободного хода.
Соответственно, во время дополнительных коммутационных действий полевых транзисторов в двух последовательно соединенных полупроводниковых переключателях ток течет через полевые транзисторы в периоды, отличные от мертвого времени. Поэтому полевые транзисторы выделяют тепло, и температура полевых транзисторов повышается по сравнению с диодами свободного хода. Следовательно, возникает проблема, заключающаяся в том, что температуры полевых транзисторов ограничивают максимальную выходную мощность преобразователя мощности.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯИзобретение разработано для решения проблем, обсужденных выше, и имеет цель предоставить преобразователь мощности, обеспечивающий более высокую максимальную выходную мощность, путем подавления тепловыделения в полевых транзисторах преобразователя мощности.
Преобразователь мощности согласно аспекту изобретения включает в себя: один набор из двух полупроводниковых переключателей, выполняющих действия переключения, каждый из которых сформирован из полевого транзистора и диода свободного колеса, подключенных антипараллельно полевому транзистору, и только один из которых возбуждается для преобразования энергии с помощью коммутационных действий; сглаживающий конденсатор; часть, которая определяет направление тока, протекающего через полупроводниковые переключатели; и блок управления, который превращает стробирующие сигналы ШИМ полупроводниковых переключателей в стробирующие сигналы, в которых сигналы включения пропускаются либо частично, либо полностью относительно дополнительных стробирующих сигналов, когда направление тока, протекающего через полупроводниковые переключатели, является отрицательным.
При такой конфигурации, пропуская сигналы включения сигналов затвора ШИМ, когда направление тока, протекающего через полупроводниковые переключатели, является отрицательным, период, в котором ток течет через полевые транзисторы, становится короче и, наоборот, период, в котором ток через диоды свободного хода становится длиннее. Соответственно, хотя тепловыделение в диодах обгонной муфты увеличивается, тепловыделение в полевых транзисторах может быть уменьшено, и, следовательно, температуры полевых транзисторов могут быть снижены.Таким образом становится возможным увеличить максимальную выходную мощность преобразователя мощности.
Вышеупомянутые и другие цели, особенности, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут более очевидными из следующего подробного описания настоящего изобретения, рассматриваемого вместе с прилагаемыми чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙРИС. 1 — электрическая принципиальная схема, показывающая конфигурацию преобразователя мощности согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС.2 — принципиальная схема, показывающая конфигурацию полумостового инвертора, использующего преобразователь мощности согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС. 3 — блок-схема, показывающая блок управления преобразователем мощности согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС. 4 — диаграмма вольт-амперной характеристики полевого транзистора и диаграмма вольт-амперной характеристики свободного колеса согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС.5A и 5B — виды, показывающие ток, протекающий через полупроводниковый переключатель согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС. 6 — вид, показывающий конфигурацию полевого транзистора и диода свободного хода, образующих полупроводниковый переключатель согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС. 7 — диаграмма формы сигнала, показывающая работу преобразователя мощности в дополнительном режиме переключения согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС. 8 — диаграмма формы сигнала, показывающая работу преобразователя мощности в режиме переключения с пропуском согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС.9 — электрическая принципиальная схема, показывающая конфигурацию трехфазного инвертора, использующего преобразователь мощности согласно первому варианту осуществления изобретения;
РИС. 10 — электрическая схема преобразователя постоянного тока в постоянный, использующего преобразователь мощности согласно первому варианту осуществления изобретения; и
фиг. 11 — электрическая принципиальная схема, показывающая конфигурацию преобразователя мощности согласно второму варианту осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯНиже со ссылкой на чертежи будут описаны предпочтительные варианты осуществления преобразователя энергии согласно изобретению.
Первый вариант осуществленияФиг. 1 — электрическая принципиальная схема, показывающая конфигурацию основной цепи и части управления преобразователя мощности согласно первому варианту осуществления изобретения.
Преобразователь мощности 10 первого варианта осуществления представляет собой преобразователь мощности с источником напряжения, снабженный возможностью преобразования напряжения постоянного тока V 1 между выводом напряжения VH и выводом напряжения VL в прямоугольное напряжение посредством дополнительных переключающие действия одного набора полупроводниковых переключателей S 1 a и S 1 b и вывод полученного напряжения на вывод напряжения VM 1 .
Как показано на фиг. 1, преобразователь мощности 10 включает в себя сглаживающий конденсатор C 1 , который сглаживает напряжение постоянного тока V 1 , один набор полупроводниковых переключателей S 1 a и S 1 b , ток датчик CS 1 как часть, определяющая ток, протекающий через полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b , и часть 11 генерации затвора.
Полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b в одном наборе состоят из полевых транзисторов 1 a и полевых транзисторов 1 b , которые являются полевыми транзисторами с широкополосным щелевой полупроводник (далее именуемый просто полевым транзистором 1 a и полевой транзистор 1 b для простоты описания) и диоды свободного хода D 1 a и D 1 b соединены антипараллельно с полевым транзистором 1 a и полевым транзистором 1 b соответственно.Каждый полевой транзистор 1, , a и полевой транзистор 1, , b имеет вывод истока, вывод стока и вывод затвора. Каждый из диодов свободного хода D 1 a и D 1 b имеет анодный вывод и катодный вывод и образован диодом с барьером Шоттки.
Клемма анода диода D 1 a подключена к клемме истока полевого транзистора 1 a , а клемма катода диода D 1 a подключена к клемме стока полевого транзистора 1 а .Кроме того, анодный вывод диода D 1 b подключен к выводу истока полевого транзистора 1 b , а вывод катода диода D 1 b подключен к выводу стока полевого транзистора 1 б.
Соединения в преобразователе мощности 10 теперь будут описаны подробно.
В полевом транзисторе 1 a , образующем полупроводниковый переключатель S 1 a , вывод истока подключен к выводу VL низковольтной стороны сглаживающего конденсатора C 1 , а вывод стока подключен к клемма напряжения ВМ 1 .Кроме того, в полевом транзисторе 1 b , образующем полупроводниковый переключатель Sib, вывод истока соединен с выводом напряжения VM 1 , а вывод стока соединен с выводом VH стороны высокого напряжения сглаживающего конденсатора C 1. . Полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b и сглаживающий конденсатор C 1 , работающий в качестве источника напряжения, вместе образуют преобразователь напряжения 10 с источником напряжения.
Клемма напряжения VMM 1 подключена к клемме напряжения VM 1 , а датчик тока CS 1 подключен между клеммами напряжения VM 1 и VMM 1 . Датчик тока CS 1 — это датчик тока, который обнаруживает ток, текущий в направлении от вывода напряжения VM 1 к выводу напряжения VMM 1 , как ток, текущий в положительном направлении.
Только один из полупроводниковых переключателей S 1 a и S 1 b приводится в действие посредством переключающих действий.Соответственно, в то время как полупроводниковый переключатель S 1 b находится в проводящем состоянии, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 1 b , равен току обнаружения в датчике тока CS 1 . Аналогичным образом, в то время как полупроводниковый переключатель S 1 a находится в проводящем состоянии, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 1 a , равен току обнаружения в датчике тока CS 1 , хотя и с обратной полярностью. .
Когда ток в датчике тока CS 1 положительный, ток течет через полупроводниковый переключатель S 1 a в отрицательном направлении, пока он находится в проводящем состоянии, тогда как ток течет через полупроводниковый переключатель S 1 b в положительном направлении, пока он находится в проводящем состоянии. Аналогичным образом, когда ток в датчике тока CS 1 является отрицательным, ток течет через полупроводниковый переключатель S 1 a в положительном направлении, когда он находится под напряжением, тогда как ток течет через полупроводниковый переключатель S 1 b в отрицательном направлении, когда он находится под напряжением.Другими словами, датчик тока CS 1 служит для определения не только тока между клеммами напряжения VM 1 и VMM 1 , но также тока, протекающего через полупроводниковые переключатели S 1 a и S . 1 б.
Вывод затвора полевого транзистора 1 a , образующий полупроводниковый переключатель S 1 a , подключен к выходному выводу схемы управления затвором 101 a и сигналу затвора G 1 a вводится на входную клемму схемы управления затвором 101 a .Вывод затвора полевого транзистора 1 b , образующий полупроводниковый переключатель S 1 b , подключен к выходному выводу схемы управления затвором 101 b и сигналу затвора G 1 b вводится на входную клемму схемы управления затвором 101 b.
Ток обнаружения IM 1 в датчике тока CS 1 вводится в блок генерации затвора 11 , а стробирующие сигналы G 1 b и G 1 b выводятся из блок генерации затвора 11 .Сигналы затвора G 1 a и G 1 b подключены к полупроводниковым переключателям S 1 a и S 1 b через схемы управления затвором 101 a и 101 b соответственно. Полевые транзисторы 1 a и FET 1 b соответственно образуют полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b включаются, когда стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b являются сигналами высокого уровня (сигналы включения) и выключаются, когда сигналы затвора G 1 a и G 1 b являются сигналами низкого уровня (сигналы выключения), соответственно.
РИС. 2 представляет собой общий вид, схематически показывающий соединения преобразователя мощности , 10, с источником питания и нагрузкой для формирования полумостового инвертора.
Ссылаясь на фиг. 2, вывод высоковольтной стороны конденсатора CH соединен с выводом VH высоковольтной стороны конденсатора C 1 , а вывод низковольтной стороны конденсатора CL соединен с выводом VL низковольтной стороны конденсатора C. 1 . Вывод на стороне низкого напряжения конденсатора CH и вывод на стороне высокого напряжения конденсатора CL подключены к выводу напряжения VN 1 .Конденсаторы CH и CL являются сглаживающими конденсаторами, которые делят напряжение V 1 конденсатора C 1 для сглаживания напряжения V 1 .
Батарея Vs 1 , работающая в качестве источника напряжения, подключена между выводами напряжения VH и VL преобразователя мощности 10 . Индуктивная нагрузка переменного тока. Нагрузка подключается между клеммами напряжения VMM 1 и VN 1 . Этот полупроводниковый инвертор выполняет операцию инвертора для вывода постоянного напряжения V 1 , введенного между выводами напряжения VH и VL, на нагрузку нагрузки и операцию выпрямления для вывода энергии, накопленной в нагрузке нагрузки, между выводами напряжения VH и VL.Работа инвертора и операция выпрямления регулируются фазами напряжения и тока нагрузки.
РИС. 3 является блок-схемой, показывающей конфигурацию блока 11, генерации затвора, который является блоком управления преобразователя 10 мощности. Часть 11 генерации затвора включает в себя часть 110 генерации ШИМ, часть 111 выбора режима и часть 112 пропуска затвора.
Часть генерации ШИМ 110 принимает ввод команды напряжения VM 1 * на клемму напряжения VM 1 и выводит дополнительные стробирующие сигналы G 1 a ‘и G 1 b ′.Блок 111 выбора режима принимает входной сигнал детектируемого тока IM 1 в датчике тока CS 1 и выводит сигнал режима Mode. Часть 112 пропуска стробирования принимает входные сигналы дополнительных стробирующих сигналов G 1 a ‘и G 1 b ‘, сигнала режима Mode и тока обнаружения IM 1 и выводит стробирующие сигналы. G 1 a и G 1 b.
Блок выбора режима 111 вычисляет эффективное значение текущего IM 1 .В случае, когда эффективное значение текущего IM 1 велико при значении, равном или превышающем предварительно определенный порог IM 1 th, блок выбора режима 111 выводит сигнал режима Mode, демонстрирующий режим переключения с пропуском (режим переключения, в котором сигналы включения стробирующих сигналов ШИМ пропускаются частично или полностью относительно дополнительных стробирующих сигналов, когда ток отрицательный). В случае, когда эффективное значение порога IM 1 является небольшим при значении, меньшем, чем пороговое значение IM 1 th, блок 111 выбора режима выводит сигнал режима Mode, демонстрирующий дополнительный режим переключения.Порог IM 1 th — это порог, на основании которого выбирается режим переключения с пропуском или режим дополнительного переключения.
Блок 110 генерации ШИМ выводит дополнительные стробирующие сигналы G 1 a ‘и G 1 b ‘ в соответствии с командой напряжения VM 1 *. Комплементарные стробирующие сигналы G 1 a ‘и G 1 b ‘ являются сигналами, дополняющими друг друга.В периоды, отличные от мертвого времени, установленного для предотвращения короткого замыкания полупроводниковых переключателей S 1 a и S 1 b , стробирующий сигнал G 1 b ‘становится сигналом ВЫКЛ, когда стробирующий сигнал G 1 a ′ является сигналом включения, а стробирующий сигнал G 1 b ′ становится сигналом включения, когда стробирующий сигнал G 1 a ′ является сигналом выключения.
Мертвое время — это период, в течение которого оба стробирующих сигнала G 1 a ‘и G 1 b ‘ становятся сигналами выключения во время перехода стробирующих сигналов G 1 a ‘и G 1 b ‘ и является достаточно коротким по сравнению с циклом переключения.Мертвое время — это период для предотвращения короткого замыкания полупроводниковых переключателей S 1 a и S 1 b во время переключения переключения.
Участок пропуска затвора 112 определяет стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b на основе сигнала режима Mode, дополнительных стробирующих сигналов G 1 a ‘и G 1 b ′, а действующий IM 1 .
Когда сигнал режима Mode демонстрирует дополнительный режим переключения, блок пропуска стробирования 112 выводит стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b , определяя как: стробирующий сигнал G 1 a = сигнал затвора G 1 a ‘и сигнал затвора G 1 b = сигнал затвора G 1 b ‘. Когда сигнал режима Mode демонстрирует режим переключения с пропуском, часть 112 пропуска затвора выводит, как стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b , сигналы, в которых сигналы включения пропускаются частично или полностью относительно стробирующих сигналов G 1 a ‘и G 1 b ‘, когда ток, протекающий через полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b , отрицательный.
В условиях, когда сигнал режима Mode демонстрирует режим переключения с пропуском, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 1 a , является отрицательным, а ток IM 1 превышает пороговое значение Ip (порог равен или больше 0), блок пропуска стробирования 112 определяет как: стробирующий сигнал G 1 a = низкий сигнал (сигнал ВЫКЛ) и стробирующий сигнал G 1 b = стробирующий сигнал G 1 b ‘, и выводит стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b , пропуская при этом сигналы включения стробирующего сигнала G 1 a.
В обстоятельствах, когда сигнал режима Mode демонстрирует режим переключения с пропуском, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 1 b , является отрицательным, а ток IM 1 меньше порогового значения -Ip (пороговое значение равно или меньше 0), часть 112 пропуска стробирования определяет как: стробирующий сигнал G 1 a = стробирующий сигнал G 1 a ‘и стробирующий сигнал G 1 b = низкий сигнал (сигнал выключения) и выводит стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b , пропуская при этом сигналы включения стробирующего сигнала G 1 b .Кроме того, при обстоятельствах, когда сигнал режима Mode демонстрирует режим переключения с пропуском, а текущий IM 1 больше порогового значения -Ip и меньше порогового значения Ip, блок 112 пропуска стробирования определяет как: стробирующий сигнал G 1 a = сигнал затвора G 1 a ′ и сигнал затвора G 1 b = сигнал затвора G 1 b ′, и выводит сигналы затвора G 1 a и G 1 б.
Порог Ip, используемый в части 112 пропуска стробирующего сигнала, является порогом, на основе которого определяется период (коэффициент) пропуска стробирующего сигнала в режиме переключения с пропуском.
Часть 110 генерации ШИМ, часть 111 выбора режима и часть 112 пропуска затвора могут быть выполнены с помощью микрокомпьютера или электронных схем.
РИС. 4 показывает диаграмму вольт-амперной характеристики полевого транзистора и диаграмму вольт-амперной характеристики свободного диода.Ордината фиг. 4 используется для тока, протекающего через полевой транзистор (ток, протекающего от истока к стоку) во включенном состоянии, и тока, протекающего через диод свободного хода (ток, протекающий от анода к катоду). По оси абсцисс на фиг. 4 используется для падения напряжения на полевом транзисторе (падение напряжения между истоком и стоком) во включенном состоянии и падения напряжения на свободном диоде (падение напряжения между анодом и катодом). Падение напряжения на полевом транзисторе мало по сравнению с падением напряжения на свободном диоде.
РИС. 5A и 5B — виды, показывающие ток, протекающий через полупроводниковый переключатель, в случае, когда ток течет через полупроводниковый переключатель в отрицательном направлении. Обращаясь к фиг. 5A, полевой транзистор находится во включенном состоянии, и ток протекает через полевой транзистор, имеющий небольшое падение напряжения по сравнению с диодом свободного хода. Обращаясь к фиг. 5B, полевой транзистор находится в выключенном состоянии, и ток течет через диод свободного хода. Соответственно, в случае, когда полевой транзистор находится во включенном состоянии, в то время как ток течет через полупроводниковый переключатель в отрицательном направлении, ток почти не протекает через диод свободного хода, а ток течет через полевой транзистор.
РИС. 6 — вид, показывающий конфигурацию полевого транзистора и диода свободного хода. Потенциальная поверхность стока полевого транзистора соединена с одной поверхностью пластинчатого теплораспределителя 61 через припой 60 . Катодная потенциальная поверхность диода свободного колеса соединена с той же поверхностью теплораспределителя 61 через припой 62 . Другая поверхность теплораспределителя 61 соединена с одной поверхностью медной фольги 64 через изолирующий лист 63 .Другая поверхность медной фольги 64 соединена с радиатором 66 через консистентную смазку 65 .
Потери (тепловыделение), возникающие в полевом транзисторе, передаются в следующем порядке: припой 60 , теплоотвод 61 , изоляционный лист 63 , медная фольга 64 и смазка 65 а передаваемое тепло охлаждается в радиаторе 66 . Потери (выделение тепла), возникающие в свободном диоде, передаются в следующем порядке: припой 62 , теплоотвод 61 , изоляционный лист 63 , медная фольга 64 и смазка 65 . а передаваемое тепло охлаждается в радиаторе 66 .Соответственно, хотя полевой транзистор и диод свободного хода термически интерферируют друг с другом, их влияние пренебрежимо мало. Для сравнения: когда полупроводниковый переключатель формируется путем соединения свободного колеса диода с поверхностью потенциального источника истока полевого транзистора через припой, тепловые помехи становятся заметными.
Работа преобразователя мощности 10 первого варианта осуществления теперь будет описана со ссылкой на фиг. 7 и фиг. 8.
РИС. 7 — график формы рабочего сигнала в дополнительном режиме переключения.Более конкретно, фиг. 7 является диаграммой формы рабочего сигнала, когда действующее значение текущего IM 1 мало на значении, меньшем, чем пороговое значение IM 1 th. ИНЖИР. 8 — график формы рабочего сигнала в режиме переключения с пропуском. Более конкретно, фиг. 8 показывает диаграмму формы рабочего сигнала, когда действующее значение текущего IM 1 велико при значении, равном или превышающем пороговое значение IM 1 th.
РИС. 7 и фиг. 8 показаны следующие факторы для одного цикла тока вдоль той же оси времени: команда напряжения VM 1 *, ток IM 1 , стробирующие сигналы G 1 a ‘, G 1 b ′, G 1 a и G 1 b , токи, протекающие через полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b , токи, протекающие через FET a и FE 1 b , и токи, протекающие через диоды свободного хода D 1 a и D 1 b .ИНЖИР. 7 и фиг. 8 показывают только один цикл тока. Однако следует понимать, что силовой преобразователь 10, на практике работает в серии циклов.
Во-первых, операция в дополнительном режиме переключения (операция, когда действующее значение текущего IM 1 мало при значении, меньшем, чем пороговое значение IM 1 th), будет описана ниже со ссылкой на фиг. . 7.
Блок 110 генерации ШИМ выводит дополнительные сигналы ШИМ G 1 a ‘и G 1 b ‘ в соответствии с введенной в него командой синусоидального напряжения VM 1 *.
Поскольку эффективное значение тока IM 1 мало при значении, меньшем порогового значения IM 1 th, блок выбора режима 111 выводит сигнал режима Mode, демонстрирующий дополнительный режим переключения, и сигнал режима Mode отображение дополнительного режима переключения вводится в часть 112 пропуска затвора. Таким образом, участок пропуска затвора 112 определяет стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b как: G 1 a = G 1 a ‘и G 1 b = G 1 b ‘и выводит сигналы, которые дополняют друг друга в периоды, отличные от мертвого времени.
Здесь, поскольку падение напряжения на полевом транзисторе мало по сравнению с полевым диодом, ток протекает через полевой транзистор независимо от того, является ли ток отрицательным или положительным, когда полевой транзистор в полупроводниковом переключателе находится во включенном состоянии.
Следовательно, когда сигнал затвора G 1 a является сигналом ВКЛ, полевой транзистор 1 a в полупроводниковом переключателе S 1 a приводится в состояние проводимости и когда сигнал затвора G 1 b — сигнал ВКЛ, полевой транзистор 1 b в полупроводниковом переключателе S 1 b приведен в состояние проводимости.Кроме того, когда оба стробирующих сигнала G 1 a и G 1 b являются сигналами выключения (мертвое время), диод свободного хода Da 1 приводится в проводимость, когда ток IM 1 положительный, а диод свободного хода D 1 b приводится в проводимость, когда ток IM 1 отрицательный.
