Sfera-perm.ru

Сфера Пермь
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Мощные полевые транзисторы в стабилизаторах тока

Использование мощных полевых транзисторов

Использование мощных полевых транзисторов и операционных усилителей в прецизионных регуляторах и стабилизаторах напряжения

Применение ИОУ обеспечивает высокую точность регулирования выходного напряжения. Однако использование интегральных операционных усилителей (ИОУ) для управления мощными полевыми транзисторами в стабилизаторах напряжения имеет некоторые особенности.

Ниже будут кратко рассмотрены принципы построения стабилизаторов на базе мощных полевых транзисторов и ИОУ, схемы формирования опорного напряжения и приведены практические схемы стабилизаторов и рисунки печатных плат.

СТАБИЛИЗАТОРОВ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Стандартная схема стабилизатора положительной полярности на базе N-канального полевого транзистора хорошо известна. Её основной недостаток заключается в том, что для открытия N-канального полевого транзистора на его затвор требуется подать напряжение, превышающее напряжение истока на 1,5. 5 В. Для построения стабилизатора с низким падением напряжения между стоком и истоком, это дополнительное напряжение должно превышать и напряжение стока, т.е. входное напряжение, что вызывает усложнение схемы и конструкции стабилизатора.

Необходимое напряжение можно получить либо от дополнительной обмотки силового трансформатора, либо путём использования в мостовом выпрямителе отдельных диодов и конденсаторов для удвоения выпрямленного напряжения, либо с помощью отдельного высокочастотного преобразователя, построенного по так называемой схеме накачки заряда (charge pump). Так, например, работает стабилизатор +ЗВ TPS73133 фирмы Texas Instruments . Хотя подобная схема используется в некоторых современных интегральных стабилизаторах, она не получила широкого распространения.

Схема стабилизатора напряжения положительной полярности на базе Р-канального полевого транзистора является более распространённой, однако, как правило, она строится на дискретных элементах. Подобная схема на ИОУ используется в интегральном стабилизаторе MC78LC00 , который впервые выпустила фирма Motorola, а впоследствии стала выпускать и фирма On Semiconductor.

Принцип работы этой схемы заключается в следующем. Для открытия Р-канального полевого транзистора необходимо, чтобы напряжение на его затворе было ниже напряжения на истоке (т.е. входного напряжения) на 1,5. 5 В, поэтому потенциал затвора должен находиться в пределах входного напряжения, что является преимуществом по сравнению со схемой на N-канальном транзисторе. При уменьшении выходного напряжения под нагрузкой уменьшается и напряжение в точке соединения резисторов R1 и R2. Поскольку это напряжение подано на неинвертирующий вход ИОУ, выходное напряжение ИОУ (и, соответственно, потенциал затвора транзистора) будет уменьшаться, что приведёт к тому, что Р-канальный транзистор будет приоткрываться, в результате чего выходное напряжение Источники ОПОРНОГО НАПРЯЖЕНИЯ НА БАЗЕ СТАБИЛИТРОНОВ И ИОУ

Поскольку микросхемы ИОУ ТСА0372 и TL062/72/082 содержат два независимых ИОУ, для получения положительного или отрицательного опорного напряжения имеет смысл использовать один из них. Коэффициент стабилизации в подобных схемах достигает порядка 10 ООО, т.е. если изменение входного напряжения Un составит 10 В, то изменение выходного напряжения, использующегося как опорное (t/on), не превысит 1 мВ [3]. ИОУ включен либо как неинвертирующий, либо как инвертирующий (см. рис. 36, Зг), и его стабильное выходное напряжение используется для получения прецизионного тока стабилитрона. Это напряжение в дальнейшем используется в качестве опорного (±?/оп).

