Диаграмма области безопасной ра­боты высоковольтного импульсного транзи­стора

В ОБР можно выделить статическую и динамическую зоны. В статической зоне (обведена на рис. 14 сплошной линией) тран­зистор может работать неопределенно долго. В динамической зо­не время пребывания транзистора в состоянии с заданными то­ком и напряжением коллектора уменьшается с ростом их значе­ний. Динамическая зона ОБР обычно дается для моноимпуль­сного режима, при котором 6 = tK/T->0 (tn — длительность импуль­сов мощности; Т — период их повторения). Для перехода к ре­альному динамическому режиму с конечным значением б исполь­зуется приближенный расчет. Этот расчет основан на эмпириче­ских зависимостях коэффициента К=Rти/Rт (где RTи, RT — им­пульсное и статическое значения теплового сопротивления пере­ход — корпус) от tK и б (рис. 15,а), а также коэффициента Кв­от температуры корпуса (рис. 15,6). Участок границы 2 — 3 ОБР рассчитывают по формуле:

где Tпер — температура перехода (обычно равная 125°С); Г0кр — температура окружающей среды; RГк — тепловое сопротивление корпус — теплоотвод; RT — тепловое сопротивление переход — корпус. Коэффициент дв условно характеризует снижение порого­вого напряжения вторичного пробоя от температуры корпуса. Участок границы 3 — 4 ОБР рассчитывается по формуле:

IК max = Uкэmах (6=/=0) = KвIК mахUКЭ max (6 = 0).

Рис. 15. Зависимость коэффициента сниже­ния Ri в импульсном режиме от длитель­ности и скважности импульсов (а), относи­тельное снижение мощности, рассеиваемой на коллекторе, и коэффициента kв от тем­пературы корпуса (б)

Температуру корпуса ГКОрп либо измеряют, либо рассчитыва­ют через мощность на коллекторе и тепловое сопротивление. Та­ким образом, может быть построена динамическая ОБР для за­данных б и tи. Анализируя режим работы транзистора в ИИЭ, на­до следить за тем, чтобы рабочая точка не выходила за пределы построенной динамической ОБР.

В табл. П2, ПЗ приложения приведены сведения об отечест­венных высоковольтных мощных транзисторах, которые можно использовать в ИИЭ.

ДВУХТАКТНАЯ ПОЛУМОСТОВАЯ СХЕМА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Возможны два варианта использования такой схемы в бы­товой РЭА: в режиме самовозбуждения и с внешним запуском. Первый вариант может быть рекомендован для сравнительно не­дорогих устройств, так как в них трудно организовать надежную защиту транзисторов от аварийных режимов. Второй вариант предпочтителен для высококачественной полупрофессиональной аппаратуры.

Рис. 9. Схема двухтактного полумостового преобразователя с самовозбужде­нием (а) и эквивалентная схема частотно-задающей цепи (б)

На рис. 9 изображена принципиальная схема полумостового преобразователя с самовозбуждением. Работа подобных преобра­зователей подробно описана в [1, 3].

Заметим, что для ИИЭ, работающих от сети, совершенно не­допустимо использование автоколебательных преобразователей, частота переключения которых определяется насыщением силово­го импульсного трансформатора, так как это приводит к аварий­ным режимам высоковольтных транзисторов, работающих на границе области безопасных режимов (ОБР) по току и напряжение коллектора. Поэтому в схеме рис. 9 предусмотрен дополнитель­ный маломощный трансформатор Т1, насыщение которого опре­деляет частоту автоколебаний преобразователя. Приведем основ­ные расчетные соотношения для такого преобразователя [1].

Размах тока открытого транзистора

IKmax= 2I2 U2/nп(Uвх — 2UKон)                                                               (10)

где I2, U2 — ток и напряжение нагрузки, Uвх — напряжение на входе преобразователя; nп — его КПД, UкЭя — напряжение на­сыщения транзисторов.

Частота преобразователя

F = U1 104/4w1BmQcmKc,                                                                         (11);

где Ui — амплитуда напряжения на первичной обмотке трансфор­матора Tl; Wi — число витков обмотки; Вт — индукция насыще­ния материала магнитопровода 77, в теслах; Qcm — сечение маг­нитопровода, в квадратных сантиметрах; Kс — коэффициент за­полнения магнитопровода.

Размер магнитопровода силового трансформатора Т2 выбира­ют согласно формуле (11), магнитопровод трансформатора П обычно делают в виде ферритового кольца с внешним диаметрой 8 — 10 мм из материалов 1500 НМЗ, 2000 НМЗ, выпускаемых прв-мышленностью.
Число витков wl и напряжение Ui выбирают и основе анализа процессов, протекающих во входных цепях трам» зисторов VT1, VT2, эквивалентная схема которых приведена is рис. 9,6. С помощью резистора R1 во входной цепи организовав режим генератора тока. Для этого необходимо, чтобы R1=(5 — 10)R'бэ, R'бэ=RбэR2, n=wi/w6, где Rбэ — динамическое сопротив­ление цепи база — эмиттер в рабочей точке входной характери­стики.

Для надежного и быстрого переключения необходимо, чтобы приращение тока ДI индуктивности первичной обмотки после на­сыщения трансформатора оказалось примерно равным минималь­ному току базы IБ min, при котором транзистор насыщен. Тогда почти весь ток, протекающий через R1, потечет через L1 и транзистор выключится. Ток через L1 до момента насыщения выбирается в 1,5 — 3 раза больше I'Б min = IБmin/n. Отсюда мож­но получить простое ориентировочное соотношение для L1 — ин­дуктивности первичной обмотки ненасыщенного трансформатора (при его выводе принято, что ILl = 2IБЭmin): L1=n2UБЭ/4fIБЭmin. (12)

Пример. Рассчитать выходной каскад полумостового преоб­разователя (по схеме рис. 9, а) для стереофонического усилите­ля, потребляющего 200 Вт в режиме максимальной отдаваемой мощности.

1. Поскольку речь идет об источнике питания для высокока­чественного усилителя с полосой воспроизводимых частот 20 Гц — 20 кГц, выбираем частоту преобразователя заведомо выше f  = 30 кГц.

2. Определяем максимальный коллекторный ток транзисторов по формуле (10). Принимая nn = 0,75, P2 max =100 Вт, Uкэн = 3 В, получим Iкmах = 2*200/0,75*278 = 1,9 А.

3 Выбираем транзистор КТ840Б, как наилучшим образом удовлетворяющий поставленным требованиям. Принимая h21Э=15, находим IBmin=127 мА. По входным характеристикам транзистора определяем UБЭ ~ 1 В при IБ =127 мА. При U БЭ = = 1 В находим динамическое сопротивление Rбэ = 0,15 Ом.

4. По формуле (12), принимая n = 2, определяем индуктив­ность первичной обмотки ненасыщенного трансформатора Т1: Li = 4*1/4*30*103*127 = 262 мкГн.


Выбираем магнитопровод KJX Х4Х4, для которого находим число витков первичной обмотки трансформатора по формуле w =SQR(L1l* 10~2/мS) (где l=1,7 см — средняя длина силовой линии; 5 = 6 мм2 — сечение магнитопрово-да, )i = 2,76-10~3 Гн/м — абсолютная максимальная магнитная про­ницаемость в режиме перемагничивания по полному циклу),

5. Находим R1 = 70n2Rбэ = 70-4-0,15 = 42 Ом.

6. Рассчитываем напряжение на обмотке wl трансформато­ра Т2 (полуразмах) как сумму падения напряжения на резисто­ре R1 с приведенным к первичной обмотке Т1 напряжением U'БЭ = UБЭn: Uw2 =R1IBm,n+U'BЭ = 42.0,127+1 -2 = 7,33 В.

7. Производим проверочный расчет частоты переключения преобразователя по формуле (11), принимая для материала 2000 НМЗ Бт = 0,176 Т: f = 2*10-4/4*15*0,176*6*10-2 = 31,5 кГц.

ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДЕЛИЙ РЭА, ПРИМЕНЯЕМЫХ В ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКАХ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

ДВУХТАКТНЫЙ ПОЛУМОСТОВОИ АВТОГЕНЕРАТОР

На рис. 29 приведена схема ИИЭ, .предназначенного для стереофоничес­ких усилителей с выходной мощностью 2X20 Вт. Как известно, выходные двух­тактные каскады таких усилителей некритичны к напряжению питания, кото­рое, как правило, не стабилизируется. Преобразователь выполнен по простей­шей схеме двухтактного полумостового автогенератора с маломощным насы­щающимся трансформатором в цепи ОС. Выходное напряжение, питающее мощные каскады усилителя, не стабилизируются. Питание маломощных пред­варительных каскадов стабилизировано с помощью обычного линейного стаби­лизатора компенсационного типа (на рис. 29 не показан).

Для первоначального запуска автогенератора применена релаксационная схема на транзисторах VTl, VT2. Импульсом положительной полуволны сете­вого напряжения, снимаемого с одного из плеч выпрямительного моста, через резистор R1 заряжается конденсатор С2. Одновременно заряжается конденса­тор С1 и, когда напряжение на нем достигает 0,6 — 0,7 В, оба транзистора от­пираются, конденсатор С2 разряжается через них и первичную обмотку транс­форматора 77. Это вызывает включение транзистора VT3 и последующее возбуждение автоколебаний преобразователя. Отрицательная полуволна напряже­ния, снимаемого с обмотки ОС w2 силового трансформатора 73, выпрямляется диодами VD1, VD2 и заряжает конденсатор С1.

Рис. 29. Источник импульсного электропитания для стереофонических усилите­лей на базе двухтактного полумостового автогенераторного преобразователя

Отрицательное напряжение на С1 запирает транзистор VT2, так что ре­лаксационный генератор не может сработать с приходом последующих импуль­сов сетевой частоты. Благодаря последовательному включению диодов VD1, VD2 обеспечено надежное первоначальное включение релаксационного генера­тора. Резистор R6 ограничивает отрицательное напряжение, до которого заря­жается С1, предотвращая возможность пробоя эмиттерного перехода VT2.

В преобразователе использован режим ступенчатого выхода на номиналь­ную мощность.
Для этого в цепи выпрямительного моста установлен мощный резистор R9 (75 Ом), шунтированный контактами реле К1. Обмотка реле под­ключена к выходу преобразователя ( — 25 В) через интегрирующую цепочку R8C22. Таким образом, включение реле задерживается на несколько миллисе­кунд по отношению к включению преобразователя, который начинает работу при пониженном напряжении питания. После замыкания контактов К1 преоб­разователь выходит в режим номинальной мощности.

Для уменьшения длительности фронтов импульсов тока через транзисто­ры преобразователя применен трансформатор тока Т2. Его первичная обмотка wl, состоящая всего из одного витка, включена в цепь коллекторных токов транзисторов. На вторичной обмотке w2 наводятся короткие импульсы напря­жения, соответствующие моментам резкого спада токов коллектора при вы­ключении транзисторов. Полярность включения обмоток трансформаторов Т1 и Т2 такова, что возникающая ОС — положительная. Основные параметры пре­образователя:

Номинальная мощность в нагрузке при напряжении сети 220 В,

не менее................                                                                                                                         100 Вт

Выходное напряжение при номинальной мощности, не менее .                                    27 5 В

Выходное напряжение при мощности в нагрузке 10 Вт, не более                   31 В

Коэффициент полезного действия при ЯН=ЮО Вт . . . .                                                     85%

Частота работы преобразователя, кГц ........                                                                          25 — 30

Намоточные данные трансформаторов приведены в табл. 2.

Функ­циональная схема ИИЭ

Выпрямительная секция ИИЭ, как правило, выполняется по мостовой схеме. Промышленностью освоен ряд мостовых выпря­мителей в моноблочном исполнении (см. табл. П1), которые мо­гут быть использованы в ИИЭ, рассчитанных на различные мощ­ности до 300 — 500 Вт. На входе выпрямителя устанавливается LC-фильтр, назначение которого — ослабить уровень помех, поступающих от преобразователя в сеть. Последовательно в цепь нагрузки и конденсатора сглаживающего фильтра Сф иногда вклю­чают резисторы Rl, R2 сопротивлением 1 — 50 Ом (в зависимости от мощности ИИЭ), служащие для ограничения импульсных то­ков через диоды моста.

Ниже будут приведены сведения о типах отечественных кон­денсаторов, которые можно использовать в качестве Сф. Необхо-мо отметить, что через Сф протекает также импульсная состав­ляющая тока транзисторов преобразователя, работающего на ча­стоте 16 — 40 кГц. Как правило, конструкция высоковольтных электролитических конденсаторов, используемых в качестве Сф, не обеспечивает достаточно малого полного сопротивления на этих частотах, поэтому конденсаторы могут перегреваться из-за про­текания высокочастотных импульсных токов. Поэтому Сф обычно шунтируется конденсатором пленочного или керамического типа емкостью 0,047 — 0,47 мкФ.

В зависимости от назначения и заданных параметров ИИЭ может содержать различные дополнительные блоки и цепи: ста­билизаторы напряжений, устройства защиты от перегрузок и ава­рийных режимов, цепи первоначального запуска, подавления по­мех и др. Однако определяющим узлом любого ИИЭ является ключевой преобразователь напряжения и в первую очередь его силовая часть (мощный выходной каскад). Выходные каскады преобразователей напряжения можно разделить на два больших класса: однотактные и двухтактные.

Бытовая РЭА отличается большим диапазоном потребляемой мощности — от единиц ватт для радиоприемников и переносных кассетных магнитофонов до 300 — 400 Вт для мощных высокока­чественных стереофонических усилителей.
Первоначально на­ибольшее распространение ИИЭ получили в телевизорах с клю­чевым силовым блоком — выходным каскадом строчной разверт­ки. Разновидности ИИЭ для телевизоров зачастую выполняют те же функции, что и выходной каскад строчной развертки (напри­мер, формирование напряжений питания выходных видеоусилите­лей, маломощных каскадов трактов усиления промежуточных ча­стот звука и изображения и др.), и иногда их применяют на ча­стоте строчной развертки. Это обстоятельство, а также относи­тельно высокая стоимость высоковольтных ключевых транзисто­ров привели к тому, что в телевизорах нашли распространение схемы ИИЭ, построенные исключительно на однотактном прин­ципе.

Из всех известных двухтактных схем в бытовой аппаратуре (преимущественно в усилителях звуковой частоты) используют полумостовую схему [1]. Эта схема может обеспечивать в нагруз­ке сравнительно большую мощность (300 — 400 Вт) при наличии всего лишь двух высоковольтных ключевых транзисторов. Одно­тактные схемы в этом диапазоне выходных мощностей оказыва­ются не эффективными из-за резкого увеличения габаритных раз­меров и массы импульсных трансформаторов и ухудшения режимов ключевых транзисторов. В последнее время, в связи с улуч­шением технологии производства и удешевлением высоковольт­ных ключевых транзисторов с напряжением коллектора 500 — 700В, двухтактная полумостовая схема с самовозбуждением начинает находить применение в ИИЭ меньшей мощности ввиду ее просто­ты и экономичности. Особенно предпочтительна она для аппара­туры, в которой отсутствуют значительные изменения мощности в нагрузке или изменения выходных напряжений, возникающие при колебаниях мощности, несущественны.

К ИИЭ, применяемым в бытовой РЭА, предъявляются жест­кие и противоречивые требования, заставляющие разработчика тщательно подходить к выбору элементной базы, схемотехники и конструкции. Во-первых, это требование низкой стоимости. Сто­имость современных блоков питания с сетевыми трансформато­рами составляет не более 10 — 15% от стоимости самой аппара­туры.


На таком же уровне желательно сохранить и стоимость ИИЭ. Во-вторых, техника безопасности требует, чтобы изоляция между сетевыми проводами и вторичными цепями ИИЭ выдержи­вала пробивное напряжение не менее 2 кВ. Это предъявляет серь­езные требования к качеству изготовления импульсного транс­форматора, а также к конструкции ИИЭ в целом, которая долж­на к тому же обеспечивать высокую ремонтопригодность.

Наконец, очень высоки требования к уровню помех, излучаемых в сеть и наводимых на цепи аппаратуры. Так, согласно ГОСТ 23511 — 79 квазипиковое напряжение помехи, создаваемой на сетевых зажимах бытовой радиоаппаратуры (кроме телевизо­ров) в диапазоне частот от 0,15 до 0,5 МГц, не должно превы­шать 1000 мкВ, а для частот выше 0,5 МГц — 400 мкВ. Согласно ГОСТ 24388 — 80 отношение сигнал-шум для высококачественных стереофонических усилителей, в которых использование ИИЭ да­ет наиболее ощутимый экономический эффект, должно быть не менее 58 дБ. Это заставляет очень тщательно проектировать кон­струкцию ИИЭ.

Рассмотрим основные принципы работы различных выходных каскадов преобразователей напряжения ИИЭ для бытовой радио­аппаратуры.

КОНДЕНСАТОРЫ

Важное значение для повышения КПД и надежности ИИЭ имеет выбор алюминиевых электролитических конденсаторов, используемых в качестве фильтрующих как на входе пре­образователя, так и на его выходах. На входе преобразователя используется, как правило, однозвенный фильтр, причем часто со­противлением фильтра является внутреннее сопротивление выпря­мительного моста.

Рабочее напряжение конденсатора входного фильтра Сф дол­жно быть не менее 350 В, так как выпрямленное напряжение на выходе моста при увеличении сетевого напряжения на 10% до­стигает 342 В. Емкость конденсатора ориентировочно определяет­ся по формуле Сф>16 Рн/ДUn, где Рн — мощность в нагрузке, Вт; т} — КПД преобразователя; Д£7 — допустимый размах пуль­саций напряжения на конденсаторе, В. Так, при Рн=100 Вт, ДU=10 В, г] = 0,75 Сф>213 мкФ.

Электролитические конденсаторы работают в ИИЭ на часто­тах 20 — 40 кГц при несинусоидальных напряжениях и токах, при­чем амплитуда импульсных токов достигает 3 — 5 А. Поэтому ва­жное значение приобретают такие параметры, как эквивалентное последовательное сопротивление R3.n и эквивалентная последова­тельная индуктивность L3.n, а также полное сопротивление кон­денсатора 2, зависящее от частоты f. Эквивалентные схемы кон­денсатора показаны на рис. 16. В отечественных справочных ма­териалах преимущественно приводятся зависимости модуля пол­ного сопротивления |z| (f).

Рис. 16. Эквивалентные схемы электролитических конденсаторов:

а — двухвыводного; б — четырехвыводного; в — зависимости полного сопротивления от ча­стоты для конденсаторов разных типов (кривая 1 — К50-Ц, 360ВХ100мкФ; кривая 2 — К50-27, 450Вх100мкФ; кривая 3 — К.50-33, четырехвыводной, 160 ВХ470 мкФ)

Лучшие типы отечественных и зарубежных конденсаторов для ИИЭ, применяемые в промышленной аппаратуре, имеют Rэ.п=0,005 Ом и L3.n~10 нГн. Более дешевые конденсаторы, пред­назначенные для бытовой РЭА, имеют в 3 — 4 больше R3.n, Lэ.п. В табл. Пб, П7 приложения приведены параметры некоторых оте­чественных конденсаторов, которые могут быть использованы в качестве фильтрующих на входе и выходе преобразователя.

Магнитопровод параметрического трансформатора ИИЭ с двусторонним ключом

С учетом коэффициента загрузки по напряжению 0,8 допусти­мое Uкэ транзистора и ио&р диода должны быть не менее 2000В. Другой недостаток схемы — трудности стабилизации выходных напряжений.

Рис. 7. Принципиальная схема ИИЭ с двусторон­ним ключом и параме­трическим трансформа­тором

Совершенствование технологии производства отечественных высоковольтных полупроводниковых ключевых элементов (тран­зисторов, запираемых тиристоров) дает основание привести эф­фективную схему регулирования и стабилизации напряжений в преобразователе с двусторонним ключом, предложенную специа­листами японской фирмы Сони [17].

Основу устройства составляют новейшие высоковольтные мощ­ные транзисторы и высококачественные ферриты с большой мак­симальной индукцией (Вт>0,4 Т) и малыми потерями.

Стабилизирующее действие схемы основано на применении па­раметрического трансформатора с ферритовым магнитопроводом специальной формы (рис. 6). Принципиальная схема преобразо­вателя для цветного телевизора представлена на рис. 7. Эффект стабилизации в ней достигается за счет параметрического изме­нения индуктивности L1 первичной обмотки трансформатора wl.

Параметром является постоянный ток подмагничивания, протекаю­щий через управляющую обмот­ку Wj. Обращаясь к рис. 6, за­метим, что при Iу = 0 магнитные потоки, создаваемые ампер-вит­ками рабочей обмотки wl во всех четырех кернах А, В, С и D магнитопровода, одинаковы. Ког­да Iу =/=0, магнитные потоки, созваемые обмоткой wy в кернах Л и D, вычитаются из магнитных по­токов, создаваемых рабочей обмоткой, а в кернах В и С — скла­дываются с ними. Благодаря этому суммарный замкнутый магнит­ный поток магнитопровода, приходящий через поперечное сечение рабочей обмотки w1, меняется с изменением Iу, а следовательно, меняется ее индуктивность L1 = Ф1/i1.

Рис. 8. Зависимость индуктивности рабочей обмотки Wi параметрического трансформато­ра от рабочего Ii и управляющего Iу токов

На рис. 8 показаны зависимости индуктивности L1 от Iу и Л для магнитопровода из высококачественного марганец-цинкового феррита (5т = 0,44 Т, Bг = 0,17 Т) с размерами а = 24,5, Ь = 29, € = 20,8 и d = S мм при wу=1100, wl = w2 = 27 витков. В схеме пре­образователя (см. рис. 7) последовательно с обмоткой wl пара­метрического трансформатора включен высокодобротный дрос­сель lw, служащий для ограничения размаха тока через двусто­ронний ключ при уменьшении L1 в процессе регулирования.

Как известно из теории выходного каскада строчной развертки с двусто­ронним ключом [4], t3 определяется полупериодом собственной частоты ко­лебательного контура, образованного (для схемы рис. 7) индуктивностью LAP + Lj и емкостью С1. Регулируя t3 с помощью изменения L1, добиваются регулирования UK, а следовательно, и напряжений вторичных обмоток транс­форматора.

Для повышения КПД и крутизны регулировочных характери­стик параллельно выходной обмотке с наибольшим числом вит­ков подключен конденсатор Сп, который придает преобразовате-

лю резонансные свойства. Выходные напряжение и мощность свя­заны с параметрами схемы следующими выражениями:



где n = w2/w1; w=2п/Т; Rs — эквивалентное сопротивление нагруз-жи. Отсюда видно, что Еяых и РВых имеют максимум при опреде­ленном значении ш и, как показывают расчеты и эксперимент, зависимости Рвыж и EВых от л и частоты работы преобразователя весьма резкие.

Преобразователь (см. рис. 7) имеет защиту, срабатывающую при перегрузках по выходному напряжению и току. При повыше­нии Eвых под действием дестабилизирующих факторов увеличи­ваются токи через транзисторы VT2, VT3 и обмотку дау, вследст­вие чего индуктивность L1 уменьшается и Евых возвращается к исходному значению. При понижении £Вых процесс протекает в противоположном направлении. При снижении £Вых ниже неко­торого порога ток через VT1 и wy прекращается совсем, что при­водит к резкому увеличению индуктивности L1 (рис. 8) и сниже­нию тока накачки.На этом основан эффект защиты от перегру­зок по выходному току.

Основные параметры схемы рис. 7: шу=1200, wl = w3 = 40 витков. При Uсети=100 В Рвых max = 80,5 Вт, КПД = 83%, чувстви­тельность регулирования мощности ДРВых/ДIу = 5,1 Вт/мА, неста­бильность напряжения +115 В при изменении тока нагрузки от 0,4 до 0,8 А не более 0,5 В.

НАЧАЛЬНЫЙ ЗАПУСК ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

И ГАЛЬВАНИЧЕСКАЯ РАЗВЯЗКА ОТ СЕТИ

Для преобразователей ИИЭ, работающих как в режиме с внешним задающим генератором, так и в режиме автоколебаний, существует проблема первоначального запуска при включении в сеть. В первом случае, для того чтобы заработал внешний гене­ратор, необходимо подать на него питание, полученное непосред­ственно от сети. Для второго случая характерен жесткий режим самовозбуждения, когда для возникновения автоколебаний необ­ходим однократный внешний «толчок».

Рис. 18. Схема первона­чального запуска пре­образователя с допол­нительным трансформа­тором

Рассмотрим варианты первоначального запуска преобразова­телей с внешним возбуждением. Наиболее простой вариант — ис­пользование дополнительного маломощного сетевого трансфор­матора (рис. 18). При этом легко решаются вопросы стабилизации выходного напряжения и гальванической развязки от сети. Недостатком является использование по крайней мере двух до­полнительных намоточных изделий — трансформаторов Т1 и Т2.

Наибольшее распространение получили ИИЭ, в которых для первоначального запуска задающего генератора (ЗГ) применяют специальные «стартовые» схемы подачи питания. После того как мощный каскад преобразователя заработал, питание на ЗГ поступает от одной из обмоток импульсного трансформатора, а «стартовая» схема отключается.

Наиболее простая «стартовая» схема приведена на рис. 19,а. В первый полупериод сетевого напряжения после включения ИИЭ зарядный ток через конденсатор фильтра С2 достигает 12 — 16 А (в зависимости от суммарного внутреннего сопротивления выпря­мительного моста и сетевого фильтра). На резисторе R2 сопро­тивлением 1,5 — 3 Ом, включенном последовательно с С2, возника­ет импульс напряжения, амплитуда которого достигает 15 — 30 В. Это напряжение через диод VD1 подается на шину питания ЗГ. Когда начинает работать выходной транзистор, на шину пита­ния ЗГ поступает и выпрямленное напряжение с обмотки III трансформатора. Оно же используется и в качестве сигнала ОС для групповой стабилизации выходных напряжений.

Для эффективной стабилизации необходимо, чтобы обмотка III и выходная обмотка трансформатора были связаны между собой с минимальным рассеянием магнитного потока. Главный недоста­ток — ограниченная мощность стартовой схемы, недостаточная для возбуждения мощных выходных каскадов с прямым включе­нием выпрямителей. Поэтому область ее применения ограничена маломощными ИИЭ (РВых = 30 — 40 Вт).

Более сложная стартовая схема повышенной мощности изоб­ражена на рис. 19,6. При включении в сеть напряжение на шину питания схемы управления и предвыходного каскада подается че­рез тиристор VD1 и резистор R1. Мощность, поступающая через эту цепочку, достаточно велика, чтобы обеспечить включение пре­образователя при нагрузке 150 — 200 Вт и более. Когда заработает преобразователь, через резистор R4 начинает протекать ток вы­прямителя VD2, создающий на нем падение напряжения 1 — 1,5 В. При этом открывается транзистор VT1 и шунтирует цепь управ­ления тиристора, который после этого запирается в течение полу­периода сетевого напряжения, когда напряжение на его аноде становится равным нулю.

Схема управления, как правило, содержит каскады, обеспечи­вающие стабилизацию выходных напряжений (чаще всего для этой цели используют широтно-импульсные модуляторы). Наибо­лее эффективная стабилизация достигается тогда, когда напряжение ОС снимается с самого мощного выхода преобразователя (для телевизоров таковым является выход, нагруженный на око­нечный каскад строчной развертки). Для питания маломощных цепей используют линейные стабилизаторы компенсационного ти­па. Напряжение ОС на схему управления должно подаваться че­рез гальванически развязанные цепи. Перспективными в этом отношении являются оптронные пары, однако большинство из се­рийно выпускаемых оптронов пока не удовлетворяет требованиям электропрочности при испытании на 2000 В. Простое и достаточ­но надежное решение — использовать в качестве развязывающе­го элемента трансформаторный ключевой усилитель с коэффици­ентом трансформации n=1, питающийся от стабилизируемого на­пряжения.Импульсы, снимаемые со вторичной обмотки транс­форматора, выпрямляются пиковым детектором, а выпрямленное напряжение используется в качестве сигнала ОС.



Рис. 19. Схемы первоначального запуска однотактных преобразователей малой (а) и повышенной (б) мощности

ОДНОТАКТНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ С ОДНОСТОРОННИМ КЛЮЧОМ

Однотактные преобразователи напряжения с транзисторным ключом получили в настоящее время наибольшее распростране­ние в бытовой и промышленной аппаратуре. На рис. 2 приведены две схемы преобразователей, отличающихся полярностью подклю­чения вторичных обмоток импульсного трансформатора к выпря­мителям выходного напряжения нагрузки. Надо заметить, что в виду высокой частоты преобразования и незначительного уровня пульсаций в выходных цепях преобразователя предпочтительно ис­пользовать однополупериодные схемы выпрямления, что обеспечивает экономию числа быстродействующих выпрямительных диодов. Схема рис. 2,а, получившая наибольшее распространение, харак­теризуется «обратным» включением выпрямительных диодов [2], проводящих ток в интервале времени, когда транзистор заперт.

Рис. 2. Схемы однотактн ы х транзис т о р-ных преобра­зователей: с «обратным» (а) и «пря­мым» (б) включением вы­прямителей то­ка нагрузки

Данный преобразователь обладает рядом преимуществ по сравнению с преобразователем с «прямым» включением выпрямительных диодов. Его работа поясняется с помощью эквивалент-ной схемы и временных диаграмм (рис. 3).

Нагрузка на схеме рис. 3,а приведена к первичной обмотке, поэтому напряжение на эквивалентном сопротивлении нагрузки обозначено nUВых, где n = w1/w2. В течение интервала времени 6T, когда транзистор открыт, через индуктивность L1 первичной обмотке протекает линейно нарастающий ток, максимальное значения которого ДI1 = Uхв/L1бT. Когда транзистор закрывается, полярность напряжения на L1 изменяется и накопленная в ней энергия передается в нагрузку через диод VD1. Спад тока через L! в интервале (1 — б)Т равен

ДI2=nUвыхT/L1 (1-б)                                                                      (1)

В стационарном режиме ДI1=ДI2. Отсюда следует, что

Uвых = Uвх/n * б/(1 — б).                                                               (2)

Рис. 3. Эквива­лентная схема (а) временные ди­аграммы (б) пре­образователя с «обратным» вклю­чением выпрями­телей

Таким образом, регулируя 6=T1/T (где T1 — интервал откры­того состояния транзистора), можно регулировать выходное на­пряжение. Размахи импульсов тока через транзистор и диод за­висят от индуктивности LL Если она слишком мала, ток через диод может прекратиться раньше окончания периода работы пре­образователя. Этот случай изображен на правой диаграмме рис. 3,6. Тогда выражение (2) перестанет быть справедливым. Данный режим является неблагоприятным, так как при заданной мощности в нагрузке возрастают импульсные токи через транзи­стор и диод.

Существует минимальное значение индуктивности L1 тщ, при которой, как это видно из рис. 3,6, максимальный ток через L1 вдвое превышает средний ток через нее. При этом ток через диод прекращается как раз в момент включения транзистора. Сред­ний приведенный ток через нагрузку равен I'н.ср = ILсР(1 — б). Так как для L1 = Limin ДI1=2IL Ср, то используя (2), получаем:

L1 min > U2вх б2/2 FРвых                                                                           (3)

где Рвых=Uвых Iн — выходная мощность преобразователя; F=1/T.

С другой стороны, как это следует из выражения (3), индук­тивность L1 при заданной мощности и частоте преобразования F ограничена сверху значением бтах. Последняя обусловлена вы­бранным диапазоном частот преобразования и реальными време­нами неуправляемых переходных процессов в современных высо­ковольтных мощных транзисторах: рассасывания, спада и нара­стания тока коллектора tрасе, tca, tвкл. Так, для частоты преобразо­вания F=25 кГц (7=40 мкс) и при fp«cc=IO икс, Iсп+tвкл = 2 мкс бтах=(40 — 12)/40=0,7. На практике выбирают бтmаx=0,5.

Можно также получить выражения для максимального тока через транзистор Iк max и максимального напряжения на нем Uкэ max (Рис. 3,б):

 (4) (5)

Формулы (1) — (5) удобны для предварительной оценки требо­ваний к основным элементам преобразователя.

Как правило, преобразователь имеет одну вторичную цепь, по­требляющую наибольшую мощность, и несколько маломощных до­полнительных цепей.


В таком случае за Я„ ых принимается суммарная выходная мощность преобразователя, а за UВЫХ — напря­жение наиболее мощной цепи нагрузки.

Из рассмотренного следует, что с увеличением L1 уменьша­ются импульсные токи через транзистор и диод. Однако с увели­чением L1 растет индуктивность рассеяния Ls, в которой в интер­вале времени, когда транзистор открыт, запасается энергия L8I2K max/2. Эта энергия вызывает на коллекторе транзистора при его выключении дополнительный выброс напряжения. Для его ограничения используются диодно-резистивно-емкостные цепочки, которые поглощают запасенную в Ls энергию. Это снижает КПД преобразователя, но делает режим транзистора более безопасным.



Рис. 4. Эквивалент­ная схема (а) и вре­менные диаграммы (б) преобразователя с «прямым» включени­ем выпрямителей

Рассмотрим особенности работы схемы «с прямым» включени­ем выпрямительных диодов (см. рис. 2,6), которые открыты одно­временно с транзистором. Соответствующие эквивалентная схема и временные диаграммы приведены на рис. 4. Дроссель Lflp служит для ограничения тока через транзистор. Обмотка трансфер» матора w'i, равная по числу витков обмотке wl, включена по­следовательно с диодом VD1. С помощью этого диода в интерва­ле времени (1 — 6)Г происходит возврат в ИИЭ (рекуперация) энергии, запасенной в трансформаторе Т (в его первичной обмот­ке) за время 67, когда транзистор открыт. Основные расчетные соотношения для данной схемы:

                         (6)

(7)

(8)

Из выражения (7) следует, что максимальное значение £др при заданных РВых, ik max, DBK и Т ограничено. Практически Lдр выбирают на 15 — 20% выше Lдр.

Для снижения импульса тока через транзистор целесообраз­но увеличивать индуктивность первичной обмотки трансформато­ра. Однако это приводит к увеличению габаритов трансформато­ра и индуктивностей рассеяния, в том числе между обмотками wl и w1'. Это снижает ограничивающее действие VD1 и приво­дит к возрастанию импульса напряжения на коллекторе транзи­стора VT, возникающего при его закрывании.



Практические схемы однотактных выходных каскадов преоб­разователей требуют дополнительных элементов защиты. На схе­ме рис. 2,а изображена цепочка, которая уменьшает скорость на­растания напряжения на коллекторе транзистора при его выклю­чении до 500 — 1000 В/мкс. Это необходимо, чтобы режим транзи­стора всегда оставался в пределах области его безопасной рабо­ты (подробнее об этом будет рассказано ниже). Номиналы R и С1 выбирают в соответствии со следующими формулами C1=IКmах/dUКЭ/dt, R=T/10C1.

Так, для IКmах=2 A, dUK9/dt = 600 В/мкс, 7-40 мкс, С,= = 2/600=3,3 нФ, R = 40/10-3,3= 1,2 кОм. Потери в резисторе рав­ны Рн = Си2хэ/2Т. Для нашего случая при UK3 =500 В Ря = -3,3-5002-10-9/2-40-10-6=10 Вт.

Сравнение двух основных схем однотактных преобразовате­лей. Схема с обратным включением выпрямительных диодов об­ладает следующими преимуществами.

1. В ней требуется меньшее число дополнительных элемен­тов: отсутствует дроссель во вторичной цепи, и как правило, нет необходимости вводить дополнительные диод и обмотку транс­форматора для возврата в источник запасенной в нем энергии.

2. Импульс тока через транзистор меньше, чем в схеме с «прямым» включением диодов, что следует из сравнения эквива­лентных схем и выражений (4) и (8).

Однако с повышением мощности ИИЭ и коэффициента транс­формации эти преимущества в значительной мере утрачиваются. Дело в том, что в СхХеме с «прямым» включением выпрямительных диодов токи через первичную и вторичную обмотки трансформа­тора протекают одновременно. При этом ток намагничивания магнитопровода определяется разностью ампер-витков первичной и вторичной обмоток. Из-за относительно небольшого тока на­магничивания и желания сократить габаритные размеры транс­форматора за счет уменьшения числа витков обмоток wl, w'l за­зор в магнитопроводе трансформатора отсутствует. В схеме с «обратным» включением диодов весь коллекторный ток транзисто­ра является током намагничивания магнитопровода.



В однотактной схеме магнитопровод трансформатора работа­ет в режиме частного цикла намагничивания (рис. 5). Если ток намагничивания достаточно велик, то магнитная индукция дости­гает уровня насыщения и индуктивность первичной обмотки трансформатора рез­ко падает. Это вызывает резкое увеличе­ние тока транзистора. Чтобы избежать насыщения (см. рис. 2,а), в магнитопро­вод вводят зазор, достигающий 0,5 — 2,0 мм. А это, в свою очередь, требует увеличения сечения магнитопровода для сохранения расчетного значения L1min.



При большом коэффициенте трансформации (n>10) возра­стает индуктивность рассеяния между первичной и вторичной об­мотками. Это приводит к снижению эффекта ограничения выбро­са напряжения на коллекторе за счет выпрямителей нагрузки, поэтому приходится вводить в трансформатор дополнительную обмотку и диод (аналогично схеме рис. 2,6).

Преобразователь с «прямым» включением выпрямителей на­грузок обладает некоторым недостатком, связанным с необхо­димостью ограничения величины 6mах<0,5. Если б<0,5, то про­текание тока через обмотку w'1 при открытом транзисторе воз­вращает рабочую точку на диаграмме намагничивания магнито­провода в исходное состояние. При б>0,5 возвращения в исход­ное состояние не происходит, поэтому в последующие периоды трансформатор постепенно намагничивается, пока поток в магни-топроводе не достигает значения насыщения. Этот процесс проис­ходит в течение нескольких периодов переключения преобразова­теля и приводит к модуляции сигнала в цепи обратной связи (ОС), что при определенных условиях вызывает аварийную ситуацию — увеличение 6 при насыщении магнитопровода и соответствующее резкое увеличение импульса коллекторного тока транзистора. Ра­бота преобразователя при этом сопровождается характерным «свистом» на частотах порядка нескольких килогерц.

ОСОБЕННОСТИ ИИЭ ДЛЯ ТЕЛЕВИЗОРОВ

Телевизоры в своем составе уже содержат мощный ключе­вой преобразователь напряжения в виде выходного каскада ге­нератора строчной развертки (ГСР). Весьма удобным является полное совмещение функций этого генератора с функциями ИИЭ, используя один и тот же мощный ключевой элемент. Помимо не­которой экономии количества радиоэлементов такое решение по­зволяет повысить экономичность телевизора, так как уменьшает­ся количество преобразований энергии переменного тока в посто­янный и обратно

Обычную (несовмещенную с ГСР) схему ИИЭ телевизора ха­рактеризуют следующие этапы преобразования энергии: выпрям­ление переменного тока сетевого напряжения 220 В; преобразо­вание выпрямленного постоянного напряжения в импульсное пе­ременное напряжение повышенной частоты в ИИЭ; выпрямление высокочастотного переменного напряжения на выходе ИИЭ для питания генератора горизонтального отклонения; выпрямление ряда высокочастотных напряжений, вырабатываемых ГСР для питания узлов телевизора (кинескопа, видеоусилителей и др.). В совмещенных схемах второе и третье преобразования устраня­ются.

Примером совмещения функций ИИЭ и ГСР телевизора яв­ляется двухтиристорный блок, используемый в цветных телеви­зорах типа УПИМ- ЦТ-61-П («Рубин — Ц-202» и др.). Все необ­ходимые напряжения, требующиеся для питания узлов и блоков телевизора, вырабатываются в ГСР. Однако в этих телевизорах не решена проблема гальванической развязки ИИЭ от сети, по­этому в них использован сетевой разделительный трансформатор. Некоторыми зарубежными фирмами эта проблема была решена, однако в настоящее время, в связи со значительным улучшением параметров и надежности мощных высоковольтных транзисторов, тиристорные ГСР в основном уже уступили место более экономич­ным транзисторным.

Известны [14, 15] так называемые самостабилизирующиеся схемы ГСР, совмещающие функции ИИЭ. В их основе лежит выходной каскад ГСР с двусторонним транзисторно-диодным клю­чом, который питается через первичную обмотку трансформатора непосредственно выпрямленным сетевым напряжением.
Стабили­зация отклоняющего тока и выходных напряжений достигается путем управления моментом включения транзистора во время прямого хода горизонтального отклонения.

Как известно из теории выходного каскада генератора гори­зонтального отклонения с двусторонним ключом [4], чтобы фор­ма пилообразного тока в отклоняющих катушках не была иска­жена, включение транзистора должно произойти не позднее се­редины прямого хода (до того, как выключится демпферный ди­од). Если транзистор включается раньше выключения диода, то в индуктивности первичной обмотки трансформатора запаса­ется дополнительная энергия, которая может быть использована как для компенсации переменной составляющей расхода мощно­сти в схеме телевизора (при изменении яркости, контраста, гром­кости), так и для компенсации изменений сетевого напряжения. На рис. 25 представлены упрощенные схемы двух основных раз­новидностей самостабилизирующихся ГСР.

Рассмотрим работу схемы рис. 25,а. Когда транзистор VT от­перт, диод VD4 заперт. После выключения транзистора диод VD4 отпирается и выпрямляет ток, заряжающий накопительный кон­денсатор С4, к которому подключены отклоняющие катушки. Та­ким образом, энергия, запасенная в индуктивности первичной об­мотки трансформатора, передается в С4, который служит источ­ником напряжения на той части прямого хода горизонтальной развертки, когда вновь отпирается транзистор VT.

Формирование пилообразного тока отклонения происходит обычным образом. Во второй половине прямого хода этот ток замыкается по цепи: конденсатор С4, отклоняющая катушка, ди« од VD3, транзистор VT. Во время обратного хода изменение на­правления тока происходит за счет колебательного перезаряда конденсатора СЗ. В первой половине прямого хода пилообразный ток противоположного направления протекает через диод VD4.

Рис. 25. Схемы «самостабилизирующихся» ГСР телевизоров с низковольтной (а) и высоковольтной (б) накачкой

В схеме с высоковольтной накачкой (рис. 25,6) энергия, запа­сенная в индуктивности трансформатора Т2 в то время, когда транзистор VT отперт, передается в контур обратного хода, обра­зованный конденсатором СЗ и индуктивностью отклоняющих ка­тушек.В процессе обмена энергией между конденсаторами СЗ и С4 последний аккумулирует часть энергии и на нем устанавли­вается напряжение UВых. Запасаемая в трансформаторе энергия, напряжение UВЫХ и амплитуда импульса напряжения на коллек­торе в конечном счете зависят от продолжительности включенно­го состояния транзистора VT. Связь между параметрами само­стабилизирующихся схем определяется выражениями, приведен­ными в табл. 1 [15]. Здесь: n — коэффициент трансформации, n = = w1/w2; Uвых — напряжение на конденсаторе С4; Т — период ра­боты; 6Г — время протекания тока через диод VD3; аТ — время обратного хода развертки; Iо — средний ток нагрузки; Uвх — вып­рямленное сетевое напряжение; РВых — выходная мощность ИИЭ.

Параметры мостовых блоков для выпрямления сетевого напряжения

Параметр	Номинальное значение
	КЦ401Б КЦ401Г* КЦ401В**	КЦ402В	КЦ405В	КЦ409В	КЦ407А
Средний выпрямленный ток, мА, не более	250				500 при tокр<55 С
	500*	1000	1000	3000	300 при toKp<85 С
	400**
Постоянное обратное на­пряжение, В, не более	500	400	400	400	200
Частота без ограничения	1	5	5	1	+85
режимов, кГц
Температура окружаю­щей среды, °С, не более	+85	+85	+85	+85
Габаритные размеры (без выводов), мм	64X50X15 32X26X10*	38x20X7	22X22X7	65X17X7
	64x50X10**
Особенности конструк-		Для на­весного	Для пе­чатного	Для на­весного
ции		монтажа	монтажа	монтажа

Петля гистерезиса магнитопровода в ре­жиме однотактного преобразователя

Пример расчета однотактного преобразователя с «обратным» включением диодов. Заданы: Pвых mах — 100 Вт, РВых min = 75 Вт, T = 40 мкс. Iкmах=2 А, UВых=120 В. Принимаем также, что рас­чет проводится на случай Uсети = 220 В — 10%, т. е. для Uвх= = 220-0,9-1,41 = 279 В (коэффициенты 0,9 и 1,41 учитывают сни­женное на 10% напряжение сети и пиковое значение выпрямлен» ного напряжения).

1. По формуле (3) определяем L1min. Принимаем 6mах = 0,5. Тогда Lmin = 2792-40-0,25/2*100= 3892 мкГн. Берем L1 = 4000мкГн.

3. Определяем ориентировочно нижнюю границу регулирова­ния 6 в режиме стабилизации ( 6min). Для этого принимаем во внимание, что энергия, запасаемая в L1, равна W = L1I2K/2, где IK = UBx6T/L1, а мощность, передаваемая в нагрузку,

Pвых=U2вх б2T/2L.                                                                                   (9)

Пользуясь формулой (9) и принимая Uвх = 220-1,1 1,41 ==342В, T=40 мкс, Lj = 400 мкГн, РВыхпнп = 75 Вт, находим

4. Пользуясь (2), находим n при 6 = 0,5 и Uвх = 279 В: n= 279/120 =2,32.

5. Проверяем по формуле (2) UBblK при UBX = 342 В, 6=0,36

UВЫХ= 342/2,32 * 0,36/0,64 = 83 В

Так как расчетное значение Uвых при 6тш меньше, чем задан­ное (120 В), имеется возможность путем увеличения 6 повысить Uвых. Диапазон изменения 6 задается выбором параметров це­пи ОС.

ОДНОТАКТНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ С ДВУСТОРОННИМ КЛЮЧОМ

Преобразователь с двусторонним транзисторно-диодным ключом нашел широкое применение в выходных каскадах теле­визионной строчной развертки. В современных телевизионных приемниках выходной каскад строчной развертки по сути дела кроме генерирования отклоняющего тока выполняет функции им­пульсного источника вторичных напряжений питания ряда цепей и узлов: второго анода кинескопа, ускоряющих и фокусирующе­го электродов, видеоусилителей. При этом суммарная выходная мощность достигает 25 — 30 Вт. Работа этого каскада подробно освещена в [4].

Одним из главных достоинств преобразователя напряжения на основе двустороннего ключа по сравнению с ранее описанны­ми является более «гладкая» форма импульса напряжения на коллекторе транзистора, которая в первом приближении аппрок­симируется полусинусоидой.
Благодаря этому импульсная мощ­ность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, в несколько раз меньше, чем для преобразователей с односторонним ключом. Пре­образователь с двусторонним ключом более экономичен, так как в нем не требуется защитная цепочка, устанавливаемая парал­лельно транзистору, для уменьшения скорости нарастания напря­жения на коллекторе. Наконец, магнитопровод трансформатора работает при большей средней магнитной индукции (так как че­рез первичную обмотку протекает ток изменяющейся полярно­сти), благодаря чему габаритные размеры и масса трансформа­тора могут быть меньше.

Главный недостаток преобразователя — значительный импульс напряжения на коллекторе, вырабатываемый в интервале време­ни tз при закрытом двустороннем ключе. Это напряжение приб­лизительно равно Uк=1,57Еп T/t3, где Т — период работы пре­образователя. В случае преобразователей с РВЫх>30 — 40 Вт, для обеспечения накачки в нагрузку необходимой мощности, T/t3 должно быть не меньше трех, поэтому рабочее импульсное напря­жение на коллекторе транзистора при Еп=342 В составляет 1610 В.

в год наращивает выпуск различной

Отечественная промышленность из года в год наращивает выпуск различной бытовой радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). При этом наметилась тенденция в выпуске большего числа моде­лей повышенного качества. В бытовую РЭА вводятся дополни­тельные сервисные устройства: дистанционное управление, тайме­ры для включения — выключения, разнообразные виды индика­ции на передних панелях, микропроцессорные устройства обра­ботки звуковых и видеосигналов. Микропроцессорные системы уп­равления внедряются и в электромеханическую бытовую аппара­туру — стиральные машины, холодильники, кондиционеры, швей­ные машинки.
Однако новейшие достижения электронной техники сегодня пока еще мало затронули источники вторичного электропитания бытовой РЭА. Блоки электропитания составляют ощутимую до­лю массы серийных радиоустройств. Так, в телевизорах типа «Рубин 714» эта доля составляет не менее 14% всей массы (включая футляр и кинескоп). Для стереофонического усилителя с выходной мощностью 2X50 Вт она еще больше (25 — 30%).
Решение проблемы снижения материалоемкости и энергопот­ребления бытовой РЭА связано с широким использованием им­пульсных источников вторичного электропитания (ИИЭ). Их пре­имущества по сравнению с традиционными источниками электро­питания обеспечиваются заменой силового трансформатора, рабо­тающего на частоте промышленной сети 50 Гц, малогабаритным импульсным трансформатором, работающим на частотах 16 — 40 кГц, а также использованием импульсных методов стабилиза­ции вторичных напряжений взамен компенсационных. Это приво­дит к снижению материалоемкости в 2 — 3 раза и повышению КПД до 80 — 85%. Подсчитано, например, что переход на выпуск одних только телевизоров с ИИЭ даст народному хозяйству ежегодную экономию свыше 20 тыс. тонн высококачественной трансформа­торной стали и не менее 5 — 6 тыс. тонн обмоточного медного про­вода, а эксплуатация 5 млн. цветных телевизоров с ИИЭ обес­печит ежегодную экономию не менее 500 млн.
кВт-ч электроэнер­гии.
Импульсные источники вторичного электропитания уже нашли достаточно широкое распространение в промышленной аппарату­ре. Что касается бытовой РЭА, то с 1978 г. промышленность выпу­скает переносной цветной телевизор «Электроника Ц-430», имеющий ИИЭ. Надо заметить, что разработка цветного телевизора с такими высокими массо-габаритными и энергетическими показа­телями, как у этого телевизора, была бы вообще невозможна без применения ИИЭ. В 1982 г. освоен другой малогабаритный цвет­ной телевизор с ИИЭ — «Юность Ц-404». Ведется подготовка к массовому выпуску крупноэкранных цветных телевизоров с ИИЭ. Создаются ИИЭ для бытовой РЭА других видов. При этом тре­буется не только разработать конструкции ИИЭ, но и освоить массовый выпуск недорогих новых электронных изделий: мощных высоковольтных транзисторов, быстродействующих выпрямитель­ных диодов, ферритовых сердечников, специальных конденсато­ров и интегральных микросхем.
В связи с предстоящим массовым применением ИИЭ в раз­личной аппаратуре, в том числе и бытовой, неизбежно расширя­ется круг читателей, интересующихся этой проблемой. В книге сделана попытка в достаточно популярной и систематизирован­ной форме изложить как основопологающие принципы построе­ния ИИЭ, работающих непосредственно от сети с напряжением 220 В, так и привести описания конкретных практических схем.
Отзывы и замечания по книге следует направлять по адресу: 101000, Москва, Почтамт, а/я 693, издательство «Радио и связь».
Авторы

Принципиальная схема ИИЭ телевизора «Юность Ц-

Интегральная микросхема 2-DA1 выполняет функции задающего генерато­ра, ШИМ и предварительного формирователя импульса управления предвыход­ным каскадом преобразователя.

Задающий генератор ИМС 2-DA1 содержит двухтранзисторный компаратор напряжения, триггерную схему и разрядный транзистор. На один вход ком­паратора (вывод 14) поступает близкое по форме к линейно нарастающему напряжение, получаемое путем заряда конденсатора 2-С2 через резистор 2-R3 Когда напряжение на выводе 14 достигает уровня 2 В, задаваемого резистив-ным делителем внутри интегральной микросхемы, компаратор и триггерная схема срабатывают. При этом конденсатор 2-С2 разряжается, а на выводе 6 вырабатывается положительный импульс длительностью около 2 мкс. Этот им­пульс заряжает до напряжения питания конденсатор 2-СЗ, подключенный че­рез вывод 2 микросхемы к базе открытого транзистора (внутри ИМС), режим которого задается цепочкой из резисторов 2-(R4 R1) и стабилитронов 2-(VDl — VD3).

После спада положительного импульса на выводе 6 конденсатор 2-С8 начинает разряжаться, запирая транзистор. Продолжительность его заперто­го состояния определяется постоянной времени разряда конденсатора 2-СЗ, а также напряжением на шине питания схемы управления, к которой подключе­на цепочка 2-(Rl R4 VD1 — VD3). В результате на выводе 4 ИМС вырабаты­вается отрицательный импульс, длительность которого может регулироваться в пределах от 15 до 25 мкс с помощью переменного резистора 2-R1. Этот им­пульс инвертируется транзистором 2-VT1 и поступает на базу предвыходного каскада преобразователя 1-VT1. Транзисторы 1-VT1 и 1-VT2 отпираются и запираются синфазно, поэтому, регулируя длительность импульса на выводе 4 микросхемы, можно пропорционально менять длительность отпертого состоя­ния выходного транзистора 1-VT2, а следовательно и мощность в нагрузке. Синфазная работа 1-VT1 и 1-VT2 несколько ухудшает условия выключения по­следнего, но поскольку мощность преобразователя невелика (около 70 Вт), ре­жим транзистора сохраняется в пределах ОБР.

Стабилизация основана на уменьшении (увеличении) длительности отри­цательного импульса на выводе 4 ИМС 2-DA1 при увеличении (уменьшении) напряжения питания, вырабатываемого обмоткой доз-4 и выпрямителем 1-VD12, которое через цепь ОС 2-(Rl R4 VD1 — VD3) подается на вывод 2 ИМС 2-DA1.

В ИИЭ предусмотрена защита выходного транзистора от токовой перег­рузки. Для этой цели применен тиристор 1-VD8. Когда ток транзистора дости­гает 1,8 — 2 А, . падение напряжения на резисторах 1-(R16, R18) отпирает ти­ристор 1-VD8. Анод этого тиристора подключен к выводу 5 ИМС, через ко­торый на нее подается напряжение питания. В результате колебания автоге­нератора срываются, транзисторы 1-(VT1, VT2) запираются и напряжение на шине питания схемы управления пропадает.

Свойством самовосстановления ИИЭ не обладает. Чтобы работа возобно­вилась, необходимо выключить телевизор и снова включить его через несколь­ко секунд. При выключении одна из контактных пар сетевого выключателя подключает разрядный резистор 1-R1 к минусу сетевого выпрямителя, в ре­зультате конденсаторы 1-(С1, С13) разряжаются. Благодаря этому при пов­торном включении стартовое устройство срабатывает снова.

В выходном каскаде преобразователя применены специальные меры по предотвращению глубокого насыщения транзистора 1-VT2, благодаря чему уменьшаются время рассасывания и спада коллекторного тока. Для этого ба­зовая цепь подключается к коллектору через диод 1-VD9 и дроссель 1-L2. Дан­ная цепочка автоматически ограничивает ток базы при снижении Uкэ нас ниже некоторого порога. Дроссель 1-L2 необходим для задержки начала ог­раничения тока базы по времени (напомним, что после отпирания транзисто­ра Uкэ нас устанавливается не сразу и для уменьшения потерь мощности на коллекторе базовый ток в первые моменты необходимо форсировать). Диод 1-VD6 приходится использовать для компенсации падения напряжения на 1-VD9 (для эффективного ограничения необходимо, чтобы падение напряжения UvDe + UK.3 нас было меньше, чем UvD9 + UB3Hac).Диод 1-VD13 предотвра­щает шунтирующее действие трансформатора на ограничитель тока базы.

Из-за большого разброса параметров входной характеристики транзисто­ров КТ812А предусмотрен технологический подбор тока базы с помощью ре­зисторов 1-(R9, Rll, R12).

Импульсный источник питания работает синхронно с ГСР телевизора. Син­хроимпульсы отрицательной полярности подаются на вывод 13 микросхемы че­рез цепочку 2- (R6 С6) и трансформатор 2-Т1, осуществляющий гальваническую развязку шасси телевизора от преобразователя. На выходе ИИЭ вырабатыва­ются стабилизированные напряжения +6,3, +12, +30 и +50 В.

Принципиальная схема ШИМ на транзисторах

Стабилизация выходного напряжения от различных дестаби­лизирующих факторов (например, от изменения тока нагрузки, а также от изменения питающего напряжения) осуществляется за счет изменения длительности управляющих импульсов, т. е. пу­тем управления наклоном линейно нарастающего напряжения на конденсаторе СЗ. Напряжение ОС подается на усилитель сигна­ла ошибки, собранный на транзисторе VT6. Коллектор транзисто­ра VT6 через резистор R4 соединен с эмиттером стабилизатора то­ка VT1. При изменении проводимости VT6 меняется потенциал эмиттера VT1, а следовательно (при постоянном потенциале базы), его коллекторный ток. Поэтому изменяется наклон линей­но нарастающего напряжения на СЗ и тем самым длительность выходного импульса.

Таким образом, например, при увеличении напряжения пита­ния сети увеличивается выходное напряжение ИИЭ, транзистор VT6 открывается, потенциал на эмиттере VT1 уменьшается, VT1 начинает запираться и ток, заряжающий конденсатор СЗ, умень­шается. При этом уменьшается крутизна наклона линейно нара­стающего напряжения и длительность выходного импульса. Это приводит к уменьшению времени открытого состояния ключа вы­ходного каскада ИИЭ. В результате выходное напряжение умень­шается до исходного значения. Уровень выходного напряжения ИИЭ устанавливается резистором R14.

При включении аппаратуры в выпрямителях, выходных каска­дах ИИЭ, в фильтрующих конденсаторах возникают пусковые токи, достигающие значительной величины. Например, в телеви­зионных приемниках, если не принято специальных мер, пуско­вые токи в сетевых выпрямителях могут достигать значений 50 — 100 А. Поэтому в ИИЭ для устранения аварийных режимов не­обходимо осуществлять плавный, замедленный пуск, заключаю­щийся в постепенном выходе на номинальный режим.

В рассматриваемой схеме плавный пуск осуществляется до­статочно простым способом. При подаче питания на схему кон­денсатор С6 разряжен, резисторы R3, R2 образуют делитель, за­пирающий транзистор VTL По мере заряда конденсатора С6 че­рез резистор R15 происходит постепенный (плавный) выход VT1на номинальный режим стабилизатора тока, и тем самым дли­тельность выходного импульса плавно увеличивается от нуля до номинальной.
Время плавного пуска определяется постоянной времени цепи R15, Сб. Диод VD5, включенный параллельно ре­зистору R15, служит для разряда конденсатора С6 при выключе­нии.

Надежность работы ИИЭ значительно повышается путем ис­пользования электронной защиты, заключающейся в запирании выходных каскадов при аварийных режимах (например, при ко­ротком замыкании в нагрузке). Быстродействующая электронная защита предотвращает выход из строя выходных транзисторов и выпрямителей.

В описываемой схеме защита осуществляется следующим об­разом. На вход схемы через резистор R21 поступает информация о потребляемом токе, например, с резистора сопротивлением 1,5 — 3 Ом, включенного последовательно с фильтрующим конденсато­ром сетевого выпрямителя. При аварийном режиме отрицатель­ный потенциал на входе схемы защиты запирает транзистор VT8, транзистор VT7 отпирается, конденсатор С6 быстро разряжается через VT7. Отрицательное напряжение на резисторе R7 поддер­живает VT8 в закрытом состоянии до полного разряда конденса­тора Сб. Разряд конденсатора С6 приводит к запиранию VT1 и, следовательно, к уменьшению длительности выходного импульса до нуля. Выходной каскад ИИЭ при этом запирается. Затем про­исходит повторное включение блока питания, с плавным пуском. При сохранении аварийного режима происходит очередное сраба­тывание схемы защиты и блок питания выключается.

ИНТЕГРАЛЬНАЯ МИКРОСХЕМА B260D

Эта полупроводниковая интегральная микросхема (ИМС), производства ГДР [13], выпускаемая за рубежом также под на­званиями ТДА 1060 и NE/SE 5560, выполняет многие функции управления ИИЭ. В нее входят (рис. 21): встроенный стабили­зированный источник питания (U2 = 8,7 В; 5 мА), источник термо-компенсированных опорных напряжений 3,8; 0,48 и 0,66В; авто­колебательный генератор линейно нарастающего напряжения, ко­торый может синхронизироваться внешним сигналом; усилитель рассогласования с регулируемым усилением; ШИМ, относитель­ная длительность импульсов которого b — tиlT может изменяться в пределах от нуля до 95%; схема защиты от токовой перегрузки; схема дистанционного включения — выключения; выходной кас­кад, в котором предусмотрены выходы как отрицательного, так и положительного импульсов, с током нагрузки до 40 мА.

Рис. 21. Интегральная микросхема B260D

Проводимое ниже подробное описание работы ИМС позволя­ет лучше уяснить особенности функционирования ИИЭ различных типов, в том числе разнообразные способы защиты их от аварий­ных режимов.

Встроенный источник питания вырабатывает из напряжения питания Ui = -f-12 В стабилизированное напряжение U2=8,7 В, которое используется для точной установки б. Кроме того, в нем вырабатывается сигнал, обеспечивающий запрет выходных им­пульсов, если питание ИМС упало ниже 10,2 В. После восста­новления напряжения питания 6 достаточно медленно возраста­ет от нуля до значения, соответствующего режиму стабилизации (замедленный старт).

Интегральная микросхема содержит также термокомпенсиро-ванный источник опорных напряжений 5,8; 0,48 и 0,6 В. Эти нап­ряжения подаются на входы различных компараторов.

Генератор линейно нарастающего напряжения состоит из тран­зисторов VT7 — VT9, компараторов U6, U7, RS-триггера DS3 и внешнего конденсатора С7. Транзисторы VT7, VT8 образуют ге­нератор тока, заряжающего конденсатор С7, который вместе о резистором R7 задает частоту F генератора. При R7=39 кОм, С7-4700 пФ F=8 кГц, а при R7=5,1 кОм и С7-2000 пФ F= «80 кГц. При достижении линейно нарастающим напряжением (рис. 22,а) на конденсаторе С7 порога включения компаратора U6 (приблизительно 5,6 В) происходит установка RS-триггера DS3 (он устанавливается в «1» при положительных потенциалах на его S-входах). В этот момент формируется фронт выходного импульса на выводе 15 ИМС (рис. 22,6). Единичный сигнал на выходе DS3 включает транзистор VT9, через который конденсатор С7 быстро разряжается. В момент, когда напряжение на С7 достигает 1,1 В (порог срабатывания компаратора £77), происхо­дит сброс DS3 в исходное состояние и выключение транзистора VT9. После этого заряд С7 начинается вновь. Транзистор VT10, который включается и выключается одновременно с VT9, управ­ляет моментом установки в «1» RS-триггера DS2. Этот триггер управляется отрицательными потенциалами на R5-входах и фор­мирует длительность выходного импульса, который усиливается по мощности транзисторами VT19 — VT21 и в отрицательной по­лярности поступает на вывод 15 ИМС.





Рис. 22. Временные диаграммы работы мик­росхемы B260D (напряжения на выводах 8, 9 и 15 относительно общего вывода 12)



Рис. 23. Зависимость относи­тельной длительности импуль­са 6 =tи/T от напряжений на выводах 4 — 6 (кривая 1), от­ношения RiKRi + Rz) (кривая 2) и отношения Uie/U2 (кривая 3)

Генератор можно синхронизировать на частоте, ниже его соб­ственной (рис. 22,а — в). Для этого используются инвертор DD1 и транзистор VT18. Если генератор работает на собственной частоте, то вывод 9 не подключается к схеме или на него подается напря­жение 2,5 В, на выходе инвертора напряжение равно нулю и транзистор VT18 заперт. В режиме внешней синхронизации вы­вод 9 через резистор сопротивлением 1 — 3 кОм заземляется. Тог­да на выходе инвертора появляется положительное напряжение, открывающее VT18. Это запрещает установку DS3 при срабаты­вании компаратора U6. При подаче на вход 9 положительного синхроимпульса VT18 запирается и это создает условия переклю­чения DS3.

Усилителем рассогласования является операционный усили­тель DA1, на инвертирующий вход которого (вывод 3 ИМС) по­дается сигнал ОС Uo.c. Подбором резистора R4 устанавливается коэффициент усиления DA1, который при R4->oo равен 60 дБ. Выводы 3 — 4 могут быть использованы также для подключения фазосдвигающихся RС-цепочек, улучшающих стабильность рабо­ты преобразователя, охваченного ОС. Компаратор UI служит для ограничения величины 6 при уменьшении U0.с ниже 0,6 В. Эта особенность интегральной микросхемы имеет важное значе­ние, так как при регулировке ИИЭ возможны обрывы и закора­чивание цепи ОС.

Широтно-импульсный модулятор состоит из транзисторов VT2 — VT6, образующих компаратор с тремя инвертирующими входами (базы транзисторов VT3 — VT5). Компаратор срабатывает тогда, когда линейно нарастающее напряжение на эмиттерах VT2 — VT5 превосходит наименьшее из напряжений на базах VT3 — VT5 (со­ответственно выводы 4, 5 и 6 ИМС). Зависимость 6 от напряже­ний на этих выводах приведена на рис. 23 (кривая 1).


Срабаты­ вание компаратора ШИМ вызывает появление положительного потенциала на коллекторе VT6, который через схему 2И — НЕ DD2 трансформируется в отрицательный потенциал на R-входе RS-триггера DS2. При этом его прямой выход (подключенный к базе VT19) переходит в состояние с низким уровнем, а инверс­ный — с высоким. Транзисторы VT19 и VT21 запираются, a VT20 отпирается. В этом момент формируется спад отрицательного вы­ходного импульса на выводе 15 микросхемы.

Важное значение для безаварийной работы ИИЭ является ог­раничение величины бтах. Оно особенно необходимо для преобра­зователей с прямым включением выпрямителей, где при бтах = 0,5 возникает опасность насыщения трансформатора и резкого нара­стания коллекторного тока. Для ограничения бтах служит вывод 6 ИМС, подключенный к базе транзистора VT5 компаратора ШИМ. На этот вывод через резистивный делитель Rl, R2 пода­ется стабилизированное напряжение £Л. Сопротивление делителя Rl, R2 выбирается в соответствии с графиками, приведенными на рис. 23.

Интегральная микросхема (см. рис. 21) имеет эффективное устройство защиты от перегрузок выходного транзистора преоб­разователя по току, выполненное на транзисторах VT11 — VT16, образующих двухпороговый компаратор. Вывод 11 подключается к датчику тока (резистору в цепи коллекторного тока для одно-тактных схем или к трансформатору тока). Компаратор работа­ет в двух режимах ограничения тока. Первый режим возникает тогда, когда нагрузка ИИЭ возросла, но не вызвала условий, близких к короткому замыканию. В этом случае срабатывает компаратор с низким порогом 0,48 В (транзисторы VT14 — VT16]. Низкий потенциал на коллекторе VT16 трансформируется на вы­ходе схемы 2И — НЕ в высокий потенциал, подаваемый на схему ЗИ — НЕ DD3. Остальные входы DD3 в этом режиме также нахо­дятся под высоким потенциалом. Схема DD3 срабатывает и вы­ключает выходной транзистор VT21. Таким образом 6 сокраща­ется до 10 — 15%, причем работа ИИЭ не нарушается, так как срабатывание компаратора происходит с частотой F работы пре­образователя.



При 6<10 — 15% эффективность такой периодической с часто­той F защиты резко падает, так как выходные транзисторы имеют значительное время рассасывания (5 — 10 мкс), которым трудно уп­равлять. Поэтому при больших токах нагрузки (трансформирую­щихся в соответствующий ток коллектора) вступает в действие дру­гая система токовой защиты. Срабатывание компаратора VT11-VT13 трансформируется через схему 2И — НЕ DD4 в положитель­ный потенциал на 5-входе R5-триггера DSL Поскольку DS1 устанавливается сигналами высокого уровня (так же, как и DS3), на его прямом выходе появляется положительное напряжение. Это напряжение открывает транзистор VT17, следствием чего яв­ляется быстрый разряд конденсатора С6, снижение до нуля на­пряжения на выводе 6 и запирание транзистора VT21. Выходные отрицательные импульсы на выводе 15 пропадают. Повторное включение схемы происходит не сразу, а после заряда С6 до не­которого порогового значения (приблизительно 1В). После появ­ления коротких отрицательных импульсов на выводе 15 их дли­тельность медленно увеличивается («замедленный старт»). Если аварийный режим не прекратился, возникает повторное срабаты­вание компаратора VT15 — VT16 (периодически с низкой часто­той, определяемой постоянной времени заряда 06}.

Вывод 10 ИМС служит для дистанционного включения и вы­ключения ИИЭ. Когда на вход 10 подано положительное напря­жение свыше 2,2 В или ИИЭ не подключен, на 5-входе DS1 дей­ствует низкий уровень, не влияющий на состояние DS1 (напом­ним, что DS1 управляется положительными сигналами на RS-вхо-дах). Когда напряжение на выводе 10 становится меньшим 0,8 В, на выходе DD4 возникает высокий потенциальный уровень. При этом DS1 устанавливается в единичное состояние и отпирает транзистор VT17, вследствие чего транзистор VT21 запирается. Для включения ИИЭ надо снова подать на вывод 10 высокий уровень, при этом включение произойдет в режиме «замедленно­го старта».

К выводу 13 подключен компаратор U5, используемый как до­полнительное средство защиты от перегрузок.Порог его срабаты­вания составляет 0,6 В. Вход 13 может быть использован для за­щиты от перегрузок по напряжению. Его можно эффективно ис­пользовать для защиты однотактных преобразователей с прямым включением выпрямителей от насыщения силового трансформа­тора.

Наконец, вывод 16 ИМС предназначен для модуляции накло­на линейно нарастающего напряжения на конденсаторе С8 (см. рис. 22, г,д). Это возможно при U16>U2. Длительность импульса в зависимости от отношения U16/U2 изменяется по гиперболиче­скому закону (рис. 23). Такой вид модуляции бывает необходим, когда ИМС используется в качестве модулятора последователь­ного импульсного стабилизатора напряжения.

ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫЙ МОДУЛЯТОР

Широтно-импульсный модулятор (ШИМ) служит для преоб­разования постоянного напряжения сигнала ОС, снимаемого с од­ного из выходов преобразователя в сигнал такой длительности импульса, который необходим для отпирания выходного транзи­стора. Кроме этой основной функции ШИМ обеспечивает плав­ное нарастание мощности преобразователя после включения в сеть, а также различные виды защиты режима выходного тран­зистора.

Подробное представление о работе этого узла преобразовате­ля можно получить из рассмотрения практической схемы, приве­денной на рис. 20. Этот узел использован в ИИЭ телевизора, но может найти применение и в другой бытовой РЭА. Параметры схемы приведены для случая управления выходным каскадом так называемой самостабилизирующейся строчной развертки, ра­ботающей на частоте 15625 Гц.

Времязадающий конденсатор СЗ заряжается постоянным то­ком стабилизатора, собранного на транзисторе VT1, и на нем формируется линейно нарастающее напряжение. На транзисторе VT2 собран разрядный каскад, управляемый входными импуль­сами (например, с задающего генератора строчной развертки). Резистор R5 ограничивает разрядный ток конденсатора СЗ. Ре­зистор R2 служит для установки начального значения наклона линейно нарастающего напряжения на конденсаторе СЗ. Транзи­сторы VT3 и VT4 образуют компаратор, служащий для сравнения напряжения на конденсаторе СЗ с опорным напряжением +3,3 В, задаваемым стабилитроном VD3. При превышении напряжения на конденсаторе СЗ уровня +3,3 В транзистор VT4 открывается и открывает выходной каскад на транзисторе VT5. На резисторе R9, являющемся нагрузкой VT5, возникает положительный прямо­угольный импульс, который используется для управления выход­ным каскадом преобразователя.

СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ

В современных силовых импульсных трансформаторах бы­товой аппаратуры используют исключительно ферритовые магни-топроводы. Сведения о наиболее распространенных материалах, предназначенных для работы в сильных переменных магнитных полях, приведены в табл. П8 приложения.

Наиболее перспективным является феррит марки 2500 НМС-2, который применяется для ИИЭ повышенной мощности (200 — 500 Вт). Для ИИЭ меньшей мощности целесообразно применять ферриты более дешевых и менее дефицитных марок. Хорошими свойствами обладает материал 2500 НМС-1, лишь немного усту­пающий 2500 НМС-2. Характерное отличие этих ферритов от ос­тальных, приведенных в табл. П8, — отрицательный температур­ный коэффициент удельных потерь, что является важным факто­ром повышения КПД трансформатора, температура перегрева которого в мощных ИИЭ может достигать 40 — 50° С.

Для ИИЭ бытовой РЭА предпочтительными являются Ш-об-разные магнитопроводы, поскольку трансформаторы в этом слу­чае наиболее технологичны в изготовлении. В табл. П9 приложе­ния приведены размеры Ш-образных магнитопроводов, выпуска­емых промышленностью, с указанием ориентировочных габарит­ных мощностей.

Выбор магнитопровода трансформаторов производят на осно­ве известного [1,7] соотношения с учетом особенностей преобра­зователей ИИЭ QcQo = Pra6*10-1/2fBJkM, где Qc — площадь сече­ния магнитопровода, см2; Q0 — площадь окна для размещения об­моток, см2; f — частота работы преобразователя кГц, В — рабо­чая магнитная индукция, Т; J — плотность тока, А1/мм2; км — ко­эффициент заполнения окна медью. Габаритная мощность Ргаб (в ваттах) ориентировочно равна сумме мощности в нагрузке РВых и потерь, возникающих в самом трансформаторе, дросселях, вы­прямительных диодах и фильтрах, а также в помехоподавляющих цепочках, подключенных к обмоткам. Потери в силовых транзи­сторах, схеме управления, выпрямительной секции ИИЭ не учи­тываются при вычислении Ргаб. В качестве первого приближения для оценки потерь, входящих в Ргаб, можно принять следующие эмпирические значения, характерные для преобразователей, ра­ботающих на частотах 20 — 40 кГц:

Магнитопровод трансформатора..... . .                                   0.05 РВЫХ

Обмотки трансформатора....... . .                                              0,03 Рвых

Накопительный дроссель для схемы с «прямым» вкчючени-

ем выпрямителей........ .                                                               0,05 Rвых

Выпрямительные диоды и выходные фильтры . . .              0,12 РВых

Значение рабочей индукции выбирается в пределах (0,5 — 0,8) Вт, где Вт — индукция насыщения, чтобы избежать возмож­ ности насыщения магнитопровода. Для однотактных преобразо­вателей следует выбирать меньшее значение рабочей индукции. Плотности тока выбирают в зависимости от соотношения f/Ргаб [7]. При f/Ргаб, равном 2, 10, 20, 60, 100 и 200 Гц/Вт, J соответст­венно берут 3,5; 4,5; 5; 5,5; 6 и 6,4 А/мм2.

Коэффициент заполнения окна медью обычно невелик: kм = 0,3 — 0,35. Это объясняется необходимостью вводить надежную межслойную изоляцию, разделяющую первичную и вторичную об­мотки, которая должна выдержать напряжение до 2 кВ.

Пример. Рассчитать трансформатор ИИЭ по схеме рис. 9,а для стереофонического усилителя на выходную мощность 2X20 Вт. Для такого усилителя выходная мощность ИИЭ должна быть в два раза выше удвоенной электрической мощности одного канала плюс мощность, потребляемая предварительным усилителем — корректором частотной характеристики. Принимая последнюю равной 5 Вт, находим -РВЫх = 85 Вт, а РГаб = 85(1-г-0,06-|-0,03-т-+0,05+0,12) = 106 Вт. Принимая f = 30 кГц, Б = 0,2 Т, J = 6 А/мм2, kм = 0,35, находим Q0QC=10- 10-Y2-30-0,2-6-0,35=0,42 см4.

Обращаясь к табл. П9, выбираем магнитопровод Ш 7X7 из феррита 3000 НМС, имеющий Q0Qc = 0,56 см4. После выбора типа магнитопровод а по приближенным исходным данным целесооб­разно проверить значение kм:



где di, wi — диаметр и число витков соответствующих обмоток трансформатора. Рассчитанное значение kм должно быть меньше того, которое использовано при выборе магнитопровода. Для маг-нитопроводов, применяемых в однотактных преобразователях с



«обратным» включением выпрямителей, а также в накопительных дросселях преобразователей с «прямым» включением выпрямите­лей, необходимо рассчитать воздушный зазор Аl (в сантиметрах), предотвращающий насыщение:



Значение L выбирают с использованием формул (3) или (7),

В — в пределах (0,5 — 0,8) Вт. Например, если L = 4 мГн и ис­пользуется магнитопровод ШК13х13 из феррита 2500 НМС2, имеющий Qc=l,32 см2, Б = 0,8ВТО = 0,24 Т, а максимальный ток, про­текающий через первичную обмотку, равен 3 А, то Аl = 4зх-4-32Х Х10-4/1,32* (0,24) 2 = 0,6 мм. Число витков первичной обмотки транс­форматора на магнитопроводе с зазором рассчитывается по фор­муле:



где lм = 60 мм — средняя длина силовой линии, мм; м6 — = 1,38*10-6 Гн/м — абсолютная магнитная проницаемость воздуха; м= 1700 — для материала 2500 НМС2. Тогда



ОСОБЕННОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОТДЕЛЬНЫХ УЗЛОВ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ

СОВМЕЩЕННЫЙ БЛОК ИИЭ И ГСР ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИЗОРА

На рис. 31 приведена схема ИИЭ малогабаритного цветного телевизора на модернизированном кинескопе 32ЛК2Ц с повышенной до 220 кд/м2 яркостью, напряжением и током второго анода соответственно 22 кВ и 1 мА.

В связи с увеличением энергопотребления со стороны кинескопа необходимо было поднять КПД ИИЭ до 90%, что достигнуто применением совмещенного блока.

Переменное напряжение 220 В частотой 50 Гц подается на выпрямитель VD1 — VD4 и затем на конденсатор фильтра С9. На выходе выпрямителя включена цепь помехоподавления С1 — С4 L1. Для уменьшения импульсных по­мех, излучаемых схемой в сеть, выпрямительные диоды зашунтированы кон­денсаторами С5 — С8. Резистор R1 ограничивает зарядный ток конденсатора СЮ в допустимых пределах.

Выпрямленнное сетевое напряжение подается на выходной каскад ГСР с самостабилизацией и а транзисторе VT2. Транзистор VT2, конденсатор об­ратного хода С13, демпферные диоды VD10, VD11, строчный трансформатор ТЗ, конденсатор прямого хода С16, отклоняющая система ОС90ПЦ14 образу­ют обычный выходной каскад строчной развертки с двусторонним ключом. От­клоняющая система подключена к схеме через вторичную обмотку (выводы 6, 7) строчного трансформатора ТЗ для гальванической развязки от питающей сети. Ток в отклоняющей системе на второй по­ловине прямого хода протекает по цепи: от­пертый транзистор VT2, диод VD13, конден­сатор С14, первичная обмотка (выводы 1, 3) строчного трансформатора ТЗ. Во время первой половины прямого хода отклоняю­щий ток протекает по цепи: демпферные диоды VD10, VD11, конденсатор С14, пер­вичная обмотка строчного трансформато­ра ТЗ.

На рис. 32 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип действия блока. Транзистор VT2 открывается в мо­мент времени ti во время первой половины прямого хода строчной развертки. В нако­пительном дросселе L2 происходит линейное нарастание тока (рис. 32,0). Диод VD13 за­перт во время первой половины прямого хода. Он отсекает строчный контур C13VD10VD11C14T3, в котором происходит формирование линейно нарастающего тока отклонения (рис. 32,6), от накопительного контура L2VT2.

Рис. 31. Прин­ципиальная схема ИИЭ, совмещенного с выходным кас­кадом строчной развертки цвет­ного телевизора с диагональю экрана 32 см

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Источники электропитания на полупроводниковых приборах. Проектирова­ние и расчет/С. Д. Додик, Ю. Я. Дусавицкий, К. Б. Мазель и др.; Под ред. С. Д. Додика и Е. И. Гальперина. — М: Сов. радио, 1969. — 448 с.

2. Мелешин В. И. Энергетические соотношения в ключевых преобразователях постоянного напряжения. — В сб. Электронная техника в автоматике. Выл. 9/Под ред. Ю. И. Конева. — М.: Сов. радио, 1977, с. 83 — 98.

3. Мелешин В. И., Конев Ю. И. Миниатюризация преобразователя перемен­ного напряжения в стабилизированное постоянное. — В сб.: Электронная техника в автоматике. Вып. 7/Под ред. Ю. И. Конева. — М.: Сов. радио, 1975, с. 36 — 45.

4. Бриллиантов Д. П. Экономичные генераторы телевизионной строчной раз­вертки. — М.: Радио и связь, 1982. — 272 с.

5. Цветные телевизоры и их эксплуатация/И. Н. Баскир, С. С. Макогонов, Д. М. Мак-Миллин и др.; Под ред. С. В. Новаковского. — М.: Связь, 1974. — 200 с.

6. Мазель Е. 3. Мощные транзисторы. — М.: Энергия, 1969. — 280 с.

7. Мазель К. Б. Трансформаторы электропитания. — М.: Энергия, 1982. — 80 с.

8. Букреев С. С. Силовые электронные устройства: введение в автоматизиро­ванное проектирование. — М.: Радио и связь, 1982. — 256 с.

9. Конев Ю. И. Технико-экономическая эффективность микроэлектронных элек­тросистем. — В сб.: Электронная техника в автоматике. Вып. И/Под ред. Ю. И. Конева, — М.: Сов. радио, 1980, с. 3 — 7.

10. Конев Ю. И. О параметрах силовых МДП-транзисторов. — В. сб.: Элект­ронная техника в автоматике. Вып. 13/Под ред. Ю. И. Конева. — М.: Сов. радио, 1982, с. 3 — 7.

11. Митрофанов А. В., Афонин Л. Н. Расчет спада импульса тока при выклю­чении мощных высоковольтных транзисторов. — Электронная техника. Сер. 2. Полупроводниковые приборы, 1977, вып. 1 (III), с. 29 — 34.

12. Преобразователи постоянного напряжения с использованием пьезотрансфор-маторов/А. А. Богомаз, А. А. Ерофеев, В. К. Захаров и др. — В сб.: Элект­ронная техника в автоматике. Вып. 13/Под ред. Ю. И. Конева. — М.: Сов. радио, 1982, с. Мб — 105.

13. Kruger Н. Н. Integrierte Schaltnetzteilansteurchaltung B260D und ihre Ein-satzmoglichkeiten. — Radio fernsehen Elektronik, 1982, H. 2, S, 71.

14. Wessel P. A new Horizontal output deflection circuit. — IEEE Trans., 1972, v. BTR-18, № 2, p. 177.

15. Maytum M. Transistorised self-stabilising horizontal deflection systems. — IEEE Trans., 1974, v. BTR-20, № 1, p. 32.

16. Ohr. S. 1000-V power MOSFET aims at switchers. — Electronic Design, 1980, v. 28, № 18, p. 31.

17. Ishigaki Y., Hosoya M., Yasumura M., Sakamato H. Applications of the cross transformer. — IEEE Trans., 1982, v. CE-28, № 3, p. 305.

СПОСОБЫ ПОДАВЛЕНИЯ ПОМЕХ

Импульсные источники электропитания, построенные на ос­нове преобразователей с односторонним транзисторным ключом, имеют на коллекторах транзисторов форму напряжения, близ­кую к прямоугольной с размахом до 600 — 700 В. Кроме того, в преобразователях существуют замкнутые цепи, по которым цир­кулируют импульсные токи амплитудой до 3 — 5 А и более с до­статочно крутыми фронтами и спадами (0,3 — 1 мкс). Поэтому преобразователь служит источником достаточно интенсивных по­мех, спектр которых простирается от 16 — 20 кГц до десятков ме­гагерц. Эти помехи распространяются в нагрузку, создавая интер­ференционные полосы на экранах телевизоров или снижая отно­шение сигнал-шум высококачественных усилителей. В магнитофо­нах активными приемниками помех являются магнитные голов­ки, и проблема их защиты не решена до настоящего времени. Ха­рактерные помехи в стереофонических усилителях — биения, воз­никающие между основной частотой работы преобразователя и звуковыми частотами. Эти помехи попадают в среднечастотный участок полосы воспроизводимых частот и поэтому воспринима­ются на слух очень остро. Несмотря на это, разработанные в на­стоящее время способы борьбы с помехами, возникающими в ИИЭ, уже позволили решить проблему их использования в теле­визорах, стереофонических усилителях, крупногабаритных кату­шечных магнитофонах, УКВ ЧМ тюнерах.

Рис. 24. Принципиальная схема ИИЭ на базе однотактного мощного автогенератора с тиристором в цепи ОС

Основные принципы помехоподг.вления заключаются в следу­ющем: уменьшении паразитных емкостных связей между цепями первичного (сетевого) напряжения и вторичными цепями; выборе оптимальных режимов переключения транзисторов и диодов, пре­дотвращающих резкие перепады напряжения; сокращении пло­щади контуров, охватываемых цепями, по которым протекают большие импульсные токи.

Некоторые из этих принципов иллюстрируются на примере схемы рис. 24, предназначенной для телевизоров.
Основной ме­рой защиты от симметричных и несимметричных помех, распро­страняющихся в сеть, является установка в оба провода питания заграждающего фильтра C31C28L7, а также конденсаторов С21, С22, С26, С27 параллельно диодам мостового выпрямителя сете­вого напряжения. Последние служат для подавления асимметри­чной составляющей помехи. Эту же роль выполняют конденсато-ры СЗО, С34, которые «симметрируют» провода сети относительно шасси телевизора.

Важное значение имеет конструкция трансформатора Т. Для однотактных схем с «обратным» включением выпрямителей, к к которым относится схема рис. 24, зазор в магнитопроводе ре­комендуется делать только в среднем керне. Первичная обмотка разбивается на две равные секции, одна из которых наматывает­ся в первых слоях катушки, а другая — в последних. Таким обра­зом, все остальные обмотки располагаются между этими секциями. В трансформаторе Т схемы рис. 24 нет внутренних экранов, разделяющих первичные и вторичные обмотки, хотя эта мера обычно применяется в ИИЭ для усилителей. Достаточно эффек­тивным оказался общий экран в виде короткозамкнутого витка из медной фольги, охватывающего все три керна Ш-образного трансформатора. Другая мера — отсутствие электрического кон­такта между радиатором и транзистором выходного каскада пре­образователя, который установлен на изолирующей прокладке. Радиатор электрически соединяется с эмиттером транзистора.

В качестве эффективных мер подавления помех рекомендуют­ся, в частности, и такие: включение первичной обмотки транс­форматора не в коллекторную, а в эмиттерную цепь транзистора; электрическое соединение магнитопровода трансформатора с по­ложительным полюсом выпрямленного сетевого напряжения; вве­дение в трансформатор между первичными и вторичными обмот­ками двойных экранов, которые гальванически соединяются соот­ветственно с «плюсом» выпрямленного сетевого напряжения и с «землей» вторичных цепей; введение медных шайб, изолирован­ных тонкими диэлектрическими прокладками, между выходными транзисторами и радиаторами, уменьшающих паразитную емко­стную связь между ними.

Следует тщательно компоновать печатную плату ИИЭ, сокра­щая длину и площадь контуров, по которым протекают импульс­ные токи выходного транзистора и выпрямительных диодов. Па­ры проводников, по которым протекают одинаковые по амплиту­де, но противоположные по знаку токи, должны по возможности располагаться параллельно один другому на максимально близ­ком расстоянии.

Перечисленные меры, принятые в ИИЭ по схеме рис. 24, при­вели к тому, что в телевизоре его можно использовать без экра­нирующего кожуха. Однако в ИИЭ, предназначенных для стерео­фонических усилителей, такой кожух все же требуется.

СТРУКТУРА И КЛАССИФИКАЦИЯ

Импульсный источник электропитания вырабатывает посто­янные и переменные напряжения, необходимые для электропита­ния блоков аппаратуры, путем ключевого преобразования выпря­мленного сетевого напряжения промышленной частоты 50 Гц, Его основными функциональными частями (рис. 1) являются входной помехоподавляющий фильтр (1), сетевой выпрямитель со сглаживающим емкостным фильтром (2), ключевой преобра­зователь напряжения с импульсным трансформатором и схемой управления (3), цепи вторичных напряжений (выпрямленных или переменных), не имеющие гальванической связи с питающей се­тью, (4). Ключевой преобразователь работает, как правило, на частоте 16 — 40 кГц, поэтому габаритные размеры и масса им­пульсного трансформатора в несколько раз меньше, чем сетево­го, работающего на частоте 50 Гц. Это обстоятельство, а также более высокий КПД объясняют преимущества использования им­пульсных источников электропитания (ИИЭ) в бытовой РЭА.

Максимальный ток через диод VD3

Параметр	Схема с низковольтной накачкой	Схема с высоковольтной накачкой
Максимальнее напряже­ние коллектор — эмиттер	nUвых/бmin
Максимальный ток через диод VD3
Диапазон изменения б для стабилизации в усло­виях двухкратного изме­нения U ах.
Связь Uвых С U ах
Минимальная индуктив­ность первичной обмотки трансформатора

Расчеты, проведенные по формулам табл. 1 для некоторых характерных случаев использования ИИЭ в телевизорах, пока­зывают, что максимальный ток и напряжение коллектора для схемы с низковольтной накачкой составляют соответственно око­ло 550 В и 4 А. Для схемы с высоковольтной накачкой эти зна­чения соответственно равны 1170 В и 2,8 А. Таким образом, и та, и другая разновидности самостабилизирующихся совмещенных схем ИИЭ и ГСР могут быть реализованы на существующих се­рийных транзисторах. В следующем разделе приведена прак­тическая самостабилизирующаяся схема для телевизора 32 ПИЦТ-IV.
ПРАКТИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ БЫТОВОЙ АППАРАТУРЫ
Большинство из описываемых ниже схем ИИЭ было пер;воначально соз­дано для телевизионных приемников. Однако они, за исключением схем, в ко­торых функции ИИЭ частично совмещаются с функциями выходного каскада строчной развертки, могут быть использованы и в другой бытовой радиоаппара­туре с эквивалентной потребляемой мощностью нагрузки.
Первоначальное распространение ИИЭ преимущественно в телевизионных приемниках объясняется двумя причинами, облегчавшими решение схемно-кон-структпвных вопросов для этого вида аппаратуры. Во-первых, чувствительность телевизионных приемников к создаваемым ИИЭ помехам значительно «иже, чем аппаратуры звуковоспроизведения, особенно высококачественного. Во-вторых, телевизионные приемники отличаются относительным постоянством мощности, потребляемой в нагрузке. Переменная часть этой мощности обусловлена изме­нениями яркости экрана при смене сюжетов и составляет не более 20 Вт (при­близительно 30% максимальной потребляемой мощности).


Для стереофонического усилителя с выходной мощностью, например 2X20 Вт колебания мощности достигают 70 — 80 Вт (приблизительно 70 — 80% максимальной потребляемой мощности). Поэтому для этого класса радиоаппа­ратуры ИИЭ получаются более дорогостоящими из-за необходимости использо­вания двухтактных схем или более сложных стабилизаторов.
Ниже рассмотрены некоторые практические ИИЭ, прошедшие этапы опыт-до-конструкторских разработок и успешной опытной эксплуатации.
ОДНОТАКТНЫЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ АВТОГЕНЕРАТОРНОГО ТИПА
Схема, приведенная на рис. 24, была предложена в 1974 г. [5], однако ее практическое воплощение стало возможным лишь после освоения в массо­вом производстве соответствующих электронных изделий: мощных высоковольт­ных транзисторов, быстродействующих выпрямительных диодов, электролитичес­ких конденсаторов с малым RaM, ферритовых магнитопроводов для импульс­ных силовых трансформаторов. В настоящее время этот преобразователь явля­ется базовым для ИИЭ цветных телевизионных приемников. Его преимущест­вами являются малое число использованных элементов, хорошая стабильность выходных напряжений при колебаниях сетевого напряжения в пределах -}-15ч — 20% и мощности нагрузки до 30%. Кроме того, он обладает внут­ренней защитой от аварийных режимов короткого замыкания и холостого хода. По принципу действия преобразователь является мощным однотактным автогенератором с трансформаторной ОС и «обратным» включением выпря­мителей напряжений нагрузки.

Рис. 26. Времен­ные диаграммы (о) для схемы рис. 24 и аппроксимация вольт - амперной характерист и к и выпрямительного диода (б)
Процессы, определяющие частоту автоколебаний, а также отдаваемую пре­образователем мощность, поясняются с помощью временных диаграмм рис. 26,а.. Когда VT3 отперт, через него и первичную обмотку трансформатора протекает линейно нарастающий ток i1 (на рис. 26,а изображен штриховой линией). В это время на резисторах R7, R22 включенных последовательно в цепь коллек­торного тока, вырабатывается линейно нарастающее напряжение отрицатель­ной по отношению к эмиттеру VT3 полярности.


Это напряжение поступает на катод тиристора VD16. Когда разность потенциалов между управляющим элек­тродом и катодом тиристора достигает 0,6 — 0,7 В, происходит его включение, которое вызывает разряд конденсатора С24 и запирание транзистора в конце интервала времени t1. Когда VT3 запирается, открываются выпрямительные диоды, подключенные к нагрузке. Для упрощения дальнейших рассуждений будем считать, что имеется лишь один выпрямитель, подключенный к нагруз­ке, тогда размах тока, протекающего через диод выпрямителя, приблизитель­но равен I1maxn/n, где I1max — максимальный размах тока через первичную об­мотку Wi-з; n и n — соответственно коэффициент трансформации и КПД тран­сформатора.
Энергия, запасенная в индуктивности Li первичной обмотки, передается в нагрузку в течение интервала tz, в конце которого транзистор отпирается вновь. Пользуясь уравнением баланса мощностей, можно определить отдавае­мую в нагрузку мощность:
Pн = E2п n t1F/2L1,                                                                                  (13)
где Eп — напряжение питания преобразователя; F — частота автоколебаний.
С помощью усилителя постоянного тока на транзисторе VT4, включенно­го в цепь стабилизирующей ОС преобразователя, можно изменить напряже­ние, подаваемое на управляющий электрод тиристора VD16. Тем самым до­стигается регулировка интервала t1, а следовательно, и энергии, накапливаемой в трансформаторе. Таким образом, интервал ti определяется скоростью нара­стания тока i1 и напряжением на управляющем электроде тиристора.
Длительность интервала t2, соответствующего запертому состоянию тран­зистора, определяется временем протекания тока i2 через выпрямительный ди­од. Во время протекания этого тока на обмотке ОС w11 — 13 (выводы 11 — 13 трансформатора) действует напряжение отрицательной полярности
U0 с (t) = — М di2/dt, где М — взаимная индуктивность между обмотками w1-3 и w11-13. Это напряжение запирает транзистор VT3.
Ток i2 изменяется по-разному в интервалах времени t'2 и t"2. В интервале t'2 изменение тока происходит при полностью отпертом выпрямительном дио­де, когда его динамическое сопротивление RД2 (рис. 26,6) равно 1 — 2 Ом.


С достаточной степенью точности ток iz на этом участке определяется выраже­нием:
i2(t)=I2mаx( 1 — Uн* t/L2I2max) ,                                                               (14)
где La — индуктивность вторичной обмотки трансформатора: Uи — напряже­ние на нагрузке. Из выражения (14) можно приблизительно оценить t'2=L2I2max/Uн.
В интервале t"2 изменение тока происходит при большом и, строго говоря, нелинейном динамическом сопротивлении диода Rдь Характер изменения тока близок к квадратическому, поэтому напряжение на коллекторе (рис. 26,а), a также Uo.c в интервале t"z спадают почти линейно. Этим объясняется харак­терный «скол» вершины импульса UКэ перед включением транзистора.
Включение транзистора происходит в конце интервала tz, когда
UC25(t)-U0.с(t2)>UБЭпор,                                                                             (15)
где Неги — напряжение на конденсаторе С25; UБЭ пор — пороговое напряже­ние отпирания транзистора.
Выключение транзистора происходит в конце интервала t1, определяемого
формулой
l1 = (Uу min — Uрег + iс R18) L1/RKEп,
где Uymin — напряжение между управляющим электродом и катодом тиристора; Uper — регулирующее напряжение на коллекторе VT4; i0 — ток спрямления тиристора; RK — сопротивление в катодной цепи тиристора.
На рис. 27 приведены расчетные зависимости частоты автоколебаний пре­образователя от обобщенной нагрузки: 6Н — Rнn/L2 Для разных значений t1.
При расчетах принято, что T — 1/F — t1+t'2+t"2. Переходные процессы при ра-чете не учитывались, так как время включения и выключения применяемых в ИИЭ транзисторов не превышают 1 — 1,5 мкс, что составляет 5 — 7% от пе­риода.
С помощью рис. 27 можно выбрать индуктивность первичной обмотки трансформатора Lb пределы изменения F и t1 в режиме стабилизации. Исход­ной точкой для расчета является выбор Fmin и Qmin — T/t1max, соответствующих режиму максимальной отдаваемой в нагрузку мощности. Частоту Fmim для бытовой аппаратуры выбирают в пределах 20 — 25 кГц (вне пределов диапазо­на звуковых частот).


Скважность Qmm связана с максимально допустимым рабочим напряжением на коллекторе транзистора UKg max. Из рассмотрения эпюры UKc, (t) на рис. 26,а следует, что

Полуэмпирические зависимости t"2/2t1 от би приведены на рис 28. По­скольку в начале расчета бн и t1 неизвестны, в качестве первого приближения принимают t"2/2t1=0,4 — 0,5, а б конце проверяют UКэ тах. При расчете ис­пользуют также приближенную формулу для коэффициента трансформации:
                                                                  (17)
и соотношение 6Н тмх = бн min Pн mах/Рн min, вытекающее из условия постоянства выходного напряжения при изменении мощности в нагрузке.

Рис. 27. Расчетные зависимости час­тоты автоколеба­ний F (сплошные линии) и величи­ны PHЕi (штрихоховые линии) от обобщенной на­грузки бн для схе­мы рис. 24
Пример. Заданы: Fmin = 22 кГц, n=0,8, Eп = 300 В, £7Н1 = 64 В, phi max = 60 Вт, PHlmin = 40 Вт, Uн2 = 24 В, РН2 = 20 ВТ, UкЭ рабтаХ = 450 В.
1. Определяем минимально допустимую скважность Qmin >300/450 — 300 + + 1+0,45 = 3,45. Принимаем Qmin = 3,5.
2. Задаваясь Fmin и Qmin, при максимальной мощности из семейства кри­вых F(6H, t1) определяем: t1max=13 мкс. 6Hmin = 0,2.
3. Из семейства кривых PнLi=f(бB, ti) находим PsLi= 1,36-105 Вт-мкГн.
4. Задаваясь Рнтах=80 Вт, находим Lt=1700 мкГн.
5. При снижении суммарной мощности до 60 Вт определяем 6Н max = 0,2 (80/60) = = 0,266.
6. При PHmin = 60 Вт, определяем PHL1 = 10200 Вт*мкГн.
7. Пользуясь рис. 27, по пересечению координат бн = 0,266, РНL1 = 10200 находим t1=10 мкс.
8. По кривым РнL1 при Рн min находим частоту Fmах = 28,8 кГц и скваж­ность Q = 3,47.
9. Пользуясь (17), рассчитываем коэффициенты трансформации: п1 = 0,45, .п2 = 0,17.
10. По (17) и рис. 28 при PHmin проверяем выходные напряжения: UH1 = 65,6 В и Uн2 = 24,5 В.
Первоначальный запуск автогенератора производится полуволной сете-.вого .напряжения в момент заряда конденсатора С23 через диод VD6, резистор R9 и цепь базы VT3 (см.


рис. 24). Защита от коротких замыканий в нагруз­ке и других причин увеличения импульса тока через транзистор обеспечивает­ся выбором специального режима работы тиристора VD16. В стационарном режиме суммарное напряжение на его управляющем электроде отрицательное. Оно создается благодаря диоду VD15, выпрямляющему отрицательную полу­волну напряжения на обмотке ОС 11 — 13. Пилообразное напряжение на ре­зисторе R7, создаваемое эмиттерным током транзистора VT3, также имеет от­рицательную постоянную составляющую относительно управляющего электро­да тиристора. Если в нагрузке возник режим, близкий к короткому замыка­нию, скорость спада тока через выпрямительный диод резко уменьшается, при этом уменьшается и размах импульсного напряжения на обмотке ОС. Напря­жение на управляющем электроде тиристора становится близким к нулю, и ти­ристор открывается даже при небольшом увеличении тока коллектора. Обычно в таком режиме автоколебания в течение нескольких периодов срываются и возникают снова лишь после повторного прихода импульса первоначального запуска. Если короткое замыкание к этому времени устранилось, то преобра­зователь снова переходит в нормальный стационарный режим.

Рис. 28. Полуэмпирические зависимости t"2/2t1 от обобщенной нагрузки бн = Rнn/L2
Диод VD11 служит для стабилизации напряжения на конденсаторе С25, что необходимо для более четкой фиксации момента включения транзистора VT3 [см. формулу (12)]. Иногда последовательно с VD11 включают второй диод, для того чтобы напряжение на конденсаторе С25 с запасом превосходило UЕЭ транзистора VT3. Диод VD13 обеспечивает прохождение постоянной со­ставляющей тока базы VT3, a VD14 — постоянной составляющей тока тиристо­ра VD16.
Транзистор VT4 служит регулятором интервала ti и, следовательно, энер­гии, запасаемой в преобразователе. На него подается выпрямленное напряже­ние со вспомогательной обмотки 9 — 15 силового трансформатора. Когда это на­пряжение повышается, ток через VT4 возрастает.


При этом отрицательное сме­ щение на управляющем электроде VD16 уменьшается, что приводит к сокра­щению интервала t1. Таким образом достигается эффект стабилизации.
Эффект холостого хода также является нежелательным для данного пре­образователя, поскольку при этом происходит перегрузка транзистора VT3 по «напряжению. Для защиты от холостого хода используется свойство тиристора, заключающееся в значительном времени выключения, которое в условиях схе­мы рис. 24 составляет 8 — 10 мкс. С уменьшением нагрузки повышается ча­стота работы преобразователя и при F = 50 — 60 кГц происходит срыв автоко­лебаний, так как сопротивление тиристора полностью не восстанавливается за полпериода автоколебаний. Автоколебания вновь возобновляются лишь после прихода очередного импульса запуска, следующего с частотой сети. В заклю­чение приведем сведения о моточных изделиях схемы (см. рис. 24). Обмотки Wi-2 = w3-i дросселя фильтра L7 содержат 140 витков провода ПЭВ-2 0,31. Магнитопровод Ш 6X6 из материала 2000 НМ1. Импульсный силовой транс­форматор Т собран из магнитопровода ШК 13X13 из материала 2500 НМС-2. Обмотка W1-5 содержит 58 витков в два провода ПЭВ-2 0,23, w5-7 — 56 вит­ков в два провода ПЭВ-2 0,23, w11 — 13 — два витка ПЭВ-2 0,35, w9-15 — 12 вит­ков с шагом 1,5 мм провода ПЭВ-2, 023, w2-4 — 46 витков ПЭВ-2 0,23, w6-12 — 62 витка в два провода ПЭВ-2 0,23, w6-12 — четыре витка в два провода ПЭВ-2 0,23, w12-16 — 10 витков в два провода ПЭВ-2 0,23.

К10Х6Х4 из феррита 2000 НМС

Трансфор­матор	Магнитопровод	Число витков/провод ПЭВ-2
wl	w2	w3	w4
Tl	К10Х6Х4 из феррита 2000 НМС	8/0,31	4/0,31	4/0,31	4/0,31
Т2	К10Х6Х4 из феррита 2000 НМ-3	1/0,41	2/0,41	—	—
ТЗ	Ш7Х7 из феррита 3000 НМС	120/0,31	20/0,31	24/0,41	24/0,41

В данном ИИЭ принят ряд мер для подавления помех. Транзисторы VT3 и VT4 гальванически изолированы от радиатора, который также не соединен с корпусом (шасси) усилителя. Радиатор соединен с эмиттером VT4 через конденсатор СЗ. Для уменьшения напряжения помех на сетевых выводах ИИЭ используют дроссели Llt L2, а также конденсаторы С6 — С9, С11 — С14.
Первичная обмотка трансформатора ТЗ разделена на две одинаковые секции, занимающие первые и последние слои намотки катушки. Между эти­ми секциями расположены остальные обмотки. Вторичные обмотки w3=w4 отделены от секций первичной обмотки wl и обмотки ОС экранами из слоя медной фольги. Магнитопровод гальванически связан с положительным полю­сом выпрямленного сетевого напряжения.
Весь ИИЭ помещен в перфорированный алюминиевый кожух. Благодаря принятым мерам по экранировке и заземлению элементов ИИЭ отношение сигнал-фон для стереофонического усилителя 2X20 Вт оказалось на 5 дБ вы­ше, чем для этого же усилителя с обычным блоком питания, и составило не менее 78 дБ.
ИМПУЛЬСНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ МАЛОГАБАРИТНОГО ЦВЕТНОГО ТЕЛЕВИЗОРА «ЮНОСТЬ Ц-404»
Современный ИИЭ, достаточно хорошо отработанный в условиях серий­ного производства, применен в телевизоре «Юность Ц-404». Его схема приве­дена на рис. 30. Он построен на принципе однотактного преобразователя с «об­ратным» включением выпрямителей. Входная и выпрямительная секции ИИЭ выполнены по классической схеме: LC-фильтр 1-(Ll C7 CS), выпрямительный мост, диоды которого шунтированы конденсаторами для фильтрации импульсных помех, поступающих от преобразователя, RС-фильтр 1-(R2 R3 R4 С1). Цифрой 1 обозначены элементы, входящие в плату API схемы рис. 30, цифрой 2 — элементы API. Цепь 1-(R6 C13) является «стартовой» — при заряде 1-С13 в момент включения питание подается на схему управления. После начала ра­боты преобразователя питание схемы управления осуществляется от обмотки трансформатора и выпрямителя 1-VD12.



Электрические параметры транзисторов КТ838А, КТ840А, Б

Параметр	Номинальное значение	Режим измерений
КТ838А 1	КТ840А 1	КТ840Б
Обратный ток коллекто­ра, мА, не более	1			UK9 =1500 В, UБЭ =0
	3		Uкъ =750 В
		3	uкб =700 В
Напряжение насыщения коллектор — эмиттер, В, не более	5			Iк = 4,5 А, Iв=2 А
	3	3	Iк=4 А, IБ=1,2 А
Напряжение насыщения база — эмиттер, В, не бо­лее	1,5			Iк = 4,5 А, Iв=2 А
	1,6	1,6	Iк = 4 А, IБ=2 А
Статический коэффици­ент передачи тока в схе­ме ОЭ, h21Э. не менее	-	10	10	UКв =5 В, Iк = 0,6 А
Граничное напряжение, UКЭОгР, В, не менее	700			IКнас = 0,3 А, IК = 0,1 А, L = 40 мГн
	400	350	IК нас =0,3 А, IК = 0,1 А, L = 25 мГн
Время спада импульса тока коллектора ten, мкс, не более	1,5 (0,7 тип)			IБнас=IВзап = 1,8 А, Iк = 4,5 А, Eп = 500 В
	0,6	0,6	IБнас=0,5А, IBзап=1A, Eп = 200В
Время рассасывания tрасс, мкс, не более	10 (тип)			CM. ten
	3,5	3,5	Iк = 2,5А, IБнас=0,5 IБзап =1 A А,

Параметры иагнитопроводов для силовых трансформаторов ИИЭ

Тип магни-топровода	Размеры, мм	Qс Qо, см4	Марка феррита	Мощность. Область применения
L	1о		В	H	h
Ш5Х5	20	5	13	5	10	6,5	0,13	2000 НМ1	1 — 5 Вт. Кассет­ные магнитофоны, приемники, микро­калькуляторы
Ш6Х6	24	6	16	6	12	8	0,29	2000 НМ1
Ш7Х7	30	7	19	7	15	9,5	0,56	3000 НМС	40 — 100 Вт. Теле­визоры, магнито­фоны, электрофо­ны, усилители
								2500 НМС1
Ш10Х10	36	10	26	10	18	13	2,08	2000 НМ1
Ш 12X15	42	12	30	15	21	15	4,86	3000 НМС	100 — 200 Вт. Теле­визоры, усилители 2X50 Вт
Ш* 12X20	42	12	30	20	32,5	20	8,64	3000 НМС
Ш 16X20 шк**юхю	54 35	16 10	38 22	20 10	27 17,5	19 12	13,37 2,07	3000 НМС 2500 НМС 1 2500 НМС2	40 — 100 Вт
ШК**13Х13	45	13	29	13	20,8	14,5	3,08	2500 НМС1	100 — 200 Вт
ШК14Х14	54	14	32	14	24	15,5	4,29	2500 НМС2

Примечания: * С зазором 0,85 мм в среднем керне; ** С круглым средним керном.


Параметры диодов для выпрямления вторичных преобразованных напряжений

Параметр	Номинальное значение
КД212А КД212Б*	КД221А КД221Б*	КД221В К Д 221 Г*	КД213А КД213В*	КД213Б КД213Г*
Постоянное прямое напряже­ние при t = 25° С, Iк=10 А, В, не более	1,0	1,4	1,4	1,0	1,2
Постоянный прямой ток, Iпр.ср,	1	0,7	0,3	10	10
А, не более		0,5*	0,2*
Постоянное обратное напряже-	200	100	400	200	200
ние, В, не более	100*	200*	600*	100*	100*
Импульсный прямой ток при tж<10 мс, Q>1000, A	50	2 Iпр-ср	2 Iпр-ср	100	100
Частота без ограничения режи­мов, кГц	100	25	25	100	100
Температура окружающей сре­ды, °С	+85	+85	+85	+85	+85

Параметры диодов для цепочек защиты и выпрямителей повышенного вторичного напряжения

Параметр	Номинальное значение
	КД411А	КД411Б	КД411В	КД411Г
Максимально допустимое обратное постоянное напря­жение, В	700	600	500	400
Максимально допустимый прямой импульсный ток си­нусоидальной формы дли­тельностью 8 — 13 мкс, А, при частотах следования:
до 500 Гц	10	10	10	10
16 кГц	11	11	—	—
20 кГц	5	5	—	—
Максимально допустимый прямой импульсный ток при tи = 20 — 27 мкс и частоте до 16000 Гц, А	8	8
Максимальный постоянный прямой ток, А	1	1	1	1 1 Л
Постоянное прямое напря­жение при IПр=1 А, В, не более	1,4	1.4	1 ,4	1 9%
Время восстановления об­ратного сопротивления при Iпр = 1 А, Uобр =100 В, Iобр.отсч = 20 МА, МКС	2,5	2,5

Параметры конденсаторов для фильтра сетевого выпрямителя

Конденсатор	Номинальное напряжение, В	Номинальная емкость, мкФ	Размеры, мм
диаметр d	высота (без выводов) h	расстояние меж­ду выводами о
К50-26	450	47+47+33+ +33	—	70	Четыре вывода по одному на каждую секцию
	350	220+100+ +47+22	34	95
К50-27	350 350	100 220	24 30	62 77	10 13
	350	100	30	62	13
	450	220	34	92	13
К50-Ц	350	100	22	55	—

Основные параметры конденсаторов типа К50-35

Номинальное напряжение, В	Номинальная емкость, мкФ	Размеры, мм
диаметр d	высота (без вы­водов) h	расстояние меж­ду выводами а
6,3	47	6	12	2,5
100	6	14	2,5
220	10	14	5
470 1000 2200 4700	12 14 16 18	16 19 25 30	5 5 7,5 7,5
16	47	6	12	2,5
100	7,5	14	2,5
220	10	16	5
470 1000 2200	12 14 16	19 24 30	5 5 7,5
4700	18	45	7,5
25	22	6	12	2,5
47	7,5	12	2,5
100	10	14	5
220 470	12 14	19 19	5 5
1000	16	30	7,5
2200	18	40	7,5
40	22	6	14	2,5
47	7,5	14	2,5
100 220	10 12	16 19	5 5
470	14	24	5
1000	18	30	7,5
	10	6	12	2,5
	22.	7,5	12	2,5
63	100 220	10 14	19 19	5 5
	470	16	30	7,5
	1000	18	40	7,5
100	10 22	7,5 10	14 16	2,5 5
47 100	12 14	19 24	5 5
220	18	30	7,5
160		6	12	2,5
2,2	6	14	2,5
4,7	7,5	14	2,5
10	10	19	5
22	14	19	5
47	16	25	7,5
100	18	35	7,5

Параметры ферритов для магнитопроводов силовых трансформаторов ИИЭ

Параметр	Марка феррита
3000 НМС	2500 НМС1	2000 НМС	2000 НМС1	2600 НМС2
Начальная магнитная проница­емость	200±400	1700 ±500	2000±400	—	2000±400
Критическая частота при tg6 = = 0,02, МГц	0,1	0,16	0,08	0,09	0,16
Максимальная индукция Вт при H =240 А/м, Т	0,25	0,29	0,24	0,22	0,3
Удельная мощность потерь, мкВт/см3-Гц при В =0,1 Т: t=20° С	2,5	2,2	4,2	3,2	2,0
t=120° С	2,5	1,8	4,6	3,2 1,6

Основные электрические параметры мощных составных

Основные электрические параметры мощных составных транзисторов КТ834А, КТ834Б, КТ834В при температуре корпуса Г„0рп=25±10вС

Параметр	Значение
минимальное	типовое	максимальное
Обратный ток коллектор — эмиттер при Rвэ=100 Ом, мА:
КТ834А (при UкЭ = 500 В)	0,01	0,2	3
КТ834Б (при UK3 =460 В)	0,01	0,2	3
КТ834В (при UКЭ =400 В)	0,01	0,2	3
Статический коэффициент передачи то­ка в схеме ОЭ: при Iк = 5 A UКЭ = 5 В,	150	500	3000
при Iк =10 А икэ =5 В	60	250	71250
Обратный ток эмиттера при UЭБ =5 В, мА	10	25	50
Напряжение насыщения коллектор — эмиттер ;при Iк = 15 А, IБ=1,5 А, В	1,2	1,5	2
Граничное напряжение при L=25 мГн, Iк = 0,1 А, В:
КТ834А	400	450	490
КТ834Б	350	400	440
КТ834В	300	340	375
Время спада тока коллектора при Iкнас = 10А, IБнас=IБ зап = 1А, Uкэ = =250 В, UБЭобр = — 5 А, мкс			1,2
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор — эмиттер при Rвэ =100 Ом, В	500	450	400
Максимальное допустимое импульсное напряжение коллектор — эмиттер при tФР>2 мкс, Rfo =100 Ом, В	400	350	300
Максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер — база, В	8	8	8
Максимально допустимый постоянный ток коллектора, А	15	15	15
Максимально допустимый импульсный ток коллектора при tи>500 мкс, Q>100, А	20	20	20
Максимально допустимый постоянный ток базы, А	3,5	3,5	3,5
Максимально допустимая постоянная рассеиваемая на коллекторе мощность при TКорп = +25вС, Вт	100	100	100

Примечание Транзисторы КТ834А — КТ834В предназначены для устройств управ­ления двигателями, вторичных источников электропитания, компенсационных стабилизаторов напряжения, электронных систем зажигания автомобилей.

Предельно допустимые параметры транзисторов КТ838А,

Предельно допустимые параметры транзисторов КТ838А, КТ840А, Б

Параметр	Предельно допустимое значение
КТ838А	КТ840А	КТ840Б
Постоянный ток кол­лектора, А, не более	5	6	6
Постоянный ток базы, А, не более	—	2	2
Импульсный ток кол­лектора, А, не более	7,5	8 при tи<20 мкс; Q>2	8 при tи<20 мкс; Q>2
Постоянное обратное напряжение эмиттер — база UЭБ, В, не бо­лее	5 при IЭБ = 10 мА; 7,5 при IЭБ = = 100 мА	5	5
Постоянное напряже­ние коллектор — эмит- тер U Кэшах. В		400 при ЯЭБ = = 100 Ом	350 при Rэв -= 100 Ом
Импульсное напряже­ние коллектор -эмит­тер UкЭ Rи max , В, не тер UКЭ R и max менее	1500 при Rэб= = 10 Ом, tфр<2 мкс, Q>4, tк<75° С	900 tи<80 мкс, tФР>1 мкс, Q>2, uэб<0	750 tи<80 мкс, tФР>1 мкс, Q>2, Uэв<о
Мощность, рассеивае­мая на коллекторе При Тн=25°С, Ркmаx, Вт	12,5	60	60
Запирающий ток ба ы, IBwn А, не бо­иее: постоянный импульсный	0,1 3,5

УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ ОТ ПЕРЕГРУЗОК

Из рассмотрения особенностей характеристик и параметров мощных высоковольтных транзисторов становится ясно, что да­же кратковременный выход рабочей точки за пределы ОБР резко увеличивает вероятность отказа. Поэтому выходные каскады ИИЭ нуждаются в таких мерах защиты, которые обеспечивали бы как можно более быстрое отключение транзистора при возни­кновении аварийного режима.

Характерные причины возникновения аварийных режимов: «броски» сетевого напряжения, вызывающие увеличение импуль­са напряжения на коллекторе; короткое замыкание или обрыв в цепи нагрузки; лавинообразное нарастание тока коллектора из-за насыщения магнитопровода трансформатора (причинами на­сыщения могут быть изменения характеристики намагничивания магнитопровода из-за перегрева, случайное увеличение длитель­ности импульса, открывающего транзистор, под действием поме­хи из сети и др.).

Надежная защита крайне важна в условиях серийного произ­водства ИИЭ, когда со сборки на регулировку могут поступать блоки с ошибками в монтаже, с регулировочными органами, на­ходящимися в случайном, не оптимальном положении. Устройст­во защиты позволяет сократить число вышедших из строя доро­гостоящих выходных транзисторов.

Идеальное устройство защиты должно работать по следующе­му алгоритму: обнаружение аварийного режима на начальных стадиях его развития; как можно более быстрое отключение си­ловых транзисторов преобразователя; выдержка в отключенном состоянии в течение некоторого времени (сотни миллисекунд); повторное включение преобразователя, причем с плавным нара­станием выходной мощности; повторение циклов выключения — включения в течение некоторого времени (секунды), если аварий­ный режим не самоустраняется; окончательное отключение ИИЭ от сети (с помощью плавкого предохранителя, реле) после пов­торения нескольких циклов выключения — включения.

В практических блоках ИИЭ для бытовой аппаратуры в силу требования низкой стоимости этот алгоритм выполняется, как правило, лишь частично.
Для обнаружения возникающего ава­ рийного режима ИИЭ должен содержать дополнительные элемен­ты — датчики напряжения на коллекторе и тока через транзи­стор (датчики перегрузки).

Для однотактных преобразователей меры защиты проще и эф­фективнее, так как в них приходится выключать лишь один мощ­ный силовой транзистор. Независимо от вида датчиков перегруз­ки, главный принцип защиты остается неизменным и заключает­ся в подаче на базу выходного транзистора запирающего напря­жения в период работы преобразователя, следующий непосред­ственно за периодом, во время которого перегрузка обнаружена. Наиболее типичным является запуск выходного каскада от пред­варительного импульсного усилителя с трансформатором (рис. 17,а). На этом рисунке изображен однотактный преобразователь с обратным включением выпрямителя в момент, когда происхо­дит пробой конденсатора выходного фильтра и ток транзистора благодаря этому увеличивается. Перегрузка по току, обнаруживаемая с помощью датчика — резистора R1, включенного в цепь коллекторного тока, вызывает срабатывание схемы управления, которая отпирает транзистор VT1. Благодаря противофазной ра­боте транзисторов VT1 и VT2 напряжение на базе VT2 сразу пос­ле срабатывания устройства защиты становится отрицательным и затем достигает нулевого значения.

Следует обратить внимание на необходимость отпирания VTI в момент перегрузки: если бы VT1 запирался, то на базе VT2 про­должало бы действовать положительное напряжение (штриховая линия эпюры UE3 на рис. 17,6). Стационарный электрический режим транзистора выходного каскада преобразователя должен целиком располагаться внутри динамической ОБР с запасом на начало аварийного режима, существующего к моменту срабаты­вания устройства защиты.

Включение резистора — датчика перегрузки по коллекторному току в эмиттерную цепь выходного транзистора не является оп­тимальным с точки зрения быстродействия защиты, хотя значи­тельно упрощает ее. Этот вариант также неприемлем для двух­тактных полумостовых схем.


Поэтому часто в качестве датчиков перегрузки по току используют малогабаритные импульсные тран­сформаторы на кольцевых ферритовых магнитопроводах с внеш­ним диаметром 7 — 10 мм. Первичная обмотка, состоящая всего лишь из одного витка, включается в цепь протекания коллектор­ного тока или тока выпрямительных диодов наиболее мощного источника вторичного напряжения. Вторичная обмотка состоит из 30 — 40 витков и подключается через резистивный делитель на­пряжения к соответствующему входу схемы управления. В этом случае легко решается проблема гальванической развязки цепи датчика от сети.

Рис. 17. К поясне­нию принципов за­щиты транзистора однотактного пре­образователя от перегрузки:

а — функциональная схема; б — временная, диаграмлма

В тех случаях, когда датчик контролирует импульсный ток выходного транзистора или выпрямительных диодов, срабатыва­ние устройства защиты не может произойти раньше периода, сле­дующего за периодом, в котором перегрузка обнаружена. Мож­но ускорить этот процесс, если в качестве датчика перегрузки ис­пользовать резисторы, включенные последовательно в цепь на­грузки (R2 на рис. 17,а). Здесь сигнал перегрузки может быть об­работан в течение 2 — 3 мкс после того, как ток нагрузки достиг­нет критического значения. Если схема управления находится на «сетевой» стороне преобразователя, то датчик перегрузки может быть подключен к ней через миниатюрный импульсный трансфор­матор ТЗ и пороговый элемент — маломощный тиристор VD2 ти­пов КУ101, КУ104, КУ110 (рис. 17,а).

Возможно также комбинированное включение нескольких дат­чиков перегрузки, объединяемых на входе порогового элемента с помощью диодных схем ИЛИ. Такое включение датчиков требу­ется, например, в мощных стереофонических усилителях, где для питания двухтактных выходных каскадов используется два одина­ковых разнонолярных источника напряжения равной мощности.

Сигналы о перегрузках по напряжению обычно поступают на схему управления либо через резистивные делители напряжения, подключаемые к соответствующим узлам устройства (выход се­тевого выпрямителя, шина питания схемы управления), либо че­рез пиковые детекторы, подключаемые к коллектору выходного транзистора или к обмоткам трансформатора.Надо иметь в виду, что защита транзисторов, основанная на контроле перегрузок по напряжению, менее эффективна, чем защита по токовым перегруз­кам, так как первопричиной возникновения критического импуль­са напряжения на коллекторе является большой ток перед вы­ключением транзистора. В современных схемах управления, в ко­торых используются сложные многофункциональные интеграль­ные микросхемы (одна из них описана ниже), защита от пере­грузок по напряжению выполняет лишь вспомогательную, преду­преждающую роль. Некоторые практические схемы защиты при­ведены ниже.

Временные диаграммы для схемы

К концу прямого хода строчной развертки в дросселе L2 накапливается энергия UL2=l/2(L2I2).

В момент t3 транзистор VT2 запирается и происходит формирование об­ратного хода строчной развертки. Запасенная энергия в дросселе L2 во время обратного хода строчной развертки передается в конденсатор С13 (рис. 32,а). Таким образом происходит компенсация потерь в строчном контуре.

Ток в накопительном дросселе L2 можно вычислить по формуле IL2 = EaT/L2, где Еп — выпрямленное напряжение сети; L2 — индуктивность нако­пительного дросселя; Т — время проводящего состояния VT2.

Изменяя момент отпирания транзистора (tа на рис. 32,г), можно регули­ровать энергию, запасенную в дросселе L2, а следовательно, и энергию, пе­редаваемую во время обратного хода в контур строчной развертки. Таким об­разом осуществляется стабилизация тока в отклоняющих катушках.

Импульсное напряжение на коллекторе транзистора (рис. 32,д) равно сум­ме питающего напряжения и напряжения обратного хода строчной развертки. В реальной схеме оно достигает 1250 В. Поэтому к транзистору VT2 предъ­являют высокие требования по максимально допустимому коллекторному на­пряжению. Ток коллектора транзистора VT2 складывается из тока накопи­тельного дросселя и тока отклонения во второй половине прямого хода (рис. 32,г).

Для управления выходным каскадом строчной развертки может быть ис­пользована схема ШИМ, показанная на рис 20. Выход схемы управления под­ключен к базе транзистора VT1 (см. рис. 31), образующего с трансформатором Т2 предвыходной каскад, управляющий транзистором VT2. Напряжение ОС получают выпрямлением импульса обратного хода с обмотки Wa-i строчного трансформатора ТЗ с помощью диода VD16 и конденсатора СП.

Емкость конденсатора С17 выбирают из условия получения минимальных искажений растра с частотой пульсаций 100 Гц. Неплохие результаты дае? выпрямление импульсов обратного хода, действующих на вторичной обмотке накопительного дросселя L2. Трансформатор Т1 служит для начального за­пуска задающего ГСР, схемы управления с ШИМ и предвыходного каскада.
Питание в первый момент времени после включения в сеть подается через уст­ройство пуска, которое после появления напряжений на выходе строчного трансформатора отключается. Строчный трансформатор ТЗ служит также для получения вторичных напряжений, необходимых для питания всех каскадов те­левизора. Питание вторичных цепей (до 5 — 10 Вт) можно также получить о помощью обмотки накопительного дросселя.

Блок строчной развертки с самостабилизацией был испытан в цветном те­левизоре с кинескопом 32ЛК2Ц и показал хорошие результаты. Потребляемая мощность телевизора составила 40 Вт при нулевом токе лучей кинескопа (темный экран). Потребление мощности различными узлами телевизора состав­ляет 25,5 Вт и распределяется следующим образом: видеоусилители (цепь -f-200 В) — 4 Вт, низковольтные цепи обработки сигнала ( + 15 В) — 7,5 Вт, кадровая развертка и предвыходной каскад строчной развертки (4-24 В) — 6 Вт, накал кинескопа — 6 Вт, сетевой выпрямитель со схемой помехоподав-ления — 2 Вт.

Диапазон стабилизации от изменения питающих напряжений 220В±Ю%. В качестве пускового трансформатора Т1 может быть использован любой трансформатор мощностью 4 — 5 Вт. Трансформатор Т2 выполнен на магнито-проводе Ш5Х5 из феррита 2000 НМ1; первичная обмотка его содержит 310 витков провода ПЭВ-20, 31, вторичная обмотка — 46 витков провода ПЭВ-20,59.

Трансформатор ТЗ выполнен на магнитопроводе ПК 20X16 из феррита 3000 НМС. Намоточные данные его обмоток: 1, 2 — 123 витка ПЭВ-2 0,4Ц 9, 7 — 7 витков ПЭВ-2 0,41; 6, 7 — 123 витка ПЭВ-2 0,4,1; 5, 7 ( + 200 В) — 28 витков ПЭВ-2 0,27; 10, 7 (+15 В) — 13 витков ПЭВ-2 0,41. Обмотка высо­кого напряжения — 864 витка ПЭВ-2 0,08.

СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ ИИЗ

НА ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЕ B260D

На рис. 33 изображена схема ИИЭ с выходной мощностью до 70 Вт, которая может быть использована в электрофонах, маломощных стереофоничес­ких усилителях, цветных телевизорах. Выходной каскад преобразователя выпол­нен по однотактной схеме с «обратным» включением выпрямителей.


Предвыход­ ной усилитель собран по бестрансформаторной схеме на трех транзисторах VT1 — VT3. С вывода 13 ИМС снимается отрицательный импуушс, длительность которого пропорциональна напряжению ОС, поступающему на вывод 3 ИМС, Импульс положительной полярности, снимаемый с коллектора парафазного усилителя VT1, открывает транзистор VT2, при этом открывается также и выходной каскад VT5. В цепь базы VT5 включена фокусирующая цепочка R19C10. Эта цепочка обеспечивает почти трехкратное увеличение тока базы в первый момент после включения транзистора VT5, что ускоряет процесс уста­новления UкЭ вас и снижает потери мощности на коллекторе. После запира­ния транзистора VT5 дальнейший разряд СЮ происходит лишь через резистор R19, сопротивление которого выбирают таким образом, чтобы к моменту оче­редного включения VT5 отрицательное напряжение на его базе было не ме­нее 0,5 В. Диод VD6 служит для быстрого и надежного запирания VT2 (сум-ма напряжений отсечки эмиттерного перехода транзистора VT2 и диода VD6t равная приблизительно 1,2 В, заведомо больше, чем сумма Uкэ нао транзисто­ра VT1 и иъэ мае транзистора VT3).

В данном ИИЭ широко используют различные свойства ИМС B260D. В частности, цепочка резисторов Rl, R6, подключенная к выводу 6, определяет максимальную длительность импульса, которая в данной схеме ограничена значением 6<0,45. Конденсатор С4 обеспечивает замедленное нарастание дли­тельности импульса. Цепочка R8, С5 задает частоту работы преобразователя, равную 25 кГц. Токовая защита обеспечивается подачей на вывод 11 напряже­ния, пропорционального сумме токов базы и коллектора транзистора VT5. Конденсатор С9 фильтрует высокочастотные составляющие этого напряжения, обусловленные переходными процессами. Уровень срабатывания защиты соот­ветствует импульсу тока с амплитудой примерно 4 А. Имеется также защита от перенапряжения, обеспечиваемая делителем напряжения Rll, R12, по­средством которого часть напряжения с одного из выходов преобразователя подается на вывод 13 ИМС.

Рис. 33. Принципиальная схема ИИЭ на микросхеме B260D

Стабилизация достигается подачей на вывод 3 ИМС напряжения ОС через делитель R2, R4, R9 с выхода преобразователя, питающего схему управления. Точность стабилизации при изменении нагрузки на 50% и напряжения сети в пределах ±10% составляет около 4%, что является достаточным для упо­мянутых применений в бытовой аппаратуре.

Для первоначального запуска преобразователя используется транзистор VT4. При включении в сеть, если конденсатор С7 разряжен, нарастание напря­жения на нем вызывает ток через конденсатор CS. Пока последний заряжает­ся, транзистор VT4 насыщен и через резистор R18 на шину питания схемы уп­равления и предвыходного каскада поступает постоянное напряжение с сете­вого выпрямителя. При этом преобразователь включается, а по мере полного заряда конденсатора С8 транзистор VT4 запирается и ток через резистор R18 прекращается. Транзистор VT4 остается отпертым в течение 0,5 — 1 с после включения, чем обеспечивается надежный запуск преобразователя с «замед­ленным стартом». Главное преимущество такого устройства запуска — малые габаритные размеры (транзистор VT4 не требует теплоотвода, мощность ре­зистора R18 не более 2 Вт, конденсатор С8 имеет емкость 4,7 — 5 кмФ). Недо­статок — необходимость предварительного разряда конденсатора С7 после сра­батывания защиты для повторного запуска. Этот недостаток устраняется тем же способом, который применен в телевизоре «Ю,ноеть-Ц404». Данные сило­вого трансформатора Т2: магнитопровод Ш12Х15 из феррита 3000 НМС1, с за­зором 0,5 мм в среднем керне; обмотка wl содержит 2X70 витков. ПЭВ-2 0,51, наматывается в виде двух секций — внутренней и внешней. Остальные обмот­ки заключены между секциями обмотки wl: w2 содержит 20 витков ПЭВ-2 0,31; w3-w4 — 26 витков ПЭВ-2 0,64.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ДЛЯ БЫТОВОЙ РЭА

Процесс внедрения ИИЭ в массовую бытовую РЭА находит­ся еще на начальной стадии своего развития.


Серийные ИИЭ, вы­ пускаемые промышленностью, используются пока только в теле­визионных приемниках. Еще не созданы надежные мощные ИИЭ для высококачественной стереофонической аппаратуры. Не сде­лано попыток применить маломощные ИИЭ для массовой малога­баритной аппаратуры — радиоприемников, кассетных магнитофо­нов, которые даже в домашних условиях эксплуатируются от ав­тономного источника — электрических батареек, что приводит к непрекращающемуся дефициту последних. Предстоит еще решать многие проблемы электромагнитной совместимости аппаратуры.

Устройства электропитания, преобразующие переменное на­пряжение 220 В в более низковольтное с помощью сетевых тран­сформаторов, уже не могут удовлетворять нарастающим требова­ниям улучшения массогабаритных и энергетических показателей, так как их потенциальные возможности практически исчерпаны. На смену традиционным преобразователям электроэнергии, по­ступающей из сети, приходят новые, удачно названные Ю. И. Ко­невым [9] микроэлектронными электротехническими системами.

В соответствии с потребностями микроэлектронных электро­систем создается новая элементная база. Главным ее звеном яв­ляется высоковольтный силовой ключ. В настоящее время — это биполярный транзистор, изготавливаемый как меза-, так и эпи-таксиально-планарным методами.

Последний метод является весьма перспективным, так как он открывает возможности использования бескорпусных кристаллов высоковольтных транзисторов в силовых микросборках. Метода­ми планарной технологии по краям кристаллов создаются глубо­кие охранные диффузионные кольца я-типа [6]. В упрощенном понимании данные кольца изолируют базу транзистора от края кристалла. В разрезанном кристалле без охранного кольца гра­ница коллекторного р — «-перехода выходит на боковую грань кристалла, которая ничем не защищена, что и является главной причиной пробоя. Поэтому при отсутствии охранного кольца при­ходится дополнительно обтравливать периферию кристалла, соз­давая меза-планарную структуру.


Затем обтравленная наклон­ная поверхность дополнительно пассивируется.

Наличие охранного кольца устраняет необходимость этих опе­раций, поэтому после проверки параметров на пластине и резки кристаллы могут поступать непосредственно на монтаж в- микро­сборке. Таким образом, новая перспективная технология изготов­ления высоковольтных транзисторов создает предпосылки эконо­мически эффективной микроминиатюризации силовых элементов ИИЭ.

Альтернативой высоковольтных биполярных транзисторов яв­ляются запираемые тиристоры и высоковольтные МДП-ключи. [10, 16].



Рис. 34. Структура мощного высо­ковольтного МДП-ключа с верти-кальным каналом по технологии SIMPOS (стрелками обозначен элек­тронный ток канала)

К созданию запираемых тиристоров привело тщательное изу­чение физических процессов в сильноточных р — n-структурах, где понижение электрической проводимости высокоомных слоев до­стигается образованием в них электронно-дырочной плазмы. Так же, как и в высоковольтных транзисторах, при включении запи­раемых тиристоров происходит разрушение плазмы путем за­медленного «вытягивания» дырок из высокоомного я-слоя анод­ного р — n-перехода тиристора. В это время анодный ток тири­стора стягивается в узкий шнур в центральной области и затем быстро прекращается. Недостатком запираемых тиристоров явля­ется то, что значения запирающего тока управляющего электрода и выключаемого анодного тока имеют один порядок. Это ус­ложняет цепи управления тиристором и принципиальным обра­зом ограничивает быстродействие таких ключей.

Более простое решение предоставляют высоковольтные МДП-ключи, в разработках которых лидирующее место занимает в на­стоящее время западногерманская фирма Сименс [16]. Ключ, предложенный этой фирмой, содержит на кристалле размерами 4X4 мм более 3000 индивидуальных МДП-транзисторов с инду­цированным вертикальным n-каналом, включенных параллельно. Упрощенное изображение его структуры приведено на рис. 34.


Подложка n--типа представляет собой трехслойную эпитаксиаль-ную структуру, с тыльной стороны которой выращены эпитак-сиальные слои n+- и р+-типа. Основную толщину, однако, состав­ляет высокоомный n--слой, благодаря которому обеспечивается высокое пробивное напряжение структуры (до 1000 В). Общий R+-слой является стоком для всех транзисторов. В n--слое мето­дом ионной имплантации создаются достаточно глубокие p+-об­ласти, которые выполняют роль изолирующего барьера между n+-истоками и n--подложкой, в которой возникает канал. Истоки я+-типа также формируются путем ионной имплантации в барьер­ных р+-областях.

Подложка с имплантированными участками сначала окисля­ется, а затем покрывается слоем поликремния n+-типа, который образует общий затвор. В нем вытравливают окна для последую­щего формирования выводов от n+-истоков, а также для попарно­го разделения затворных областей структур, включаемых парал­лельно.

Поликремниевый слой покрывается слоем SiO2, в котором так­же вытравливают окна для металлизации истока. Затем всю структуру покрывают алюминием, образующим контакт истока, к которому приваривают вывод. В одном из углов кристалла име­ется вскрытое окно, обнажающее слой поликремниевого затвора,. Этот участок затвора металлизируют и приваривают к нему вы­вод.

Структура работает следующим образом. Когда к затвору при­ложен положительный потенциал, в тонком участке барьерного р+ -слоя между n+ -истоком и n--подложкой индуцируется n-канал„ По этому каналу начинает протекать электронный ток в направ­лении стока, к которому приложено положительное напряжение. Избыток электронов в л~-области компенсируется дырочной ин-жекцией из р+ — n+-перехода в зоне стока. В результате сопротив­ление л~-области понижается.

В этой структуре достигается гораздо более равномерное рас­пределение тока по площади кристалла, чем в транзисторе. Дейст­вительно, структура содержит более 3000 ячеек, по которым про­текает ток, а для транзисторной структуры число таких ячеек не превышает 200.


За число элементарных ячеек в транзисторе мож­ но принять квадрат числа пар эмиттерно-базовых «гребенок», ко­торое для мощных транзисторов не превышает 10 — 12. Увеличе­нию числа «гребенок» препятствует рост сопротивления металли­зации эмиттера и базы.

Так как ток каждой ячейки при суммарном токе стока, напри­мер 5 А не превышает 2 мА, то процессы его переключения про­исходят гораздо быстрее, имея в виду, что площадь пассивных (плохо управляемых) участков кристалла гораздо меньше, чем в транзисторе.

Общим для транзисторной и МДП-высоковольтной структуры-остается наличие достаточно толстого высокоомного n--слоя с модулируемой проводимостью, а также наличие охранных колец по периферии, предотвращающих пробой по боковой поверхности. Таким образом, мощные МДП-ключи явились результатом раз­вития современной технологии БИС: прецизионной фотолитогра­фии, ионной имплантации. Большое значение имеет также высо­кое качество исходного кремния.

Главные преимущества МДП-ключей — более простое управ­ление, которое может быть реализовано с помощью КМДП-микро-схем, повышенная устойчивость ко вторичному пробою из-за сни­жения вероятности локального перегрева кристалла, повышенная (до 50 — 100 кГц) частота переключения.

Ключи МДП повлекут за собой дальнейшее повышение тре­бований к выпрямительным диодам, фильтрующим конденсато­рам, материалам для магнитопроводов. Однако главные принци­пы построения ИИЭ в основном сохранятся.

Повышение частоты работы преобразователей ИИЭ, а так-же появление планарных силовых ключей открывают широкие возможности для микроминиатюризации. В микросборках для ИИЭ бытовой РЭА перспективно использование недорогих алю­миниевых оксидированных подложек с наклееным металлизиро­ванным полиимидным пленочным диэлектриком, на котором методами трафаретной печати наносят резисторы, изготовленные из низкотемпературных полимерных паст, и вытравливают провод­ники. Такие подложки выдерживают пробивное напряжение свы­ше 2 кВ и обладают хорошими теплоотводящими свойствами.Эк­спериментальные образцы микросборок, собранные по схеме двух­тактного полумостового преобразователя (см. рис. 29) с вынесен­ным за пределы микросборки трансформатором продемонстриро­вали возможность их использования в стереофонических усилите­лях мощностью 2X50 Вт. Эти же микросборки были использо­ваны в образцах маломощных ИИЭ с РВЫХ = 1 — 3 Вт (трансфор­матор на магнитопроводе Ш5Х5) для питания переносной аппа­ратуры в стационарных условиях. По сравнению с выпускаемы­ми трансформаторами источниками питания маломощные ИИЭ имеют вдвое меньше объем и массу. Маломощные силовые мик­росборки с планарными транзисторами особенно хорошо должны сочетаться с пьезоэлектрическими трансформаторами [12].

Выходные вольт-ам­перные характеристики мощ­ного высоковольтного транзи­стора

Существует оптимальная скорость спада тока базы, при кото­рой коммутационные потери в транзисторе минимальны. На рис. 12 показаны характерные случаи, соответствующие разным скоростям изменения тока базы при выключении. На рис. 12,а ток базы изменяется быстро, так что эмиттерный переход запирается раньше коллекторного, а дырки, накопленные в коллекторной я-области, оказываются «закрытыми» в ней и медленно рассасываются на конечной стадии спада коллекторного тока. При этом коммута­ционные потери велики, поскольку конечной стадии спада тока коллектора соответствует значительное коллекторное напряже­ние. Другой крайний случай изображен на рис. 12,0, когда ток базы изменяется слишком медленно. Коммутационные потери здесь также велики.

Рис. 12. Времен­ные диаграммы токов базы и кол­лектора, а также напряжения на коллекторе тран­зистора в процес­се его выключения при завышенной (а), оптимальной, (б) и заниженной, (в) скоростях спада тока базы

При оптимальной скорости спада тока базы несколько увели­чивается продолжительность первой фазы выключения транзи­стора — рассасывания, — но зато спад тока коллектора происхо­дит быстро. На практике оптимальной скорости спада тока базы добиваются путем установки в цепь базы небольшой дополни­тельной индуктивности L6 = 3 — 10 мкГн.

Одним из важнейших параметров мощных высоковольтных транзисторов, предназначенных для ИИЭ, является граничное на­пряжение коллектор — эмиттер при отключенной базе Uкэогр. Проверку UКэо гр производят в схеме рис. 13,а, наблюдая ос­циллограмму рис. 13,6. Как видно из этих рисунков, при про­верке транзистора для него создается режим лавинного пробоя. Транзистор считается годным по параметру UK3O гр, если точка А лежит слева от вольт-амперной характеристики.

Важной характеристикой является также область безопасной работы (ОБР), определяющая возможности использования тран­зисторов при различных сочетаниях коллекторного тока и напря­жения коллектор — эмиттер (рис. 14).

Рис. 13. Схема для проверки Uк;эогр мощного высоковольтного транзистора (а) и наблюдаемая на осциллографе вольт-амперная характеристика (б)

Участок 1 — 2 границы ОБР определяется максимальным то­ком коллектора, участок 2 — 3 — предельно допустимый мощно­стью, рассеиваемой на коллекторе, участок 3 — 4 — явлением вто­ричного пробоя, участки 4 — 5 и 5 — 6 — предельно допустимыми напряжениями коллектор — эмиттер при отключенной и соединенной с эмиттером базе. Физический смысл границ ОБР заключается в том, что при работе за их пределами темпе­ратура отдельных точек кристалла транзистора благодаря эффекту не­равномерности распределения тока достигает такого значения, при ко­тором наступает тепловой пробой.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Выпрямительные диоды вносят значительный вклад в общие потери преобразуемой мощности, которыми сопровождается рабо­та всякого ИИЭ. Ниже представлено распределение потерь в эле­ментах экспериментального мощного ИИЭ (ЯЕых = 200 Вт) с од-нотактным преобразователем и «прямым» включением выпрями­телей (указан тип элемента и выраженная в процентах доля вно­симых потерь):

Трансформаторы и дроссели...........                                        23

Выпрямительные диоды вторичных напряжений ...           28

Конденсаторы электролитические .........                                5

Входной транзистор.............                                                       19

Схема управления и предвыходной каскад......                      11

Помехоподавляющие и защитные цепочки.......   14

Эти данные характерны для многих типов ИИЭ с мощностью от 40 до 200 Вт.

Важнейшими характеристиками диодов, предназначенных для ИИЭ, являются: прямое падение напряжения при заданном токе во включенном состоянии, время и скорость восстановления об­ратного сопротивления. В импульсном режиме прямое напряжение на диоде достигает статического значения не сразу. В течение пе­реходного процесса, продолжающегося от 1 до 2 — 3 мкс (в зависи­мости от конструкции диода), напряжение на диоде в 1,5 — 2 ра­за может превосходить статическое значение. Это связано с эф­фектом модуляции сопротивления базы, который состоит в следу­ющем.

Сразу после отпирания диода сопротивление его базы стано­вится большим (оно определяется удельным сопротивлением, ко­торое особенно велико для высоковольтных диодов). Протекание тока через диод сопровождается инжекцией в базу неосновных носителей и генерацией эквивалентного числа основных носите­лей (для сохранения электронейтральности базы). Поэтому удель­ное сопротивление базы диода падает, что вызывает уменьшение напряжения на нем.

Задержка установления прямого сопротивления диода вносит дополнительные потери, особенно для преобразователей с «пря­мым» включением выпрямителей, где имеется обмотка рекупера­ции энергии трансформатора с последовательно включенным вы­соковольтным диодом.

После перемены полярности напряжения на вторичной обмот­ке трансформатора диод выключается с некоторой задержкой t = ti4-tz. Время ti обусловлено рассасыванием неосновных носи­телей из области базы и восстановлением ее исходного удельно­го сопротивления. В это время через диод протекает обратный ток, который ограничен лишь сопротивлением внешней цепи. Этот ток также вызывает дополнительные потери, причем в схеме с «обратным» включением выпрямителей (см. рис. 3,а) обратный ток через диод трансформируется в бросок тока через транзистор при его отпирании. Время tz характеризует спад обратного тока через диод.

Параметры некоторых выпрямительных мостов и диодов, ко­торые целесообразно использовать в ИИЭ, приведены в табл. П1Г П4, П5 приложения.

ВЫСОКОВОЛЬТНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

В современных ИИЭ применяют транзисторы, имеющие мак­симально допустимое напряжение коллектор — эмиттер Uкэ тах= = 800 — 1500 В и ток коллектора IКmах = 2 — 6 А. Они, как пра­вило, имеют n+ — р — n — n+-структуру (рис. 10) с толстым (100 — 150 мкм) высокоомным л-слоем коллектора, имеющим удельное сопротивление 50 — 70 Ом-см, за счет которого обеспечивается вы­сокое пробивное напряжение коллекторного перехода. На вольт-амперных характеристиках таких транзисторов в области насы­щения имеется два участка (рис. 11). Крутой участок I соответ­ствует глубокому насыщению транзистора, когда прямосмещен-ным оказывается не только эмиттерный, но и коллекторный р — n-переход. При этом происходит интенсивная инжекция дырок из области базы в высокоомную я-область коллектора и ее сопротив­ление снижается от 40 — 50 до 0,2 — 0,5 Ом. На участке II прямо-смещен лишь эмиттерный переход и сопротивление я-области вы­сокое.

Рис. 10. Структура мощного высоковольтного транзистора (сплошные линии обозначают электронный ток эмиттера, штриховые — дырочный ток коллекторного р — л-перехода

При отпирании транзистора статическое значение напряжения насыщения коллектор — эмиттер Uкэн устанавливается с задерж­кой, требующейся для того, чтобы инжектированные из области базы дырки заполнили высокоомную область коллектора. Эта задержка составляет 10 — 12 мкс, а максимальное начальное зна­чение Uкэ н достигает 10 — 15 В.

Процесс запирания транзистора складывается из двух фаз [11]. В первой фазе происходит рассасывание избыточных зарядов из областей базы и коллектора. Напряжение коллектор — эмиттер при этом остается малым, а ток коллектора при индук­тивной нагрузке продолжает нарастать. Продолжительность фа­зы 10 мкс. Во второй фазе ток спадает, а напряжение коллекто­ра нарастает.

---

---