Полевой транзистор, имеющий небольшое падение напряжения по сравнению с диодом свободного хода, приводится в состояние проводимости в периоды, отличные от мертвого времени.Другими словами, становится возможным получить преобразователь мощности, имеющий малые потери проводимости и высокую эффективность преобразования энергии. Потери проводимости (тепловыделение) в полевом транзисторе велики по сравнению с диодом со свободным колесом. Однако из-за того, что ток небольшой, температура полевого транзистора не превышает допустимую верхнюю предельную температуру. Таким образом, дополнительное переключение выполняется при небольшом токе. Таким образом, становится возможным получить преобразователь мощности с небольшими потерями проводимости (высокая эффективность преобразования мощности).
Операция в режиме переключения с пропуском (операция, когда действующее значение текущего IM 1 является большим на значении, равном или превышающем пороговое значение IM 1 th) теперь будет описана со ссылкой на фиг. . 8.
Как и в режиме комплементарного переключения, блок 110 генерации ШИМ выводит дополнительные сигналы ШИМ G 1 a ‘и G 1 b ‘ в соответствии с командой синусоидального напряжения VM 1 * введено в него.
Поскольку эффективное значение тока IM 1 велико при значении, равном или превышающем пороговое значение IM 1 th, блок выбора режима 111 выводит сигнал режима Mode, показывающий режим переключения с пропуском и Сигнал режима Mode, демонстрирующий режим переключения с пропуском, вводится в блок 112 пропуска стробирования. Соответственно, стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b становятся пропущенными стробирующими сигналами, в которых сигналы включения пропускаются относительно стробирующих сигналов G 1 a ‘и G 1 b ‘, когда ток, протекающий через полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b , является отрицательным.
Когда ток IM 1 положительный, ток течет через полупроводниковый переключатель S 1 a в отрицательном направлении, пока он находится под напряжением, и ток течет через полупроводниковый переключатель S 1 b дюйм положительное направление, пока он находится под напряжением.
Когда ток IM 1 положительный (когда текущий ток полупроводникового переключателя S 1 a отрицательный) и ток IM 1 равен или превышает порог Ip (порог равен или больше 0), сигналы включения стробирующего сигнала G 1 a пропускаются, и стробирующий сигнал G 1 a становится сигналом выключения.В этом случае ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 1 a , не проходит через полевой транзистор 1 a , а протекает через диод свободного хода D 1 a . Когда ток IM 1 положительный и меньше порогового значения Ip, стробирующие сигналы G 1 b и G 1 b являются дополнительными сигналами, а ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 1 a проходит через полевой транзистор 1 a в периоды, отличные от мертвого времени.Следовательно, регулируя значение порога Ip, становится возможным изменить временное соотношение включения между полевым транзистором 1 a и диодом свободного хода Da 1 .
Аналогично, когда ток IM 1 отрицательный (когда текущий ток полупроводникового переключателя S 1 b отрицательный), и ток IM 1 является небольшим при значении, меньшем порогового значения −Ip (порог равен или меньше 0), сигналы включения стробирующего сигнала G 1 b пропускаются, и стробирующий сигнал G 1 b становится сигналом выключения.В этом случае ток, протекающий через полупроводник S 1 b , не проходит через полевой транзистор 1 b , а протекает через диод свободного хода D 1 b . Кроме того, когда ток IM 1 отрицательный и равен или превышает пороговое значение -Ip, стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b являются дополнительными сигналами, а ток, протекающий через полупроводник. переключатель S 1 b проходит через полевой транзистор 1 b в периоды, отличные от мертвого времени.Следовательно, регулируя значение порога -Ip, становится возможным изменить отношение времени включения между полевым транзистором 1 b и диодом свободного хода D 1 b.
Хотя это было описано в предположении, что пороговое значение Ip является фиксированным значением, следует понимать, что пороговое значение Ip может быть изменено в ответ на эффективное значение текущего IM 1 . Даже в том же режиме с пропуском переключения через полевой транзистор протекает больший ток, и полевой транзистор легко нагревается, поскольку эффективное значение тока IM 1 становится больше.Соответственно, эффективно установить порог Ip малым, в частности, когда эффективное значение тока IM 1 велико, потому что время включения полевого транзистора становится короче.
В качестве альтернативы может быть предусмотрен датчик температуры для измерения температуры полевого транзистора, так что пороговое значение Ip изменяется в ответ на температуру полевого транзистора. Например, когда полевой транзистор , 1, , , становится горячим при температуре, равной или превышающей заданную температуру, время включения полевого транзистора 1, , , становится меньше, если установить пороговое значение Ip меньшим.Соответственно, тепловыделение в полевом транзисторе , 1, , , уменьшается, и становится возможным снизить температуру полевого транзистора 1, , а.
Как было описано, в случае, когда ток IM 1 велик, переключение с пропуском выполняется, когда текущий ток полупроводниковых переключателей S 1 a и S 1 b равен отрицательный. Следовательно, время включения полевого транзистора 1 a и полевого транзистора 1 b может быть меньше, а тепловыделение в полевом транзисторе 1 a и полевом транзисторе 1 b уменьшается.Таким образом, можно снизить температуру полевого транзистора 1 a и полевого транзистора 1 b . Таким образом, становится возможным увеличить текущий ток преобразователя мощности, который в противном случае ограничен температурами полевых транзисторов. Следовательно, максимальная выходная мощность может быть увеличена.
В режиме переключения с пропуском время включения диодов свободного хода D 1 a и D 1 b увеличивается, и выделение тепла в диодах свободного хода D 1 a и D 1 b увеличено.Однако, поскольку тепловые помехи между полевым транзистором 1 a и полевым транзистором 1 b и свободными диодами D 1 a и D 1 b настолько малы, что повышение температуры полевого транзистора 1 a и полевого транзистора 1 b , вызванного выделением тепла в диодах свободного хода D 1 a и D 1 b слишком мал, чтобы вызвать какие-либо проблемы.
Например, учитывая, что коэффициент модуляции равен 1 (амплитуда VM 1 * равна 0.5 × V 1 ), а коэффициент мощности нагрузки равен 0,6, тогда, выполняя режим переключения с пропуском, когда ток, протекающий через полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b отрицательный , тепловыделение в полевом транзисторе 1 a и полевом транзисторе 1 b снижается примерно на 30% по сравнению с дополнительным переключением и повышением температуры полевого транзистора 1 a и полевого транзистора 1 b также уменьшается примерно на 30%.Следовательно, выполняя переключение с пропуском, становится возможным увеличить протекающий ток на 10-20% и, следовательно, увеличить максимальную выходную мощность на 10-20%.
Как было описано выше, преобразователь мощности по первому варианту осуществления представляет собой преобразователь мощности с источником напряжения, имеющий два (один набор) полупроводниковых переключателей, каждый из которых образован полевым транзистором и диодом свободного колеса, соединенными встречно параллельно. к полевому транзистору и формируется путем подключения двух (одного набора) полупроводниковых переключателей к конденсатору, работающему как источник напряжения.Преобразователь мощности снабжен датчиком тока CS 1 , который определяет направление тока, протекающего через полупроводниковые переключатели. Эффективность преобразования мощности может быть увеличена путем установки режима дополнительного переключения (путем выполнения дополнительного переключения), когда величина тока, протекающего через полупроводниковые переключатели, мала и составляет значение, меньшее заранее определенного порога. Максимальную выходную мощность преобразователя мощности можно увеличить, установив режим переключения с пропуском (выполняя переключение при пропуске сигналов включения стробирующих сигналов ШИМ либо частично, либо полностью относительно дополнительных сигналов затвора, когда ток отрицательный), когда величина тока протекание через полупроводниковые переключатели велико при значении, равном или превышающем заданный порог.
Хотя первый вариант осуществления был описан в предположении, что пороговое значение IM 1 th фиксировано, может быть предусмотрен датчик температуры для определения температуры полевого транзистора, при этом пороговая величина IM 1 th может быть изменена в ответ на температура полевого транзистора, так что порог IM 1 th устанавливается малым, когда полевой транзистор горячий при температуре, равной или превышающей заданную температуру, а пороговое значение IM 1 th устанавливается большим, когда полевой транзистор холодный на температура ниже заданной.При такой настройке становится возможным установить дополнительный режим переключения, насколько это возможно, когда температура полевого транзистора низкая и есть запас, и установить режим пропуска переключения, когда температура полевого транзистора высокая и есть небольшая маржа.
Кроме того, такое же преимущество может быть получено путем конфигурирования таким образом, что дополнительный режим переключения устанавливается, когда полевой транзистор холодный при температуре ниже заданной температуры, а режим пропуска переключения устанавливается, когда полевой транзистор горячий при температуре до или выше заданной температуры вместо переключения дополнительного режима переключения и режима переключения с пропуском в соответствии с текущим порогом IM 1 th.
Кроме того, датчик температуры, определяющий температуру полевого транзистора, может быть заменен датчиком температуры, который определяет температуру радиатора, охлаждающего полевой транзистор и диод свободного колеса, или датчиком температуры, который определяет температуру хладагента в радиатор.
В первом варианте осуществления датчик тока CS 1 используется для обнаружения тока, протекающего через полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b .Однако вместо него может использоваться датчик тока, подключенный последовательно к полупроводниковым переключателям S 1 a и S 1 b . Кроме того, направление тока, протекающего через полупроводниковые переключатели S 1 a и S 1 b , определяется здесь датчиком тока CS 1 . Однако направление тока, протекающего через полупроводниковые переключатели, можно определить путем измерения потенциала на выводе напряжения VM 1 в мертвое время.
Теперь будет описана связь между потенциалом на выводе напряжения VM 1 и направлением тока, протекающего через полупроводниковый переключатель. Когда потенциал на выводе напряжения VM 1 по существу равен потенциалу на выводе напряжения VH в мертвое время, диод D 1 b в полупроводниковом переключателе S 1 b находится в проводящем состоянии. Следовательно, через полупроводниковый переключатель S 1 b протекает отрицательный ток.Аналогично, когда потенциал на выводе напряжения VM 1 по существу равен потенциалу на выводе напряжения VL в мертвое время, диод D 1 a в полупроводниковом переключателе S 1 a находится в проводимость. Следовательно, через полупроводниковый переключатель S 1 a протекает отрицательный ток.
В первом варианте осуществления существует два режима: режим комплементарного переключения и режим переключения с пропуском.Однако следует понимать, что может существовать только режим переключения с пропуском. В таком случае, хотя эффективность преобразования мощности снижается из-за того, что режим переключения с пропуском установлен, даже когда величина тока мала, становится возможным увеличить максимальную выходную мощность, как в первом варианте осуществления.
Первый вариант осуществления был описан с использованием полумостового инвертора с источником напряжения, использующего один силовой преобразователь 10 . Однако следует понимать, что такое же преимущество может быть достигнуто даже с трехфазным инвертором с источником напряжения с использованием трех преобразователей мощности 10 или преобразователем постоянного тока с источником напряжения с использованием одного преобразователя мощности 10 , реактор и конденсатор.
РИС. 9 — электрическая принципиальная схема, показывающая конфигурацию трехфазного инвертора с источником напряжения, использующего три преобразователя мощности 10 , батарею Vs 1 и двигатель-генератор MG. Соответствующие три преобразователя мощности 10 обозначены для идентификации как 10 -U, 10 -V и 10 -W. Клеммы напряжения VH преобразователей напряжения 10 -U, 10 -V и 10 -W называются выводами напряжения VH-U, VH-V и VH-W соответственно.Аналогично, выводы VL напряжения силовых преобразователей 10 -U, 10 -V и 10 -W называются выводами напряжения VL-U, VL-V и VL-W соответственно. Кроме того, клеммы напряжения VMM 1 силовых преобразователей 10 -U, 10 -V и 10 -W называются клеммами напряжения VMM 1 -U, VMM 1 -V. , и VMM 1 -W соответственно.
Клеммы напряжения VL-U, VL-V и VL-W соединены между собой, а точки подключения подключены к стороне низкого напряжения батареи Vs 1 .Клеммы напряжения VH-U, VH-V и VH-W соединены между собой, а точки подключения подключены к стороне высокого напряжения батареи Vs 1 . Кроме того, клеммы напряжения VMM 1 -U, VMM 1 -V и VMM 1 -W подключены к трехфазному двигателю-генератору MG. Преобразователи мощности 10 -U, 10 -V и 10 -W могут использовать общий конденсатор C 1 и части генерации затвора 11 для соответствующего преобразователя мощности 10 -U, 10 -V и 10 -W могут быть объединены в один блок.
В случае трехфазного инвертора сумма токов в датчиках тока CS 1 соответствующих силовых преобразователей 10 -U, 10 -V и 10 -W равна 0 Соответственно, он может быть сконфигурирован таким образом, чтобы датчик тока CS 1 подавался только на силовые преобразователи 10 -U и 10 -V, а ток в силовом преобразователе 10 -W составлял найдено расчетным путем.
РИС. 10 — принципиальная схема преобразователя постоянного тока в постоянный, использующего преобразователь мощности 10 .Один вывод реактора L подсоединен к выводу напряжения VMM 1 , а другой вывод реактора L подсоединен к выводу стороны высокого напряжения сглаживающего конденсатора C 2 . Вывод со стороны низкого напряжения конденсатора C 2 соединен с выводом VL напряжения. Кроме того, батарея Vs 1 подключена к клеммам VH и VL напряжения, а нагрузка Loaddc постоянного тока подключена к клемме стороны высокого напряжения и клемме стороны низкого напряжения конденсатора C 2 .Это понижающий преобразователь постоянного тока в постоянный, который понижает напряжение батареи Vs 1 и выводит результирующее напряжение на конденсатор C 2 как напряжение V 2 .
Хотя силовой преобразователь 10 первого варианта осуществления был описан, следует понимать, что применение силового преобразователя 10 не ограничивается полумостовым инвертором, и силовой преобразователь 10 также применим. к различным типам инверторов, выпрямителей и преобразователей постоянного тока.
Второй вариант осуществленияТеперь будет описан преобразователь мощности согласно второму варианту осуществления изобретения. ИНЖИР. 11 — электрическая принципиальная схема, показывающая конфигурацию основной цепи и блока управления преобразователя мощности второго варианта осуществления.
