Выбор схемы усилителя мощности и расчёт её компонентов

Материалы о физике / Источники электропитания / Выбор схемы усилителя мощности и расчёт её компонентов

Страница 1

В разделе 1.5 представлены различные варианты электрических схем усилителей мощности, отмечены достоинства и недостатки каждой из схем. Все рассматриваемые схемы УМ с внешним возбуждением хорошо подходят для создания импульсных блоков питания (ИБП) повышенной мощности.

Что касается подключения ключевых транзисторов к трансформатору, то здесь различают три схемы: так называемую, мостовую (рис.3.2, а), полумостовую (рис.3.2, б) и с первичной обмоткой, имеющей отвод от середины (рис.3.2, в). На сегодняшний день наибольшее распространение получил полумостовой преобразователь [10]. Для него необходимы два транзистора с относительно невысоким значением напряжения Uкэ max. Как видно из рис.3.2, б, конденсаторы С1 и С2 образуют делитель напряжения, к которому подключена первичная (W1) обмотка трансформатора Т2. при открывании ключевого транзистора амплитуда напряжения на обмотке достигает значения (Uпит/2) - Uкэ max.

Мостовой преобразователь [1] аналогичен полумостовому, но в нём конденсаторы заменены транзисторами VT3 и VT4 (рис.3.2, а), которые открываются парами по диагонали. Этот преобразователь имеет более высокий КПД за счёт увеличения напряжения, подаваемого на первичную обмотку трансформатора, а, следовательно, уменьшения тока, протекающего через транзисторы VT1…. VT4. Амплитуда напряжения на первичной обмотке трансформатора в этом случае достигает значения Uпит-2 Uкэ max.

Особняком стоит преобразователь по схеме на рис.3.2, в, отличающийся наибольшим КПД. Достигается это за счёт уменьшения тока первичной обмотки и, как следствие, уменьшения рассеиваемой мощности в ключевых транзисторах, что чрезвычайно важно для мощных ИБП.

Рис.3.2 Схемы подключения ключевых транзисторов к трансформатору а-мостовая; б - полумостовая; в-с первичной обмоткой и отводом от середины.

Амплитуда напряжения импульсов в половине первичной обмотки возрастает до значения Uпит - Uкэ нас. Следует также отметить, что в отличии от остальных преобразователей (рис.3.2, а, б) для него не нужен входной развязывающий трансформатор Т1. в этой схеме (рис.3.2, в) необходимо использовать транзисторы с высоким значением Uкэ пит. Поскольку конец верхней (по схеме) половины первичной обмотки соединён с началом нижней, при протекании тока в первой из них (открыт VT1), во второй создаётся напряжение, равное (по модулю) амплитуде напряжения на первой, но противоположное по знаку относительно Uпит.

Иными словами, напряжение на коллекторе закрытого транзистора VT2 достигает 2 Uпит, поэтому его Uкэ max должно быть больше 2Uпит.

В качестве ключевых транзисторов выбираем полевые транзисторы, рекомендуемые к применению в источниках бесперебойного питания, в импульсных высокочастотных преобразователях напряжения и других переключающих устройствах [12], типы: КЕ 707, 2Е 715, КЕ 718, 2П 7118, 2П 7120, КП 7132, КП 7150, КП 7154 и др.

Приборы серий КП 7154 и 2П 7154 разработаны для аппаратуры, работающей в экстремальных условиях (авиация, космос, нефтегазовый комплекс в условиях Арктики и др.), для широкополосных устройств и преобразователей напряжения с частотой коммутации до 200 кГц.

Разрабатываемый источник питания для аппаратуры связи следует отнести к аппаратуре, работающей в экстремальных условиях, выбираем полевой транзистор типа КП 7154 БС.

Параметры данного транзистора:

максимально допустимая мощность, рассеиваемая на стоке полевого транзистора Рс max=875 Вт;

напряжение отсечки затвор-исток Uз-н=2*…4В;

максимально допустимое напряжение затвор-исток Uз-нmax=0 В;

максимально допустимое напряжение сток-исток Uсн=800 В;

максимально допустимый постоянный ток стока Icmax=60А;

крутизна характеристики прибора S≈6А/В;

ёмкость затвор-исток С зс≈1000nф;

сопротивление между стоком и истоком насыщенного полевого транзистора τс-н≤0,15 Ом;

время включения не более 100 нс;

время выключения не более 70 нс.

Схема преобразователя напряжения на полевых транзисторах (КП 7154 БС) с предварительным усилением управляющих импульсов на полевых транзисторах VT3…. VT8 представлен на рис.3.3

Рис.3.3 Схема преобразователя напряжения со средней точкой первичной обмотки трансформатора

Физика работы преобразователя напряжения.

Когда на вводе 8 высокий уровень, открыты транзисторы VT3 и VT4. последний шунтирует ёмкость затвор-исток транзистора VT9, быстро разряжая её, транзистор VT7 закрыт. С появлением на вводе 8 низкого уровня, транзисторы VT3 и VT4 закроются, а VT7 откроется и подаёт на затвор транзистора VT9 открывающее напряжение. Резистор R16 предотвращает выход из строя транзисторов VT4 и VT7 от сквозного тока.

Страницы: 1 2