Почему в ИИП применяют полевые транзисторы

October 21, 2010 by admin Комментировать »

В большинстве современных низковольтных импульсных стабилизаторов используются только полевые транзисторы. Они стоят чуть дороже биполярных, однако обладают гораздо меньшим падением напряжения на канале в открытом состоянии – благодаря этому суммарный КПД устройства с «полевиками» на выходе на 5… 15% выше, чем у биполярных аналогов, а нагрев элементов схемы заметно слабее. Если биполярному транзистору в ключевом режиме уже при токе 1…2 А требуется радиатор охлаждения, то полевой в той же схеме способен работать без радиатора с током до 5… 10 А и более. Однако у «полевиков» из-за внутренних особенностей гораздо выше внутренние паразитные емкости, поэтому при работе на высоких частотах (выше 500… 1000 кГц) или при высоком входном напряжении (выше 300 В) «биполярники» становятся более выгодным решением.

Открываться и закрываться ключевые транзисторы должны с максимально возможной быстротой – от этого зависит КПД устройства (потери в катушке), и полевые транзисторы по этому параметру «обгоняют» биполярные только при невысоких напряжениях. В высоковольтных схемах выгоднее использовать IGBT-модули (комбинация из маломощного полевого транзистора на входе и мощного биполярного – на выходе), поскольку они обладают преимуществами обоих типов транзисторов и почти не имеют недостатков. Однако они сравнительно дороги.

Аналогичные требования в ИИП предъявляются и к диоду. Ток обратного хода (протекающий через диод) практически равен прямому току (протекающему через транзистор), поэтому диод должен быть достаточно мощным, с минимальным падением напряжения. Этим требованиям идеально соответствуют диоды Шоттки, если бы не одно «но»: они слишком низковольтны. Максимальное рабочее напряжение для большинства диодов Шоттки 20…60 В, и лишь у некоторых оно достигает 100…200 В. Вместе с тем падение напряжения на диодах Шоттки почти в 2 раза меньше (0,3-0,5 В против 0,7-1,2 В у обычных диодов с р-n переходом) и гораздо выше максимальная рабочая частота – из-за отсутствия времени обратного восстановления. Благодаря этому диоды Шоттки греются заметно слабее. Для работы с большими напряжениями можно использовать только быстрые (Fast, F) или сверхбыстрые (Ultra Fast, UF) диоды. Обычные низковольтные выпрямительные диоды на таких частотах «захлебываются» и очень сильно греются, естественно, с потерями в КПД.

Конденсаторы на выходе схем ИИП можно использовать только из серий с небольшим внутренним сопротивлением (более известно как «эффективное последовательное сопротивление», ESR) – так как они заряжаются и работают с мощными импульсами. Емкость конденсатора менее критична. К примеру, Low-ESR конденсатора емкостью 330 мкФ при работе на частоте в десятки килогерц вполне достаточно, и он более эффективен, чем обычный конденсатор емкостью, раз в 10 большей. Однако для обеспечения значительных пиковых токов нагрузки (например, при питании усилителя мощности 34) параллельно с таким конденсатором все-таки лучше подключить «обычный», емкостью от 2000 мкФ.

Если конденсаторы при работе на номинальную нагрузку (то есть на ту, на которую рассчитан преобразователь) нагреваются более чем на 10…20 °С – это однозначно свидетельствует, что у них слишком большой ESR, и они элементарно не справляются в данной схеме.

Чем больше рабочее напряжение конденсатора, тем ниже его ESR, поэтому в импульсных преобразователях желательно использовать конденсаторы как минимум с двукратным запасом по напряжению. При параллельном подключении нескольких конденсаторов (можно разной емкости) их суммарный ESR снижается. Во многих схемах параллельно с электролитическим конденсатором рекомендуется подключать керамические конденсаторы емкостью до единиц микрофарады, однако в мощных «импульсниках» эффект от их использования можно заметить разве что с помощью специальных приборов.

Во всех «импульсниках» обязателен фильтрующий конденсатор по шинам питания сравнительно большой емкости (минимум 1000 мкФ на 1 А входного тока) и с низким внутренним сопротивлением. На плате этот конденсатор должен стоять как можно ближе к ключевым элементам и соединяться с ними дорожками максимальной ширины (или проводниками с большим сечением). Его также можно составлять из нескольких параллельно соединенных конденсаторов (рабочее напряжение минимум в 1,5 раза больше максимального входного напряжения).

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты