Меню

Запуск и налаживание лабораторного блока питания

Лабораторный блок питания на транзисторах

Лабораторный блок питания (ЛБП), представленный в этой статье, имеет простую, но в то же время надежную и хорошо повторяемую схему. В качестве основных компонентов устройства используются биполярные транзисторы. ЛБП может служить для: тестирования силовых транзисторов, питания светодиодов (LED-панелей), зарядки различных типов аккумуляторов, питания электронных устройств напряжением 0–40В и током до 2,5А.

В качестве защиты от короткого замыкания лабораторного блока питания используется стабилизация выходного тока. Порог максимального тока можно установить с помощью подстроечного резистора в пределе 0,5–2,5А. Регулировка тока нагрузки в процессе эксплуатации выполняется от нуля до установленного порога с помощью переменного резистора.

Верхний предел выходного напряжения также может быть установлен с помощью подстроечного резистора в диапазоне 10–40В. Регулировка выходного напряжения в процессе эксплуатации осуществляется переменным резистором от нуля до установленного порога.

ЛБП на транзисторах

Схема лабораторного блока питания на транзисторах

Схема ЛБП надежная и имеет хорошую повторяемость, взята она из журнала Elektor Electronics №4 1999 года. Оригинал этой статьи можно скачать в формате PDF, ссылка под данной статьей.

Схема лабораторного блока питания на транзисторах

На схеме присутствует только блок самого стабилизатора. Отсутствие выпрямителя обусловлено неопределенностью номиналов компонентов исходя из конкретных параметров лабораторного блока питания.

Транзисторы T5 и T6 образуют дифференциальный усилитель, который сравнивает часть опорного напряжения с напряжением на выходе ЛБП. Опорное напряжение образует параметрический стабилизатор R7D2D3. Часть его отбирается переменным резистором P1. Выходное значение напряжения берется с делителя P4R5.

Когда Uвых ЛБП возрастает, то и на делителе P4R5 падение напряжения увеличивается. Когда значение на делителе станет больше чем установленное потенциометром P1, то транзистор T5 прикроется больше чем T6 и на резисторе R2 падение увеличится. Вследствие чего транзистор T4 откроется и подтянет базу T3 к общему проводу (Gnd). Транзисторы T3, T4 и силовой регулирующий транзистор T1 прикроются, уменьшив выходное напряжение лабораторного блока питания, до тех пор, пока значения на базах (T5 и T6) дифференциального усилителя не станут равными.

Транзистор T7 отвечает за стабилизацию тока. Его датчиком является резистор R4, через который протекает весть ток нагрузки. При возрастании тока на датчике R4, а, следовательно, и на цепи P3R6P2 падение напряжения также повысится. Это падение через токоограничивающий резистор R8 попадает на базу T7. При достижении определенного значения транзистор T7 открывается и подтягивает базу T3 через резистор R2 к общему проводу (Gnd) и на выходе эмиттерного повторителя напряжение начнет снижаться. Так работает стабилизация тока.

Максимальный (предельно возможный) ток ЛБП устанавливается подстроечным резистором P3. При P3=0, максимальный выходной ток составит 2,5А, а при P3=250кОм максимальное значение составит 500мА.

Регулировка тока нагрузки ЛБП выполняется вращением движка потенциометра P2.

Максимальное (предельное) напряжение на выходе ЛБП устанавливается подстроечным резистором P4. При P4=0 максимальное Uout=10В, а при P4=25кОм Uout=40В.

Регулировка выходного напряжения осуществляется потенциометром P1.

Компоненты схемы

В качестве подстроечных резисторов P3 и P4 лучше применить многооборотные компоненты типа «3296W». Причем, номиналы 250кОм и 25кОм я не нашел и вместо них поставил 200кОм и 20кОм.

Резистор R7 должен быть мощностью 0,5Вт. Шунт R4 лучше поставить мощностью 5Вт (греется здорово).

В качестве стабилитрона D2 я установил BZX55C 2V4, а в качестве стабилитрона D3 я установил 1N4740A.

Силовой транзистор 2N3055 можно заменить на более мощный NPN транзистор, например TIP35C, 2SC5200 или другой им подобный, но напрямую в плату их устанавливать нельзя, цоколевка не подходит, необходимо редактировать печатную плату, поэтому устанавливаем на проводах.

2SC5200 в лабораторном блоке питания

транзистор 2SC5200 в ЛБП

Транзисторы BC547/BC557 меняются на BC546/BC556.

Транзисторы дифференциального каскада (T5 и T6) желательно подобрать по коэффициенту передачи тока (h21э).

Подбор транзисторов по коэффициенту усиления

Печатная плата лабораторного блока питания

Печатную плату ЛБП я разводил под свои нужды и размеры компонентов, ссылка на нее под статьей. При желании вы можете ее откорректировать под свои требования.

Печатная плата лабораторного блока питания на транзисторах

Размер печатной платы 84×65 мм. На ней есть подписи порядковых номеров компонентов и их значения.

Обратите внимание на номера выводов переменных резисторов P1 и P2 (P2 относительно P1 развернут на угол 180 0 ). У меня они устанавливаются на шлейфах, поэтому проблем с этим нет.

Потенциометры лабораторного блока питания

Потенциометры не рекомендую устанавливать через разъемы, показанные ниже на фото. При потере их контакта, может произойти скачок выходного напряжения или не работать стабилизация по току, что приведет к выходу из строя T1.

Не рекомендую эти разъемы

Рядом с выходом на печатной плате ЛБП имеются ножевые клеммы с надписями «black», «yellow» и «red» для подключения китайского вольтамперметра. Если вы не применяете такой вольтамперметр, то просто впаиваем перемычки между клеммами «black» и «red».

А вообще, я не советую применять 4-разрядные китайские вольтамперметры, похожие на мой, так как у них малая частота обновления показаний. Очень неудобно им пользоваться и устанавливать необходимое значение.

Лабораторник на транзисторах

Китайский четырехразрядный вольтамперметр

Транзистор T1 соединяется с печатной платой с помощью проводов, в соответствии с цоколевкой на 2N3055.

Цоколевка транзистора 2N3055

Транзистор 2N3055 в лабораторном блоке питания

Установка 2N3055 на радиатор

Выпрямитель лабораторного блока питания

На схеме выпрямитель отсутствует. Автор схемы предусматривает его расчет индивидуально, под необходимые параметры.

Выпрямитель для ЛБП_Схема

Диодный мост я установил с токовым запасом. Мост KBU610 рассчитан на 6А 1000В, а также на его корпусе есть отверстие для крепления теплоотвода. Также подойдет и любой другой диодный мост на 4А и мощнее. При выборе рекомендую взять запас, цена от этого возрастет незначительно.

Емкость фильтра выпрямителя для лабораторного блока питания также рассчитывается индивидуально, исходя из требований пульсаций и параметров трансформатора. На моей печатной плате имеются два посадочных места под электролитические конденсаторы 3300мкФ 50В. Можно обойтись и грубым расчетом – 1000мкФ на каждый 1А.

Трансформатор, примененный мною, имеет две обмотки по 25В, и каждая обмотка рассчитана на 1,8А. Эти обмотки я соединил параллельно (соблюдая фазировку).

Вообще ток обмотки должен быть рассчитан на превышение тока нагрузки в √2 раз, то есть для нагрузки 2А обмотка должна быть рассчитана на 2,8А.

Не стоит забывать и про выпрямленное напряжение, которое после выпрямления, на холостом ходу, на конденсаторе фильтра будет иметь значение в √2 раз больше. То есть, для трансформатора напряжением 25В после выпрямления на емкости фильтра (C4 и C5) получится примерно 35В постоянного тока.

Внимание! Для данного лабораторного блока питания я настоятельно рекомендую не применять трансформатор с напряжением вторичной обмотки более 27В. Это обусловлено напряжением перехода коллектор-эмиттер транзисторов BC547/BC557 (оно составляет 45В) и другими предельными параметрами примененных компонентов.

Охлаждение лабораторного блока питания

Самым горячим элементом лабораторного блока питания является регулирующий силовой транзистор T1. Тепло, рассеиваемое на нем пропорционально разнице между входным и выходным значениями напряжения. Транзистор 2N3055 способен рассеять максимум 115Вт.

Таким образом, если на входе стабилизатора 37В, а на выходе мы установим значение 3В, то при токе 2,5А на транзисторе рассеивается примерно (не учитывая падение на шунте R4):

Это рядом с максимумом, учитывая, что транзистор T1 будет работать в линейном режиме и отвести от него такое количество тепла будет очень сложно. Выходом будет применение радиатора с вентилятором от ПК или применение радиатора с достаточно большой площадью поверхности (читать ниже).

При эксплуатации лабораторного блока питания с нагрузкой 1,5А – 2,5А на диодный мост можно установить небольшой теплоотвод в виде алюминиевой пластинки.

Если представить максимально тяжелый режим и на выходе лабораторного блока питания будет короткое замыкание, то в этом случае на транзисторе T1 упадет практически все напряжение (без учета падения на R4), пусть это падение будет равно 35В (берем по максимуму). При этом максимальный ток будет равен 2,5А. Мощность, рассеиваемая на транзисторе T1, будет примерно равна 80-90 Вт. Для такой мощности необходим радиатор с площадью поверхности 1500 – 2000 см 2 .

Запуск и налаживание лабораторного блока питания

  1. Проверить все номиналы компонентов по схеме (и печатной плате) ЛБП.
  2. Смыть все остатки флюса и других вспомогательных веществ.
  3. Подключить трансформатор к клеммам «AC». Лабораторный блок должен быть не нагружен – режим холостого хода.
  4. Ручки переменных резисторов P1 и P2 до упора повернуть по часовой стрелке (на максимум).
  5. К выходу ЛБП подключить вольтметр постоянного тока, выбрав необходимый диапазон измерения.
  6. Включить в сеть трансформатор и по вольтметру убедиться в присутствии напряжения на выходе лабораторного блока питания.
  7. Плавно вращая движок подстроечного резистора P4 установить необходимое максимальное значение. Это будет верхний предел выходного напряжения блока питания. Я установил значение 30В.Установка максимального напряжения на выходе ЛБП
  8. Нагрузить ЛБП постоянным резистором или электронной нагрузкой так, чтобы максимально возможный ток нагрузки не превышал 500мА. Я нагрузил ЛБП резистором 60 Ом 5Вт (ставим 60-100Ом) и поместил его в ванночку с водой. Путем вращения движка подстроечного резистора P3 выставить ток 200 мА (предварительно подключить амперметр постоянного тока в разрыв нагрузки). Прогнать ЛБП на этой нагрузке в течение 10-20 минут. Понаблюдать за нагревом. Напряжение при стабилизации тока просядет до нескольких вольт, это нормально.Нагрузил током 200мА
  9. Снять нагрузку. Кратковременно замкнуть выход лабораторного блока питания перемычкой. Убедившись, что ЛБП держит короткое замыкание (КЗ), при этом, ток нагрузки остается примерно равный ранее выставленному пределу (200 мА).
  10. Замыкаем выход резистором сопротивлением 4-15 Ом и плавно вращая, против часовой стрелки, движок P3 устанавливаем предельно максимальный ток ЛБП. Исходя из малых габаритов своего теплоотвода, я обошелся значением 1А. Если соблюдать все номиналы схемы, то максимум можно выставить 2,5А.Установка максимального тока ЛБП
  11. Опять снимаем нагрузку и снова устраиваем режим короткого замыкания, убеждаясь, что лабораторный блок его успешно терпит. Режим КЗ
Читайте также:  Блок питания адаптер ACER DA 60F19 19V 3 16A 60W

Пункты 8 и 9 рекомендую обязательно выполнять. Если не сработает схема стабилизации тока, и вы замкнете выход или нагрузите ЛБП больше чем положено, то моментально выйдет из строя силовой транзистор.

Транзисторный лабораторный блок питания

Печатная плата лабораторного блока питания на транзисторах СКАЧАТЬ

Оригинальная статья Elektor Electronics №4 1999 СКАЧАТЬ

Источник



Мощные транзисторы, применяемые в БП. Подбор и замена.

Вот небольшая подборка транзисторов, использующихся в БП.
Михаил.
KSC5027- Vceo-800V, Ic- 3A, Icp — 10A, Pd — 50W
2SC4242 — Vceo — 450v, Ic — 7A. Pd — 40W
BU508A — Vceo — 700V, Ic — 8A, Icp — 15A, Pd — 50W
ST13003 — Vceo-400v, Ic- 1.5A, Icp — 3A, Pd — 40W
MJE13003 — Vceo -400v. Ic -1.5A, Icp — 3A, Pd — 40W
2SC3457 — Vceo — 800v, Ic — 3A. P — 50w
MJE13005 — Vceo — 400v, Ic — 4A, Icp — 8A, Pd — 75w
MJE13006 — Vceo — 300v, Ic — 8A, Icp — 16A, Pd — 80w
MJE13007 — Vceo — 400v, Ic — 8A, Icp — 16A, Pd — 80w
2SC2625 — Vceo — 450v, Ic — 10A, Pd — 80w
2SC3306 — Vceo — 500v, Ic -10A, Pd — 100w
KSE13006 — Vceo — 300V, Ic — 8A, Icp — 16A, Pd — 80W
KSE13007 — Vceo — 400V, Ic — 8A, Icp — 16A, Pd — 80W
KSE13009 — Vceo — 400v, Ic — 12A, Icp — 24A, Pd — 130w
KSP2222A — Vceo- 40v, Ic — 0.6A, Pd — 0.63w
2SC945 — Vcev — 60v, Ic — 0,1A, Pd — 0.25w
2SA733 — p-n-p Vce — 60v, Ic — 0.1A, Pd — 0.25w
2SA1015 p-n-p Vce — 50v, Ic — 0.15A, Pd — 0.4w
2SA1273 p-n-p Vce — 30v, Ic — 2A, Pd — 1.0w
2SB1116A p-n-p Vce — 80v, Ic — 1.0A, Pd — 0.75w
KSC2335F — Vceo-500v, Ic — 7A, Pd — 40w.
2SC2553 — Vceo-500v, Ic — 5A, Pd — 40w.
2SC2979 — Vceo-900v, Ic — 3A, Pd — 40w.
2SC3039 — Vceo-500v, Ic — 7A, Pd — 50w.
2SC3447 — Vceo-800v, Ic — 5A, Pd — 50w.
2SC3451 — Vceo-800v, Ic -15A, Pd — 100w.
2SC3460 — Vceo-1100v, Ic — 6A, Pd — 100w.
2SC3461 — Vceo-1100v, Ic — 8A, Pd — 120w.
2SC3866 — Vceo-900v, Ic — 3A, Pd — 40w.
2SC4106 — Vceo-500v, Ic — 7A, Pd — 50w.
2SC4706 — Vceo-600v, Ic -14A, Pd — 130w.
2SC4744 — Vceo-1500v, Ic — 6A, Pd — 50w.
KSC1008 — Vceo-80v, Ic -0.7A, Pd — 0.8w.
2SA928A p-n-p Vceo-20v, Ic — 1A, Pd — 0.25w.
ZTX457 — Vceo-300V Ic — 0.5A, Pd — 1,0W