Если для получения опорного напряжения, например, 15 В использовать стабилитрон BZX55C7V5, который обеспечивает стабильное напряжение

7,5 В при токе 5 мА, то резистор R1 должен иметь номинал (15. 7,5 В)/5 мА = = 1,5 кОм, а резисторы R2 и R3 должны быть равны между собой, тогда в точке их соединения напряжение будет также равно 7,5 В; при этом схема автоматически запускается после подачи напряжения питания. Номинал резисторов зависит от максимального выходного тока ИОУ. Например, TL072/082 способен выдать ток около 20 мА, a TL062 — около 15 мА Учитывая, что 5 мА идёт на питание стабилитрона, остаётся запас по 15 и 10 мА соответственно. Однако из справочного листка на ИОУ следует, что минимальное значение тока короткого замыкания этих приборов составляет около 10 мА. Поэтому ток через резисторы R2 и R3 целесообразно выбрать в пределах 1. 1,5 мА, что при выходном напряжении 15 В будет соответствовать сопротивлению 15. 10 кОм. Таким образом, сумма сопротивлений резисторов R2 + R3 не должна превышать 10. 15 кОм, а сопротивление каждого из них не должно превышать 5. 7,5 кОм. Что касается ИОУ ТСА0372, то он способен обеспечить выходной ток до 1 А, поэтому ток питания стабилитрона в 5 мА не является проблемой.

Читайте так же:
Максимальный ток нагрузки стабилизатора

IGBT транзистор

Биполярный транзистор с изолированным затвором

В современной силовой электронике широкое распространение получили так называемые транзисторы IGBT. Данная аббревиатура заимствована из зарубежной терминологии и расшифровывается как Insulated Gate Bipolar Transistor, а на русский манер звучит как Биполярный Транзистор с Изолированным Затвором. Поэтому IGBT транзисторы ещё называют БТИЗ.

БТИЗ представляет собой электронный силовой прибор, который используется в качестве мощного электронного ключа, устанавливаемого в импульсные источники питания, инверторы, а также системы управления электроприводами.

IGBT транзистор — это довольно хитроумный прибор, который представляет собой гибрид полевого и биполярного транзистора. Данное сочетание привело к тому, что он унаследовал положительные качества, как полевого транзистора, так и биполярного.

Суть его работы заключается в том, что полевой транзистор управляет мощным биполярным. В результате переключение мощной нагрузки становиться возможным при малой мощности, так как управляющий сигнал поступает на затвор полевого транзистора.

Вот так выглядят современные IGBT FGH40N60SFD фирмы Fairchild. Их можно обнаружить в сварочных инверторах марки «Ресанта» и других аналогичных аппаратах.

Внутренняя структура БТИЗ – это каскадное подключение двух электронных входных ключей, которые управляют оконечным плюсом. Далее на рисунке показана упрощённая эквивалентная схема биполярного транзистора с изолированным затвором.


Упрощённая эквивалентная схема БТИЗ

Весь процесс работы БТИЗ может быть представлен двумя этапами: как только подается положительное напряжение, между затвором и истоком открывается полевой транзистор, то есть образуется n — канал между истоком и стоком. При этом начинает происходить движение зарядов из области n в область p, что влечет за собой открытие биполярного транзистора, в результате чего от эмиттера к коллектору устремляется ток.

История появления БТИЗ.

Впервые мощные полевые транзисторы появились в 1973 году, а уже в 1979 году была предложена схема составного транзистора, оснащенного управляемым биполярным транзистором при помощи полевого с изолированным затвором. В ходе тестов было установлено, что при использовании биполярного транзистора в качестве ключа на основном транзисторе насыщение отсутствует, а это значительно снижает задержку в случае выключения ключа.

Несколько позже, в 1985 году был представлен БТИЗ, отличительной особенностью которого была плоская структура, диапазон рабочих напряжений стал больше. Так, при высоких напряжениях и больших токах потери в открытом состоянии очень малы. При этом устройство имеет похожие характеристики переключения и проводимости, как у биполярного транзистора, а управление осуществляется за счет напряжения.

Читайте так же:
Повышающего преобразователя стабилизатор тока

Первое поколение устройств имело некоторые недостатки: переключение происходило медленно, да и надежностью они не отличались. Второе поколение увидело свет в 90-х годах, а третье поколение выпускается по настоящее время: в них устранены подобнее недостатки, они имеют высокое сопротивление на входе, управляемая мощность отличается низким уровнем, а во включенном состоянии остаточное напряжение также имеет низкие показатели.