Силовой преобразователь 20 второго варианта осуществления представляет собой силовой преобразователь с источником напряжения, снабженный возможностью преобразования постоянного напряжения V 1 между выводом напряжения VH и выводом напряжения VL в напряжение, имеющее три типа потенциала. путем переключения двух наборов полупроводниковых переключателей S 2 a и S 2 b и полупроводниковых переключателей S 3 a и S 3 b и вывода результирующего напряжения на напряжение терминал ВМ 1 .Преобразователь энергии 10 первого варианта осуществления выше получает напряжение (прямоугольное напряжение), имеющее два типа потенциала, и выводит полученное напряжение на вывод напряжения VM 1 . Напротив, преобразователь мощности 20, второго варианта осуществления представляет собой трехуровневый преобразователь мощности с источником напряжения, который получает напряжение, имеющее три типа потенциала, и выводит результирующее напряжение на вывод напряжения VM 1 .
Ссылаясь на фиг.11, преобразователь мощности 20 включает в себя сглаживающий конденсатор C 1 , который сглаживает напряжение постоянного тока V 1 , другой сглаживающий конденсатор C 11 , полупроводниковые переключатели S 2 a и S 2 b , полупроводниковые переключатели S 3 a и S 3 b , датчик тока CS 1 , который обнаруживает ток, протекающий через полупроводниковые переключатели S 2 a и S 2 b и полупроводниковые переключатели S 3 a и S 3 b , а также части генерации затвора 12 и 13 .Части 12, и 13, генерации затвора функционируют так же, как часть 11 генерации затвора первого варианта осуществления, описанного выше, и стробирующие сигналы G 1 a и G 1 b как выходы блока генерации затвора 11 изменяются на стробирующие сигналы G 2 a и G 2 b и стробирующие сигналы G 3 a и G 3 b.
Как и в первом варианте выше, полупроводниковые переключатели S 2 a и S 2 b состоят из полевого транзистора 2 a и полевого транзистора 2 b с использованием широкой полосы -зонный полупроводниковый и свободный диоды D 2 a и D 2 b подключены антипараллельно к полевому транзистору 2 a и полевой транзистор 2 b соответственно, и полупроводник переключатели S 3 a и S 3 b состоят из полевых транзисторов 3 a и полевых транзисторов 3 b с использованием полупроводников с широкой запрещенной зоной и диодов со свободным колесом D 3 a и D 3 b подключены антипараллельно к полевому транзистору 3 a и полевому транзистору 3 b соответственно.
Также, как и в первом варианте осуществления выше, вывод анода диода D 2 a соединен с выводом истока полевого транзистора 2 a и выводом катода диода D 2 a подключен к клемме стока полевого транзистора 2 a . Вывод анода диода D 2 b подключен к выводу истока полевого транзистора 2 b , а вывод катода диода D 2 b подключен к выводу стока Полевой транзистор 2 b .Вывод анода диода D 3 a подключен к выводу истока полевого транзистора 3 a , а вывод катода диода D 3 a подключен к выводу стока Полевой транзистор 3 а . Вывод анода диода D 3 b подключен к выводу истока полевого транзистора 3 b , а вывод катода диода D 3 b подключен к выводу стока FET 3 б.
Соединения в преобразователе мощности 20 теперь будут описаны подробно.
Клемма истока полевого транзистора 2 a в полупроводниковом переключателе S 2 a подключена к клемме низковольтной стороны сглаживающего конденсатора C 11 , а ее клемма стока подключена к клемма напряжения VM 1 . Вывод истока полевого транзистора 2 b в полупроводниковом переключателе S 2 b подключен к выводу напряжения VM 1 , а его вывод стока соединен с выводом стороны высокого напряжения сглаживающего конденсатора. С 11 .Клемма истока полевого транзистора 3 a в полупроводниковом переключателе S 3 a подключена к клемме VL низковольтной стороны сглаживающего конденсатора C 1 , а клемма стока подключена к низкому уровню Вывод со стороны напряжения конденсатора С 11 . Вывод истока полевого транзистора 3 b в полупроводниковом переключателе S 3 b подключен к выводу стороны высокого напряжения конденсатора C 11 , а его вывод стока подключен к стороне высокого напряжения вывод VH сглаживающего конденсатора С 1 .
Только один из полупроводниковых переключателей S 2 a и S 2 b приводится в действие посредством переключающих действий. Аналогичным образом, только один из полупроводниковых переключателей S 3 a и S 3 b приводится в действие посредством переключающих действий. Кроме того, напряжение V 11 конденсатора C 11 составляет половину напряжения V 1 конденсатора C 1 . Следовательно, в то время как полупроводниковые переключатели S 2 a и S 3 a находятся в проводимости, потенциал на выводе напряжения VH 1 равен потенциалу на выводе напряжения VL.Кроме того, в то время как полупроводниковые переключатели S 2 b и S 3 a находятся в проводящем состоянии, потенциал на выводе напряжения VM 1 является потенциалом, полученным путем сложения напряжения V 11 (= V 1 / 2 ) к потенциалу на клемме напряжения VL. Короче говоря, это средний потенциал потенциалов на клеммах напряжения VL и VH. Кроме того, в то время как полупроводниковые переключатели S 2 b и S 3 b находятся в проводящем состоянии, потенциал на выводе напряжения VM 1 равен потенциалу на выводе напряжения VH.Кроме того, в то время как полупроводниковые переключатели S 2 a и S 3 b находятся в проводимости, потенциал на выводе напряжения VM 1 — это потенциал, полученный вычитанием напряжения V 11 (= V 1 / 2 ) от потенциала на клемме напряжения VH. Короче говоря, это средний потенциал потенциалов на клеммах напряжения VL и VH.
Таким образом, потенциал на клемме напряжения VM 1 может быть трех типов: потенциал, равный потенциалу на клемме напряжения VL, потенциал, равный потенциалу на клемме напряжения VH, и средний потенциал потенциалов на клемме напряжения клеммы напряжения VL и VH.Полупроводниковые переключатели S 2 a и S 2 b , полупроводниковые переключатели S 3 a и S 3 b и сглаживающие конденсаторы C 1 и C , работающие как источники напряжения, вместе образуют трехуровневый преобразователь мощности с источником напряжения.
Как и в первом варианте осуществления выше, клемма напряжения VMM 1 подключена к клемме напряжения VM 1 , а датчик тока CS 1 подключен между клеммами напряжения VM 1 и VMM 1 .
Только один из полупроводниковых переключателей S 2 a и S 2 b и только один из полупроводниковых переключателей S 3 a и S 3 b приводятся в действие посредством переключение действий. Следовательно, как и в первом варианте осуществления выше, датчик тока CS 1 служит для обнаружения не только тока между выводами напряжения VM 1 и VMM 1 , но также тока, протекающего через полупроводниковые переключатели S 2 a и S 2 b и полупроводниковые переключатели S 3 a и S 3 b.
Пока полупроводниковый переключатель S 2 b находится в проводящем состоянии, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 2 b , равен току обнаружения в датчике тока CS 1 . Аналогичным образом, в то время как полупроводниковый переключатель S 2 a находится в проводящем состоянии, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 2 a , равен току обнаружения в датчике тока CS 1 , хотя и с обратной полярностью. .В то время как полупроводниковый переключатель S 3 b находится в проводящем состоянии, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 3 b , равен току обнаружения в датчике тока CS 1 . В то время как полупроводниковый переключатель S 3 a находится в проводящем состоянии, ток, протекающий через полупроводниковый переключатель S 3 a , равен току обнаружения в датчике тока CS 1 , хотя и с обратной полярностью.
Вывод затвора полевого транзистора 2 a в полупроводниковом переключателе S 2 a подключен к выходному выводу схемы управления затвором 102 a и сигналу затвора G 2 a вводится на входную клемму схемы управления затвором 102 a . Вывод затвора полевого транзистора 2 b в полупроводниковом переключателе S 2 b подключен к выходному выводу схемы управления затвором 102 b и сигналу затвора G 2 b вводится на входную клемму схемы управления затвором 102 b .Вывод затвора полевого транзистора 3 a в полупроводниковом переключателе S 3 a подключен к выходному выводу схемы управления затвором 103 a и сигналу затвора G 3 a вводится на входную клемму схемы управления затвором 103 a . Вывод затвора полевого транзистора 3 b в полупроводниковом переключателе S 3 b подключен к выходному выводу схемы управления затвором 103 b и сигналу затвора G 3 b вводится на входную клемму схемы управления затвором 103 b.
Ток обнаружения IM 1 в датчике тока CS 1 вводится в блоки генерации затвора 12 и 13 и стробирующие сигналы G 2 a и G 2 b и стробирующие сигналы G 3 a и G 3 b выводятся из частей 12 и 13 генерации затвора, соответственно. Стробирующие сигналы G 2 a и G 2 b и стробирующие сигналы G 3 a и G 3 b подключены к полупроводниковым переключателям S 2 a и S 2 b и полупроводниковые переключатели S 3 a и S 3 b через схемы управления затвором 102 a , 102 b , 103 a и 103 b соответственно.Следует отметить, что основная схема в преобразователе мощности 20 имеет ту же конфигурацию, что и конфигурация, раскрытая, например, в японском патенте № 3414749, за исключением частей 12 и 13 генерации затвора, служащих в качестве контрольная часть.
Участки создания затвора , 12, и , 13, такие же, как участок 11, генерирования затвора первого варианта осуществления, описанного выше, и выполняют дополнительное переключение, когда эффективное значение текущего IM 1 является небольшим при значении меньше заранее определенного порога IM 1 th, и выполнить переключение с пропуском, когда эффективное значение текущего IM 1 велико на значении, равном или превышающем пороговое значение IM 1 th.Соответственно, поскольку дополнительное переключение выполняется, когда ток IM 1 мал, полевые транзисторы приводятся в действие в периоды, отличные от мертвого времени. Таким образом, становится возможным получить преобразователь мощности, имеющий небольшие потери проводимости (высокую эффективность преобразования мощности).
Когда ток IM 1 велик, переключение с пропуском выполняется в случае, когда протекает ток полупроводниковых переключателей S 2 a и S 2 b и полупроводниковых переключателей S 3 a и S 3 b отрицательный.Соответственно, время включения полевого транзистора 2 a и полевого транзистора 2 b и полевого транзистора 3 a и полевого транзистора 3 b может быть меньше, а тепловыделение в полевом транзисторе 2 a и полевой транзистор 2 b и полевой транзистор 3 a и полевой транзистор 3 b могут быть уменьшены. Таким образом, становится возможным снизить температуру полевого транзистора 2 a и полевого транзистора 2 b и полевого транзистора 3 a и полевого транзистора 3 b .Следовательно, ток включения преобразователя мощности, который в противном случае ограничен температурами полевых транзисторов, может быть увеличен, и, следовательно, может быть увеличена максимальная выходная мощность.
Как было описано, силовой преобразователь второго варианта осуществления представляет собой трехуровневый силовой преобразователь с источником напряжения, имеющий четыре (два набора) полупроводниковых переключателей, каждый из которых образован полевым транзистором и диодом свободного колеса, соединенными в анти -параллельно полевому транзистору и образован путем соединения двух наборов полупроводниковых переключателей с конденсаторами, каждый из которых служит источником напряжения.Преобразователь мощности снабжен датчиком тока CS 1 , который определяет направление тока, протекающего через полупроводниковые переключатели. Эффективность преобразования мощности можно повысить, выполняя дополнительное переключение, когда ток, протекающий через полупроводниковые переключатели, невелик. Максимальную выходную мощность преобразователя мощности можно увеличить, выполнив переключение с пропуском для пропуска сигналов включения затворов ШИМ, когда ток, протекающий через полупроводниковые переключатели, велик и отрицателен.
Здесь части 12, и 13 генерирования затвора предоставляются отдельно. Однако следует понимать, что части , 12, и 13, генерации затвора могут быть объединены в один блок.
Во втором варианте осуществления описан трехуровневый преобразователь мощности с источником напряжения, использующий два набора полупроводниковых переключателей. Однако следует понимать, что такое же преимущество может быть достигнуто с помощью многоуровневого ((n + 1) -уровневого) преобразователя мощности с источником напряжения, использующего два или более наборов (n наборов) полупроводниковых переключателей, как описано на японском языке. Патент No.3414749.
Кроме того, такое же преимущество может быть достигнуто с другим типом многоуровневого ((n + 1) -уровневого) преобразователя мощности с источником напряжения, использующего n наборов полупроводниковых переключателей, n конденсаторов и диод как есть. описано в СИЛОВОЙ ЭЛЕКТРОНИКЕ ЦЕПИ, составленной DENKI GAKKAI-HANDOUTAI DENRYOKU HENKAN
. Следует принимать во внимание, что соответствующие варианты осуществления изобретения, описанные выше, можно комбинировать произвольно, и соответствующие варианты осуществления могут быть изменены или опущены по мере необходимости в пределах объема изобретения.
Различные модификации и изменения этого изобретения будут очевидны специалистам в данной области без отклонения от объема и сущности этого изобретения, и следует понимать, что это не ограничивается иллюстративными вариантами осуществления, изложенными в данном документе.
Анализ отказов полевого транзистора— Gideon Labs
Полевой транзистор (FET) — это тип транзистора, обычно используемый для усиления слабых сигналов (например, для усиления беспроводных сигналов). Это также полупроводниковое устройство, которое выводит ток пропорционально входному напряжению.Полевые транзисторы используют небольшой ток управления для регулирования большего выходного тока. Устройство может усиливать аналоговые или цифровые сигналы. Он также может переключать постоянный ток или работать как генератор.
Истории успеха
Gideon Analytical Laboratories получила три силовых полевых МОП-транзистора Fairchild RFP40N10. MOSFET — это особый тип металлооксидного полупроводникового полевого транзистора (MOSFET), предназначенный для работы со значительными уровнями мощности. По сравнению с другими силовыми полупроводниковыми устройствами, например, биполярным транзистором с изолированным затвором (IGBT) или атиристором, его основными преимуществами являются высокая скорость переключения и хороший КПД при низких напряжениях.Он разделяет с IGBT изолированным затвором, что упрощает управление. Они могут иметь низкое усиление, иногда до такой степени, что напряжение затвора должно быть выше контролируемого напряжения.
Gideon Analytical Laboratories получила один полевой МОП-транзистор IXYSRF DE375-501N21A для электронного анализа отказов. MOSFET — это тип полевого транзистора (FET). Он имеет изолированный затвор, напряжение которого определяет проводимость устройства. Эта способность изменять проводимость в зависимости от приложенного напряжения может использоваться для усиления или переключения электронных сигналов.МОП-транзистор IXYSRF DE375-601N21A имеет высокое значение dv / dt, наносекундное переключение и максимальную частоту 50 МГц. МОП-транзистор IXYSRF DE375-601N21A, отправленный в Gideon Analytical Laboratories, имел короткое замыкание на g-s.
Компания Gideon Analytical Laboratories получила преобразователи постоянного тока в постоянный ток 8Murata Ps (номер по каталогу 8600118) с подозрением на отказ полевого МОП-транзистора. Преобразователь постоянного тока в постоянный — это электронная схема или электромеханическое устройство, которое преобразует источник постоянного тока (DC) из одного уровня напряжения в другой. Это разновидность преобразователя электроэнергии.Уровни мощности варьируются от очень низкого (маленькие батареи) до очень высокого (передача энергии высокого напряжения). Преобразователи постоянного тока в постоянный MOSFET — это тип полевого транзистора (FET).
Компания Gideon Analytical Laboratories получила два вышедших из строя полевых МОП-транзистора AUIRF7648M2. Они довольно новые на рынке и специально разработаны для автомобильной промышленности. Обычно при выходе из строя полевого МОП-транзистора закорачиваются все клеммы. Задача аналитика отказов — обнаружить, как MOSFET отказал в приложении, объединив схемы, подсказки, найденные в анализе отказов, и подсказки, найденные на печатной плате, чтобы дать полную картину, чтобы помочь решить проблему клиента.
Gideon Analytical Laboratories получила один транзистор 2N3700 для анализа отказов. Также для сравнения был получен новый транзистор 2N3700. Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления и переключения электронных сигналов и электроэнергии. Он состоит из полупроводникового материала с как минимум тремя выводами для подключения к внешней цепи. Напряжение или ток, приложенные к одной паре выводов транзистора, изменяют ток через другую пару выводов.
Gideon Analytical Laboratories получила одну линейную модульную гибридную микросхему FK23009 для электронного анализа отказов.Гибридная интегральная схема (HIC) — это миниатюрная электронная схема, состоящая из отдельных устройств, таких как полупроводники и пассивные компоненты, такие как резисторы или индукторы, и обычно залитые эпоксидной смолой. Гибридная микросхема используется в военных и коммуникационных приложениях и отлично подходит для создания нестандартных аналоговых схем, таких как усилители и модуляторы. Толстопленочная технология часто используется в качестве соединительной среды для гибридных интегральных схем.
Gideon Analytical Labs получила два вышедших из строя контроллера прерывателя замыкания на землю RV4141AM.У устройств были значительно другие значения импеданса, чем у нового, на нескольких входных контактах. RV4141A — это маломощный контроллер для прерывателей цепи утечки в розетках переменного тока. Эти устройства обнаруживают опасные пути тока к земле, такие как падение прибора в воду. Затем прерыватель размыкает линию цепи до того, как произойдет опасный или смертельный удар.
Компания Gideon Analytical Laboratories получила несколько двухканальных МОП-транзисторов Vishay Siliconix SO-9 с двойным каналом. МОП-транзисторы — это транзисторы, используемые для усиления или переключения электронных сигналов.MOSFET — это наиболее распространенный транзистор как в цифровых, так и в аналоговых схемах, который используется во многих сценариях, где необходимо преобразование напряжения. Эти двухканальные МОП-транзисторы Vishay Siliconix Si4980DY с N-каналом были получены для оценки компонентов и испытаний в различных условиях окружающей среды с целью выявления любых заметных дефектов или аномалий в корпусе, кристалле или электрических параметрах.
Gideon Analytical лаборатории получили один полевой транзистор с каналом FDN337N для анализа отказов. Поступило сообщение о коротком замыкании в источнике утечки.Полевые силовые транзисторы Super SOTTM-3 с N-канальным логическим уровнем и режимом повышения логического уровня производятся с использованием технологии DMOS с высокой плотностью ячеек Fairchild. Этот процесс очень высокой плотности специально разработан для минимизации сопротивления в открытом состоянии. Эти устройства особенно подходят для низковольтных приложений в портативных компьютерах, портативных телефонах, картах PCMCIA и других схемах с батарейным питанием, где требуется быстрое переключение и низкие потери мощности в сети в очень компактном корпусе для поверхностного монтажа.
Gideon Analytical Labs получила два вышедших из строя TI UCC27223PWP и три старых устройства для сравнения.Два 14-контактных Dip TI UCC27223PWP отправили функциональные отказы из сборок. UCC27223 — это высокоскоростной синхронный понижающий драйвер для высокоэффективных схем с низким выходным напряжением. Используя технологию управления PredictiveGate Drive (PGD), эти драйверы уменьшают диодную проводимость и потери обратного восстановления в полевых МОП-транзисторах синхронного выпрямителя. UCC27223 имеет контакт включения, который управляет работой обоих выходов.
Gideon Analytical Labs получила три вышедших из строя силовых полевых МОП-транзистора Fairchild RFP40N10.Все клеммы были закорочены. MOSFET — это силовое устройство, управляемое напряжением. Если между затвором и истоком не приложено положительное напряжение, МОП-транзистор будет непроводящим. Если на затвор подается положительное напряжение, между ним и остальной частью транзистора создается электростатическое поле. Это положительное напряжение затвора отталкивает отверстия внутри подложки p-типа и притягивает подвижные электроны в областях n-типа под электродами истока и стока.
Компания Gideon Analytical Labs получила отказавший МОП-транзистор IR FR22ON в преобразователе постоянного тока.Все полевые МОП-транзисторы были закорочены на всех клеммах. Полевые МОП-транзисторы были протестированы путем снятия проводов затвора и истока со схемы. Утечка Idss для хорошего IR MOSFET обычно составляет менее 1 наноампер. Все проверенные хорошие полевые МОП-транзисторы имели мощность около 0,8 наноампера, BVdss 220 В, Vgsth 3,6, Igss <100 нА. IR FR220N имеет термическое повреждение. Обычно это приводит к переполнению контактов током (теплом), и в первую очередь разрушаются самые слабые гексагональные ячейки.
Gideon Analytical Labs получила два устройства BSP 77 HITFET с резистивными короткими замыканиями.HITFET — это высокоинтегрированный переключатель нижнего уровня на полевых транзисторах с температурной защитой, который обеспечивает защиту от коротких замыканий, перегрузок, скачков напряжения, разомкнутых цепей, чрезмерной температуры и электростатических разрядов. Эти переключатели нижнего плеча представляют собой универсальные силовые транзисторы, специально разработанные для автомобильных и промышленных применений. Их встроенные интеллектуальные и защитные функции обеспечивают более высокую производительность и надежность по сравнению с дискретными компонентами.