2SC2954 SOT-89 Vcbo — 35V Ic — 0.15A P = 2W
————f=500VHz Vcbo — 18V
2SC3303 2-7B1A Vcbo -100V Ic — 5A Pc =20W
—————————Vceo -80V Icp — 8A
2SC3866 SC-67 Vcbo — 900V Ic — 3A Pc = 40W
—————————-Vceo — 800V
2SC4769 TO3PML Vcbo -1500V Ic — 7A Pc =60W
On-chip damper diode Vceo -800V Icp — 16A
2SC5129 2-16E3A Vcbo — 1500V Ic — 10A Pc =50W
——————————Vceo — 600V Icp -20A
2SC5250 TO-3P-FM Vcbo — 1500V Ic — 8A Pc =50W
damper diode————-Vceo — ? Icp — 16A
2SC5352 2-16c1A Vcbo — 600V Ic -10A Pc = 80W
———————————Vceo -400V Icp- 15A
2SC5353 SC-67 Vcbo -900V I c -3A Pc =25W
———————————Vceo -800V Icp -5A
BU508A/ AF1 TO-218 Vces — 1500V Ic -8A Pc =125W
———————————Vceo -700V Icm -15A
BU1508AX SOT186A Vcesm — 1500V Ic — 8A Ptot =35W
———————————-Vceo — 700V Icm — 15A
BU2520DF SOT199 Vcesm — 1500V Ic — 10A Ptot =45W
damper diode——————Vceo — 800V Icm -25A
BU2527AX SOT399 Vcesm — 1500V Ic — 12A Ptot = 45W
———————————-Vceo — 800V Icm -30A
BUH315D ISOWATT218 Vcbo — 1500V Ic — 6A Ptot =44W
damper diode——————Vceo — 700V Icm — 12A

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
  • 6
  • 7
  • 8
  • 9
  • .
  • 36
  • next page

KSC5027
Кстати, близок по параметрам:
2SC5353 900/800V 3A TO-220F
_________________
Нет в человеках ничего человеческого.

Источник

Простой метод выбора ключевых транзисторов для импульсных источников питания

Создайте тему на любом форуме, связанным с радиоэлектроникой, с вопросом: «Как выбрать ключи в ИИП?».
Ответы будут самые разнообразные: от «выбирай ключи по напряжению и максимальному току» до «выбирай ключи по графику Maximum Safe Operating Area». Сюда входят все вариации типа «выбирай на ток вдвое больше максимального тока первичной обмотки» до «надо чтобы мощность, выделяемая при падении напряжения на сопротивлении открытого перехода, была меньше максимальной рассеиваемой мощности корпуса».

Вот весь этот бред читают новички и далее «делятся опытом» с другими. Жуть, да и только.
Вот, к примеру, знаменитый график Maximum Safe Operating Area (оно же ОБР, область безопасной работы) для ключа IRFS840B:

Посмотрите на него внимательно. Посмотрите, какие оси создают этот график. Посмотрели? Больше никогда не смотрите в его сторону.
На этот график призывают смотреть люди, пришедшие из аналоговой линейной техники, линейных усилителей или линейных стабилизаторов.

Чем может быть полезен этого график для разработки импульсных преобразователей или импульсных же усилителей (они же D-класс или цифровые)? Ничем.
А, ну не совсем так: этот напоминание о том, что у полевых транзисторов отсутствует вторичный пробой и что транзистор может быть пробит как при превышении максимального рабочего напряжения, так и при превышении максимального тока через него.
Много это нам дало? Не-а, вообще ничего, это всё в начале даташита указывается словами.

Надо сказать честно, что тот график в отдельных даташитах действительно вводит в заблуждение неподготовленного человека, ибо иногда к таким графикам идет ещё один, указывающий зависимость выхода за ОБР от частоты работы транзистора. Но это всё для линейной техники, для тех ситуаций, когда есть недооткрытое или недозакрытое состояние транзисторов, когда есть некие переходные процессы.

Мы же собираемся делать технику, которая использует только 2 состояния транзистора: полностью открытое и полностью закрытое, никаких средних значений. Исходя из того, что график ОБР нам лишний раз напоминает: вторичного пробоя у полевых транзисторов нет. Следовательно, изначально нас сдерживают только 2 параметра: максимальная рабочая температура кристалла Tj, указывающая на то, когда начнется тепловой пробой, и максимальное рабочее напряжение исток-сток Vdss, определяющее, когда начнется электрический пробой.
Косвенно удерживает параметр ток стока Id, который влияет на нагрев кристалла.

Читайте также:  1 Требования техники безопасности

Процесс выбора транзистора

Теперь, попробуем разобраться с вопросом подбора транзистора. С вопросом максимального напряжение ни у кого не должно возникнуть сомнений. Просто для страховки берем ключ на 200 Вольт больше, чем максимальное действующее напряжение в схеме. Например, в ИИП я советую 600-вольтовые ключи, не ниже.

Вопрос в том, что делать с температурой. Она таки считается! Для теплового расчета надо всего лишь узнать, сколько Ватт потерь получится при работе ключа и как сильно надо его охладить, чтобы не случилось теплового пробоя.
Если результат меньше Tj, то использовать такой транзистор можно. Если больше, увы и ах, но надо выбирать дальше.

Из чего состоит нагревание? Для начала из статических потерь, связанных с сопротивлением перехода Rds on, которое влияет на падение напряжения на переходе, в зависимости от протекающего через ключ тока. Это падение напряжение вызывает выделение мощности на кристалле и нагрев транзистора в открытом состоянии. Считается как произведение квадрата среднего тока импульса Iимп на сопротивление перехода Rds on и коэффициента заполнения Кзап. Последний показывает, какую часть времени транзистор открыт.

В большинстве радиолюбительских конструкции мостовых и полумостовых преобразователей и усилителей Кзап не выше 0.45, а дальнейшее увеличение его не приводит ни к чему особенно хорошему, кроме сильной боли в голове или ж…
Так, ладно, со статическими потерями разобрались.

Теперь динамические потери. Эти потери — основная проблема в преобразователях на полевых транзисторах с жесткой коммутацией ключей. Они возникают в момент включения и выключения ключа. Так сказать, потери на переходных процессах. И чем выше частота преобразования, тем выше динамические потери. А ниже делать частоту тоже не хочется, ведь тогда вырастают размеры трансформатора.

Есть резонансные или квазирезонансные схемы, позволяющие значительно снизить динамические потери, но это уже сложная техника, к которой никак не подходит выражение «простой расчет».

Итак, динамические потери состоят из потерь при включении и потерь при выключении. Считается как произведение тока в начале ( Ir) или конце ( If) импульса, напряжения питания ( Uпит) и времени нарастания ( Tr) или спада ( Tf), разделенное на двойной период импульса. Хочу сразу заметить: отдельно считаются потери при включении и отдельно при выключении, а потом суммируются.

Теперь охлаждение. Основная проблема охлаждения — тепловое сопротивление между разными материалами. У транзистора таких мест 2: между кристаллом и корпусом транзистора, а так же между корпусом транзистора и радиатором. Эти значения табличные и не требующие вычислений. Первое значение берется из даташита на транзистор. Второе тоже можно взять оттуда, если оно там имеется. Если нет, то берётся усредненное значение.

Итак, потери подсчитаны, пора применять в деле. Первым делом, складываем потери динамические и статические, получаем общие потери — это сколько Ватт надо отвести от кристалла.

Затем складываем тепловые сопротивления.

Теперь умножаем общие потери на тепловое сопротивление. Получившийся результат — та температура, которую нужно «сдувать» с радиатора. Вычтем из ожидаемой рабочей температуры получившуюся, и на выходе нас ждет ожидаемая температура радиатора.
Именно по ней можно оценить, подходит или нет транзистор.

Как? Очень просто. Ожидаемая температура радиатора не может быть ниже температуры окружающей среды при естественном охлаждении. То есть, если у вас получился результат +24°, а на улице +32° то всё, кранты! Транзисторы ждёт тепловой пробой, потому как никакой супервентилятор не сможет охладить радиатор до 24 градусов, если температура воздуха выше. Совсем печально, если результат получился отрицательным. Если у вас нет фреоновой или азотной системы охлаждения, лучше выбрать другой транзистор.

Тонкости

Разумеется, в деле, подобном этому, есть свои тонкости и особенности. В целом, можно это охарактеризовать выражением «не доводи до крайностей», которое весьма полно объясняет чего нельзя делать, чтобы не бабахнуло.

В первую очередь это касается температур. Tj — это максимальная рабочая температура кристалла транзистора, фактически потолок его работоспособности. Было бы как минимум нелепо использовать это значение при расчете. Никогда не загоняйте параметры в угол, всегда оставляйте место для маневра.

Я, к примеру, использую в расчёте температуру на 5-10° ниже, и обзываю ее «Температура ожидаемая» — T ож.. Так как наиболее часто Tj указывается в районе 125° Цельсия, я использую в расчете 115-120°.

Далее, температуру окружающей среды для оценки тоже не следует брать наобум. Есть утвержденные ГОСТы, хотя можно просто принять для средней полосы +35° и +45° для южных регионов. Это для того, чтобы в набитом людьми помещении летом техника не сгорела синим пламенем. Ну и для случаев колебания температур.
Для работы на открытом воздухе под солнцепеком есть еще более жесткие условия, но это уже за рамками радиолюбительства.

Далее о напряжениях. Всегда стоит сделать запас прочности по допустимому напряжению. Опять-таки, в даташите параметр Vdss — предельный. И подбор транзистора строго под выпрямленное напряжение сети может сыграть злую шутку. Посчитаем: при напряжении в сети 220 Вольт на выходе мостового выпрямителя будет 310 Вольт. Однако в реальности в сети редко бывает 220 Вольт, и скачки до 20%, увы, обыденное явление. И что же будет, если напряжение в сети увеличится на эти 20%? На выходе выпрямителя будет уже 378 Вольт. Добавим сюда шум от сварочника и, вуаля, 400-вольтовый ключ искрится и взрывается.

Мне довелось отремонтировать очень много усилителей, в которых многочисленные дядюшки Ляо экономили на транзисторах. Не делайте так, разочарований будет куда больше экономии.

Как-то блуждая по просторам интернета, я наткнулся на аппноут IR, рекомендовавший выбирать ключи с запасом в 200 — 250 Вольт от максимального напряжения в схеме. Увы, этот аппноут я не сохранил, а затем найти его не смог. У кого-то есть сомнения, что он вообще существует, но сама рекомендация звучит достаточно трезво, пусть и относительно недёшево.

Теперь о сопротивлении перехода. В открытом состоянии идеальный ключ должен пропускать весь ток без потерь. Увы, живём мы в неидеальном мире. В настолько неидеальном, что маркетологи с удовольствием этим пользуются. Открывая даташит любого полевого транзистора можно увидеть маленькую характеристику Rds on, написанную большим шрифтом. Так вот: это сопротивление перехода при некоей „комнатной“ температуре в 20-25 градусов. Для того же IRFS840B указывается 0,8 Ома.

Это всё красиво только на словах, на деле кристалл в процессе работы будет нагреваться, что неизбежно приведет к увеличению сопротивления открытого перехода. Об этом мало кто помнит, но именно на это надо опираться, при выборе подходящего транзистора.
Чаще всего в даташитах не указывают эти печальные цифры, а лишь приводят график температурного коэффициента сопротивления ТКС, вот он для выбранного нами транзистора:

Как видно на графике, при нагревании сопротивление открытого перехода быстро увеличивается, и для рекомендованных мною максимальных рабочих 120° ТКС открытого канала уже составляет 2,1 Ома, а значит из приятных 0,8 Ом уже получаются малоприятные 1,68 Ома. Печаль, да и только, но с этим надо считаться.

Ну и последняя из тонкостей. Обязательно учитывайте крайние характеристики транзистора. В таблицах даташита всегда указывается три значения: минимальное, типичное и максимальное (или лучшее, типичное и худшее). Это касается практически всего. Например, время открытия и время закрытия. Причем с маркетинговой точки зрения делается упор именно на типичное время открытия и закрытия. Так, например, для IRFS840B типичное время нарастания составляет 65 нс, что и пишется всюду, хотя отдельные экземпляры доходят до 140 нс, что более чем в 2 раза дольше! Соответственно, для расчета необходимо использовать именно худшее значение, если нет желания отбирать транзисторы для конструкции.

Подытожим

Для выбора ключевого транзистора необходимо:

  1. Всегда помнить о неидеальности условий окружающей среды
  2. Использовать в расчете параметры наихудших экземпляров
  3. Всегда оставлять запас и место для маневров
  4. Иметь ввиду тепловые изменения параметров
  5. Не давать кристаллу перегреваться
  6. Не допускать перенапряжения из-за плохой сети

Все остальное считается и выбирается.

И вот здесь у меня для вас есть бонус. Так как я всё же ленив, то сделал таблицу в Excel, которая сама всё посчитает. Остается только сделать вывод о пригодности или непригодности транзистора.

Читайте также:  Проверка блока питания компьютера мультиметром

Файлы

Краткая инструкция по использованию: редактируются только желтые ячейки, данные вписываются исходя из проектируемой конструкции (частота преобразования, напряжение питания, коэффициент заполнения) и из даташита на транзистор (все остальное).
В зеленых ячейках получаем результаты. Как интерпретировать, читайте выше.

Для преобразователей с жесткой коммутацией ключей (традиционные) ток в начале импульса ( Ir) и ток в конце импульса ( If) равны среднему току импульса.

Для нетрадиционных вариантов типа резонансных ZVC и прочих — согласно расчету, вплоть до 0.
Для примера, в таблицу уже внесены данные на полюбившийся IRFS840B, в полумостовом преобразователе с жесткой коммутацией ключей со средним током первичной обмотки 2А.

Очень надеюсь, что этот маленький опус поможет выбрать транзисторы правильно и при этом не убить нервы.
Всем удачи! Спасибо за внимание!

Источник

Блок питания транзистор параметры

Блок питания «Проще не бывает». Часть вторая

Автор:
Опубликовано 01.01.1970

Ага, все-таки зашел? Что, любопытство замучило? Но я очень рад. Нет, правда. Располагайся поудобнее, сейчас мы вместе произведем некоторые нехитрые расчеты, которые нужны, чтобы сварганить тот блок питания, который мы уже сделали в первой части статьи. Хотя надо сказать, что эти расчеты могут пригодиться и в более сложных схемах.

Итак, наш блок питания состоит из двух основных узлов — это выпрямитель, состоящий из трансформатора, выпрямительных диодов и конденсатора и стабилизатор, состоящий из всего остального. Как настоящие индейцы, начнем, пожалуй, с конца и рассчитаем сначала стабилизатор.

Схема стабилизатора показана на рисунке.

Это, так называемый параметрический стабилизатор. Состоит он из двух частей:
1 — сам стабилизатор на стабилитроне D с балластным резистором R б
2 — эмиттерный повторитель на транзисторе VT.

Непосредственно за тем, чтобы напряжение оставалось тем каким нам надо, следит стабилизатор, а эмиттерный повторитель позволяет подключать мощную нагрузку к стабилизатору. Он играет роль как бы усилителя или если угодно — умощителя.

Два основных параметра нашего блока питания — напряжение на выходе и максимальный ток нагрузки. Назовем их:
Uвых — это напряжение
и
Imax — это ток.

Для блока питания, который мы отгрохали в прошлой части, Uвых = 14 Вольт, а Imax = 1 Ампер.

Сначала нам необходимо определить какое напряжение Uвх мы должны подать на стабилизатор, чтобы на выходе получить необходимое Uвых.
Это напряжение определяется по формуле:

Откуда взялась цифра 3? Это падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер транзистора VT. Таким образом, для работы нашего стабилизатора на его вход мы должны подать не менее 17 вольт.

Определим, какой нам нужен транзистор VT. Для этого нам надо определить, какую мощность он будет рассеивать.

Тут надо учесть один момент. Для расчета мы взяли максимальное выходное напряжение блока питания. Однако, в данном расчете, надо наоборот брать минимальное напряжение, которое выдает БП. А оно, в нашем случае, составляет 1,5 вольта. Если этого не сделать, то транзистор может накрыться медным тазом, поскольку максимальная мощность будет рассчитана неверно.
Смотри сам:

Если мы берем Uвых=14 вольтам, то получаем P max =1.3*(17-14)*1=3.9 Вт.
А если мы примем Uвых=1.5 вольта, то P max =1.3*(17-1.5)*1=20,15 Вт

То есть, если бы не учли этого, то получилось бы, что расчетная мощность в ПЯТЬ раз меньше реальной. Разумеется, транзистору это сильно не понравилось бы.

Ну вот, теперь лезем в справочник и выбираем себе транзистор.
Помимо только что полученной мощности, надо учесть, что предельное напряжение между эмиттером и коллектором должно быть больше Uвх, а максимальный ток коллектора должен быть больше Imax. Я выбрал КТ817 — вполне приличный транзистор.

Фу, ну вроде с этим справились. Пошли дальше.

Считаем сам стабилизатор.

Сначала определим максимальный ток базы свежевыбранного транзистора ( а ты как думал? в нашем жестоком мире потребляют все — даже базы транзисторов).

I б max =I max / h21 Э min

h21 Э min — это минимальный коэффициент передачи тока транзистора и берется он из справочника Если там указаны пределы этого параметра — что то типа 30…40, то берется самый маленький. Ну, у меня в справочнике написано только одно число — 25, с ним и будем считать, а что еще остается?

I б max =1/25=0.04 А (или 40 мА). Не мало.

Ну давайте будем теперь искать стабилитрон.
Искать его надо по двум параметрам — напряжению стабилизации и току стабилизации.

Напряжение стабилизации должно быть равно максимальному выходному напряжению блока питания, то есть 14 вольтам, а ток — не менее 40 мА, то есть тому, что мы посчитали.
Полезли опять в справочник.

По напряжению нам страшно подходит стабилитрон Д814Д, к тому же он у меня был под рукой. Но вот ток стабилизации… 5 мА нам никак не годится. Чего делать будем? Будем уменьшать ток базы выходного транзистора. А для этого добавим в схему еще один транзистор. Смотрим на рисунок. Мы добавили в схему транзистор VT2. Сия операция позволяет нам снизить нагрузку на стабилитрон в h21Э раз. h21Э, разумеется, того транзистора, который мы только что добавили в схему. Особо не думая, я взял из кучи железок КТ315. Его минимальный h21Э равен 30, то есть мы можем уменьшить ток до 40/30=1.33 мА, что нам вполне подходит.

Теперь посчитаем сопротивление и мощность балластного резистора R б .

R б =(Uвх-Uст)/(I б max +I ст min )

где Uст — напряжение стабилизации стабилитрона,
Iст min — ток стабилизации стабилитрона.

R б = (17-14)/((1.33+5)/1000) = 470 Ом.

Теперь определим мощность этого резистора

P rб =(U вх -U ст )2/R б .

P rб =(17-14)2/470=0,02 Вт.

Собственно и все. Таким образом, из исходных данных — выходного напряжения и тока, мы получили все элементы схемы и входное напряжение, которое должно быть подано на стабилизатор.

Однако не расслабляемся — нас еще ждет выпрямитель. Уж считать так считать, я так считаю (каламбур однако).

Итак, смотрим на схему выпрямителя.

Ну, тут все проще и почти на пальцах. Учитывая то, что мы знаем, какое напряжение нам надо подать на стабилизатор — 17 вольт, вычислим напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Для этого пойдем, как и в начале — с хвоста. Итак, после конденсатора фильтра мы должны иметь напряжение 17 вольт.

Учитывая то, что конденсатор фильтра увеличивает выпрямленное напряжение в 1,41 раза, получаем, что после выпрямительного моста у нас должно получиться 17/1,41=12 вольт.
Теперь учтем, что на выпрямительном мосту мы теряем порядка 1,5-2 вольт, следовательно, напряжение на вторичной обмотке должно быть 12+2=14 вольт. Вполне может случится так, что такого трансформатора не найдется, не страшно — в данном случае можно применить трансформатор с напряжением на вторичной обмотке от 13 до 16 вольт.

Едем дальше. Определим емкость конденсатора фильтра.

C ф =3200I н /U н K н

где Iн — максимальный ток нагрузки,
Uн — напряжение на нагрузке,
Kн — коэффициент пульсаций.

В нашем случае
Iн = 1 Ампер,
Uн=17 вольтам,
Kн=0,01.

C ф =3200*1/14*0,01=18823.

Однако, поскольку за выпрямителем идет еще стабилизатор напряжения, мы можем уменьшить расчетную емкость в 5…10 раз. То есть 2000 мкФ будет вполне достаточно.

Осталось выбрать выпрямительные диоды или диодный мост.

Для этого нам надо знать два основных параметра — максимальный ток, текущий через один диод и максимальное обратное напряжение, так же через один диод.

Необходимое максимальное обратное напряжение считается так

U обр max =2U н , то есть U обр max =2*17=34 Вольта.

А максимальный ток, для одного диода должен быть больше или равен току нагрузки блока питания. Ну а для диодных сборок в справочниках указывают общий максимальный ток, который может протекать через эту сборку.

Ну вот вроде бы и все про выпрямители и параметрические стабилизаторы.
Впереди у нас стабилизатор для самых ленивых — на интегральной микросхеме и стабилизатор для самых трудолюбивых — компенсационный стабилизатор.

Источник