Уже сейчас в магазинах электронных компонентов доступны IGBT транзисторы, которые могут коммутировать токи в диапазоне от нескольких десятков до сотен ампер (Iкэ max), а рабочее напряжение (Uкэ max) может варьироваться от нескольких сотен до тысячи и более вольт.

Условное обозначение БТИЗ (IGBT) на принципиальных схемах.

Поскольку БТИЗ имеет комбинированную структуру из полевого и биполярного транзистора, то и его выводы получили названия затвор — З (управляющий электрод), эмиттер (Э) и коллектор (К). На зарубежный манер вывод затвора обозначается буквой G, вывод эмиттера – E, а вывод коллектора – C.


Условное обозначение БТИЗ (IGBT)

На рисунке показано условное графическое обозначение биполярного транзистора с изолированным затвором. Также он может изображаться со встроенным быстродействующим диодом.

Особенности и сферы применения БТИЗ.

Отличительные качества IGBT:

Управляется напряжением (как любой полевой транзистор);

Имеют низкие потери в открытом состоянии;

Могут работать при температуре более 100 0 C;

Способны работать с напряжением более 1000 Вольт и мощностями свыше 5 киловатт.

Перечисленные качества позволили применять IGBT транзисторы в инверторах, частотно-регулируемых приводах и в импульсных регуляторах тока. Кроме того, они часто применяются в источниках сварочного тока (подробнее об устройстве сварочного инвертора), в системах управления мощными электроприводами, которые устанавливаются, например, на электротранспорт: электровозы, трамваи, троллейбусы. Такое решение значительно увеличивает КПД и обеспечивает высокую плавность хода.

Кроме того, устанавливают данные устройства в источниках бесперебойного питания и в сетях с высоким напряжением. Их можно обнаружить в составе электронных схем стиральных, швейных и посудомоечных машин, инверторных кондиционеров, насосов, системах электронного зажигания автомобилей, системах электропитания серверного и телекоммуникационного оборудования. Как видим, сфера применения БТИЗ довольно велика.

IGBT-модули.

IGBT-транзисторы выпускаются не только в виде отдельных компонентов, но и в виде сборок и модулей. На фото показан мощный IGBT-модуль BSM 50GB 120DN2 из частотного преобразователя (так называемого «частотника») для управления трёхфазным двигателем.


IGBT модуль

Схемотехника частотника такова, что технологичнее применять сборку или модуль, в котором установлено несколько IGBT-транзисторов. Так, например, в данном модуле два IGBT-транзистора (полумост).

Стоит отметить, что IGBT и MOSFET в некоторых случаях являются взаимозаменяемыми, но для высокочастотных низковольтных каскадов предпочтение отдают транзисторам MOSFET, а для мощных высоковольтных – IGBT.

Так, например, IGBT транзисторы прекрасно выполняют свои функции при рабочих частотах до 20-50 килогерц. При более высоких частотах у данного типа транзисторов увеличиваются потери. Также наиболее полно возможности IGBT транзисторов проявляются при рабочем напряжении более 300-400 вольт. Поэтому биполярные транзисторы с изолированным затвором легче всего обнаружить в высоковольтных и мощных электроприборах, промышленном оборудовании.

Мощные полевые транзисторы и их применение — Окснер Э.С.

Название: Мощные полевые транзисторы и их применение.

Читайте так же:
Стабилизатор тока полевой операционный

Автор: Окснер Э.С.

В книге американского специалиста рассматриваются принципы работы, конструктивно-технологические особенности и характеристики основных типов мощных полевых транзисторов с управляющим р-п переходом и МДП-структурой, описываются их модели различной сложности и назначения, схемотехника многочисленных устройств, для которых наиболее перспективно использование мощных полевых транзисторов, при этом уделяется внимание режимам их работы и возможным причинам отказов. Для разработчиков электронных приборов и специалистов, занимающихся применением мощных полевых транзисторов.

В настоящее время наблюдается бурный рост производства мощных полевых транзисторов (ПТ), особенно МДП-транзисто-ров. Хотя с момента появления первых мощных ПТ прошло менее 10 лет, по допустимым напряжениям, токам и мощностям они уже достигли уровня современных мощных биполярных транзисторов, а по скоростям переключения и качеству работы на высоких частотах заметно превзошли их. Достигнутая теплоустойчивость и почти полное отсутствие вторичного пробоя в ПТ позволили расширить область безопасной работы и повысить надежность, а также обеспечить простоту их параллельного включения в случае управления более мощными сигналами. Благодаря снижению сопротивления в открытом состоянии до 0,01-0,1 Ом мощные МДП-транзисторы становятся основной элементной базой для построения различных переключающих устройств промышленной и бытовой электроники. Стремительное развитие мощных МДП-транзисторов и микропроцессоров весьма удачно совпало по времени, поскольку исключительно быстрое расширение сферы применения микропроцессорной техники было бы заметно затруднено без таких почти идеальных исполнительных элементов, какими являются мощные МДП-транзисторы, управлять которыми можно зачастую непосредственно от серийных цифровых микросхем.

Оглавление:
Предисловие редактора перевода [5]
Предисловие [6]

1. Введение [8]
1.1. Основные сведения о полевых транзисторах [8]
1.1.1. Различия между полевыми транзисторами с управляющим p-n переходом и МДП транзисторами [9]
1.2. Зачем нужны мощные полевые транзисторы? [11]
1.2.1. Сравнение мощных полевых и биполярных транзисторов [12]
1.2.2. Сравнение тиристора и мощного полевого транзистора [15]
1.2.3. Сравнение мощного полевого транзистора и симистора [16]
1.2.4. Сравнение мощного полевого транзистора и схемы Дарлингтона [17]
1.2.5. Преимущества мощных полевых транзисторов [18]
1.3. Развитие мощных полевых транзисторов [19]
1.3.1. Историческая справка [20]
2. Типы мощных полевых транзисторов [21]
2.1. Введение [21]
2.2. Полевые транзисторы с встроенным каналом [22]
2.3. Полевые транзисторы с индуцированным каналом [23]
2.4. Типы мощных полевых транзисторов [25]
2.4.1. Преимущества цилиндрических мощных полевых транзисторов [27]
2.4.2. Гридистор [32]
2.4.3. Многоканальный полевой транзистор [34]
2.4.4. Статический индукционный транзистор [35]
2.4.5. Мощный МДП-транзистор [38]
2.4.6. МДП-транзистор с коротким каналом [41]
2.5. Выбор мощного полевого транзистора [50]
3. Технология изготовления мощных полевых транзисторов [52]
3.1. Введение [52]
3.2. Статический индукционный транзистор [54]
3.3. Вертикальный МДП-транзистор, создаваемый двойной диффузией [59]
3.4. V-образный МДП-транзистор [63]
3.5. МДП-транзистор с сетчатым затвором [65]
3.6. Заключение [68]
4. Основные характеристики и моделирование мощных полевых транзисторов [68]
4.1. Введение [68]
4.2. Электрические характеристики [70]
4.2.1. Пробивное напряжение [70]
4.2.2. Выходные характеристики [73]
4.2.3. Передаточные характеристики [70]
4.2.4. Токи утечки [77]
4.2.5. Межэлектродные паразитные емкости [80]
4.2.6. Крутизна [85]
4.2.7. Сопротивление транзистора в открытом состоянии [87]
4.3. Эквивалентные схемы ПТ с учетом их паразитных элементов [92]
4.3.1. Статический индукционный транзистор [92]
4.3.2. ДМДП- и УМДП-транзисторы [93]
4.4. Моделирование процессов переключения [98]
4.5. Эквивалентные схемы полевого транзистора для усилителей [104]
4.6. Область безопасной работы [109]
5. Применение мощных полевых транзисторов в импульсных источниках питания и стабилизаторах [112]
5.1. Введение [112]
5.2. Сравнение мощных полевых и биполярных транзисторов [114]
5.3. Сравнение мощных полевых транзисторов и тиристоров [120]
5.4. Инвертор [121]
5.5. Преобразователи на мощных МДП-транзисторах [123]
5.6. Основная схема стабилизатора [136]
5.7. Стабилизатор тока [139]
5.8. Заключение [141]
6. Использование мощных полевых транзисторов для управления электродвигателями [142]
6.1. Введение [142]
6.2. Управление электродвигателями постоянного тока [145]
6.3. Управление электродвигателями переменного тока [152]
6.3.1. Модуляция управляющих сигналов [154]
6.3.2. Парафазный переключающий каскад [160]
6.4. Заключение [161]
7. Использование мощных полевых транзисторов в усилителях звуковой частоты [164]
7.1. Введение [164]
7.2. Полевые транзисторы, лампы и биполярные транзисторы [165]
7.3. Требования к высококачественному усилителю звуковой частоты [171]
7.4. Однотактный усилитель мощности звуковой частоты [174]
7.5. Двухтактный усилитель для аппаратуры высококачественного воспроизведения звука [178]
7.6. Усилитель звуковой частоты, работающий в импульсном режиме [186]
7.7. Способы улучшения динамического диапазона [191]
7.8. Заключение [192]
8. Использование мощных полевых транзисторов в выходных каскадах вычислительных устройств [193]
8.1. Введение [193]
8.2. Основные правила управления мощными МДП-транзисторами [194]
8.3. Управление мощными МДП-транзисторами [197]
8.4. Анализ переходных процессов в цепи затвора мощного МДП-транзистора [199]
8.5. Времена переключения в случае индуктивной нагрузки [204]
8.6. Использование логических схем для управления мощными МДП-транзисторами [204]
8.6.1. Управление мощными МДП-транзисторами, включенными по схеме с общим истоком [206]
8.6.2. Управление мощными МДП-транзисторами, включенными по схеме истокового повторителя [212]
8.7. Применение мощных МДП-транзисторов в схемах, работающих на линию связи [214]
8.8. Совместная работа мощных МДП-транзисторов и микропроцессоров [217]
8.9. Заключение [217]
9. Использование мощных полевых транзисторов в качестве переключателей [218]
9.1. Введение [218]
9.2. Сравнение механических переключателей и переключателей иа полевых транзисторах [219]
9.3. Сопоставление переключателей на малосигнальном и мощном полевых транзисторах [220]
9.4. Уменьшение искажений, обусловленных модуляцией сопротивления в замкнутом состоянии [223]
9.5. Передача заряда [225]
9.6. Устранение эффекта однополупериодного выпрямления [227]
9.7. Стабилизация напряжения затвора [228]
9.8. Линеаризация сопротивления аналогового переключателя на мощном МДП-транзисторе [230]
9.9. Управление аналоговым переключателем на мощном МДП-транзисторе [232]
9.10. Переключение мощных сигналов [233]
9.11. Переключение больших уровней напряжения [235]
9.12. Использование полевого транзистора в качестве резистора, управляемого напряжением [237]
9.13. Заключение [238]
10. Использование мощных полевых транзисторов в высокочастотных схемах [238]
10.1. Введение [238]
10.2. Достоинства высокочастотного мощного полевого транзистора [240]
10.3. Высокочастотная модель [243]
10.4. Факторы, определяющие качество мощных МДП-транзисторов [247]
10.5. Порядок разработки мощных высокочастотных схем [250]
10.6. Применение мощных МДП-транзисторов в линейных усилителях [255]
10.6.1. Широкополосный видеоусилитель с повышенной линейностью [255]
10.6.2. Усилитель класса АВ мощностью 100 Вт [256]
10.6.3. Линейный усилитель мощности с повышенным КПД [258]
10.7. Увеличение КПД усилителей на МДП-транзисторах с коротким каналом [260]
10.8. Применение мощных МДП-транзисторов в усилителях с распределенным усилением [262]
10.9. Использование мощных МДП-транзисторов в качестве смесителей [264]
10.10. Защита МДП-траизисторов от электромагнитных импульсов [266]
11. Выбор полевого транзистора для различных устройств [268]
11.1. Введение [268]
11.2. Выбор полевого транзистора для работы в режиме переключения [269]
11.3. Выбор мощного полевого транзистора для управления электродвигателем [272]
11.4. Выбор полевых транзисторов для усилителей звуковой частоты [273]
11.5. Выбор мощных полевых транзисторов, совместимых с логическими схемами [274]
11.6. Выбор мощных полевых транзисторов для аналоговых переключателей [275]
11.7. Выбор высокочастотных мощных полевых транзисторов [275]
Список литературы [277]
Список работ, переведенных на русский язык [283]
Дополнительный список литературы [283]

Читайте так же:
Преобразователь со стабилизатором тока 20в 70в

Бесплатно скачать электронную книгу в удобном формате, смотреть и читать:
Скачать книгу Мощные полевые транзисторы и их применение — Окснер Э.С. — fileskachat.com, быстрое и бесплатное скачивание.

Скачать djvu
Ниже можно купить эту книгу по лучшей цене со скидкой с доставкой по всей России. Купить эту книгу

:: МОЩНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ НА ПОЛЕВОМ ТРАНЗИСТОРЕ ::

Используя в схеме стабилизатора мощный полевой транзистор, можно собрать простой стабилизатор, тем не менее имеющий очень хорошие параметры. В предлагаемом стабилизаторе БП стоит полевой транзистор IRLR2905. Он имеет в открытом состоянии сопротивление канала всего 0,02 Ома, а так-же обеспечивает ток до 30 А. Мощность, рассеиваемая транзистором, может превышать 100 Вт. Принципиальная схема одного из вариантов такого стабилизатора приведена на рисунке, клик — для увеличения.

Работа БП на ПТ

Переменное напряжение поступает на выпрямитель и сглаживающий фильтр, и далее на сток полевого транзистора и через резистор R1 на затвор, открывая транзистор. Часть выходного напряжения через резисторный делитель подается на вход микросхемы, замыкая цепь ООС. Напряжение на выходе стабилизатора возрастает вплоть до того момента, пока напряжение на входе управления микросхемы DA1 не достигнет порогового, около 2,5 В. В этот момент микросхема открывается, понижая напряжение на затворе, таким образом, устройство входит в режим стабилизации. Чтобы получить плавную регулировку выходного напряжения (например для лабораторного блока питания) резистор R2 нужно заменить переменным.

Налаживание схемы

Установить нужное выходное напряжение резистором. Проверить стабилизатор на отсутствие самовозбуждения с помощью осциллографа. Если самовозбуждение возникает, то параллельно конденсаторам CI, С2 и С4 следует подключить керамические конденсаторы емкостью 0,1 мкФ.

Детали стабилизатора

Микросхема КР142ЕН19 заменима на более современную TL431. Конденсаторы любые малогабаритные. Параметры трансформатора, выпрямителя — диодного моста и электролитического конденсатора фильтра выбирают исходя из необходимого напряжения и тока. Транзистор обязательно посадить на эффективный теплоотвод. Возможно потребуется использование кулера.

Читайте так же:
Расчет стабилизаторов напряжения постоянного тока

Поделитесь полезными схемами

Автомагнитола Alpine всем своим видом чётко показывает солидность и стиль, присущие линейке продукции фирмы Alpine. Характерные большие кнопки, размещённые на левой стороне панели, радуют глаз цветом подсветки. Эти кнопки регулируют выбор треков и папок, включение и выбор источника, переключение банков памяти. Символьный дисплей, расположенный чуть правее, выглядит довольно крупным на общем фоне.

ИБП — очень сложное устройство, которое условно можно разделить на два блока — это преобразователь и зарядное устройство выполняющее обратную функцию. В большинстве случаев ремонт ИБП очень проблемный и дорогостоящий. Но пробовать всё-же стоит — иногда неполадка простая и лежит буквально на поверхности.

Схема передатчика малой мощности на диапазон 88-108 мегагерц, собранного с операционным усилителем LM741.

Практика умощнения инверторов 12-220 — повышение мощности готовых промышленных схем преобразователей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector