Описываемый необычный выпрямительпеременного тока предназначен для использования там, где требуются малыерегулируемые напряжения при относительно больших токах и малых потерях. Примеромприменения может служить питание элементов Пелтье, применяемых в системахохлаждения, где, к тому же, необходимо и регулировать температуру.Гальванические ванны и низковольтные паяльники - другие примеры примененияподобного выпрямителя.

При получении низких напряжений питанияв выпрямителях встает проблема падения напряжения на выпрямительныхполупроводниковых диодах, обусловленная примененным в диодах полупроводниковымматериалом (0,6…0,9 В в кремниевых диодах), которое оказывает тем большеевлияние, чем ниже выпрямленное напряжение. Встает проблема отвода тепла прибольших токах нагрузки. Когда необходима еще и регулировка выходного напряжения,прибегают к помощи последовательного стабилизатора напряжения, падениенапряжения на переходе регулирующего транзистора которого составляетдополнительно к падению на диодах выпрямителя еще несколько вольт, что ведет кбесполезному рассеиванию мощности, к.п.д устройства, при этом, не превышает 50%.На рисунке (Bild 1) показана схема выпрямителя, взятая из сборника патентов ГДР[ 1 ], который позволяет значительно уменьшить потери мощности.

Выпрямитель для больших токов при малых потерях
Рис. 1.

Речь идет, в первую очередь, о двухполупериодном выпрямителе со средней точкой, который характерен и известенкак выпрямитель, имеющий два диода и отвод от середины обмотки трансформатора.Здесь выпрямительные диоды заменены переходами эмиттер-коллектор регулирующихтранзисторов (VT1 и VT2). Этим обеспечивается преимущество перед диодами, таккак падение напряжения на переходах эмиттер-коллектор у современных мощныхпланарных транзисторов составляет всего 0,1…0,2 В, против примерно 0,7 В убольшинства выпрямительных диодов, поэтому бесполезное рассеивание мощностизначимтельно сокращается. Кроме того, при использовании транзисторов какуправляемых элементов, появляется возможность регулировки выходноговыпрямленного напряжения, а, именно, - путем усечения фазы.

Выпрямитель для больших токов при малых потерях

Рис. 2

Во время положительного полупериода токтечет через VD1, контакты переключателя S (S - сначала в крайнем правом, посхеме, положении), резистор R и диод VD4 в цепи база-эмиттер VT2. VT2, при этом,управляется, в результате чего нижняя ветвь выпрямителя открывается, аконденсатор С заряжается. Во время отрицательного полупериода транзистор VT1управляется через диод VD2, S, R и VD3, чем открывается верхняя ветвьвыпрямителя. Поскольку речь идет о двухполупериодном выпрямителе, в которомостаточное падение напряжения на переходах эмиттер-коллектор транзисторов оченьмало, то мала и рассеиваемая на транзисторах мощность, равная падению напряженияна переходе эмиттер-коллектор умноженному на ток протекающий в этой цепи. Кольмала мощность рассеивания, так небольшим может быть и теплоотвод, а если еще иотрицательный полюс выпрямителя может быть соединен с металлическим корпусомпитаемого устройства, то регулирующие транзисторы можно прикрутить выводамиколлекторов прямо на шасси без изолирующих прокладок.

Теперь рассмотримвозможность регулировки выходного напряжения выпрямителя с помощью цепочкидиодов VD5…VDn, коммутируемых переключателем S, осуществляющих отсечку фазы(Bild 2). Транзисторы, при этом, начинают проводить не сразу с началасоответствующего полупериода переменного напряжения, а спустя некоторое время,когда мгновенное значение амплитуды напряжения в полупериоде превысит суммупрямых напряжений включенных диодов. Соответственно, чем меньшее время открытытранзисторы, тем до меньшего напряжения сможет зарядиться конденсатор фильтра С.Конечно эффект более позднего открывания и более раннего закрывания транзисторовзависит и от прямого падения напряжения на диодах VD1…VD4 и от напряженияоткрывания транзисторов VT1 и VT2. Здесь лучше всего применить германиевые диодыиз-за малого прямого падения напряжения на них, например, 0,1 А или 1 А диоды изсерии GY. Более современными оказываются здесь диоды с барьером Шоттки, норезультаты, получаемые с ними ничуть не лучше, а хуже, чем со старыми добрымигерманиевыми диодами, тем более, что до сих пор не все могут диоды Шотткидостать.

Следует обратить особое внимание намаксимальное допустимое обратное напряжение переходов база-эмиттер VT1 и VT2.При превышении этого напряжения, ток с соответствующего внешнего конца вторичнойобмотки силового трансформатора потечет через запертый переход эмиттер-база (какток стабилизации (или "лавинный ток пробоя") в стабилитроне) и оттуда черезвключенный в прямом направлении прохождения тока переход база - коллектор, -прямо на выход выпрямителя. В этом случае, конечно же, ни о каком регулированиитранзисторами не может быть и речи и они повреждаются. Пиковое значениенапряжения на любой половине вторичной обмотки не должно превышать допустимогообратного напряжения перехода эмиттер-база (Ueff * 3 2), которое должно быть впределах 6…9 В.

Рекомендуется до установки транзисторов в схему измеритьдопустимое обратное напряжение переходов база-эмиттер (и, наверное, коль схемасимметрична, подобрать пару транзисторов с одинаковыми параметрами). Способизмерения этого напряжения прост: необходимо включить переход база - эмиттер вобратном (запирающем направлении прохождению постоянного тока) через резистор иизмерить на переходе напряжение точно также как определяется напряжениестабилизации на обычном стабилитроне. Увеличиваем напряжение подаваемое напоследовательно включенные резистор (например, сопротивлением 1 ком) и переходбаза-эмиттер ("плюсом" к эмиттеру, если это n-p-n транзистор), на параллельнопереходу включенном вольтметре наблюдаем значение максимального обратногонапряжения, когда таковое перестает заметно прирастать при увеличении напряженияпитания. Последнее обстоятельство (довольно низкое допустимое обратноенапряжение перехода база-эмиттер) ограничивает максимальное выходное напряжениеприводимой схемы выпрямителя 5 вольтами. Величина сопротивления R = 200 омвыбрана как компромисс для выходного напряжения до 5 В при токах нагрузки 1…2 А:слишком малая его величина ведет к излишним потерям в самом резисторе(неэкономична), большая же, - не позволяет полностью открываться транзисторам,из-за чего также увеличиваются потери (теперь на регулирующихтранзисторах).

Транзисторы должны иметь как можнобольшее допустимое обратное напряжение перехода база-эмиттер и обладатьмаксимально возможным коэффициентом усиления по току. Если будут применятьсяp-n-p транзисторы (например, КТ818), все диоды и оксидный фильтровый конденсаторследует "перевернуть" и полярность выходного напряжения сменится.

Можно пойти дальше и вместо дискретнойрегулировки выходного напряжения применить плавную, установив вместо диодовVD5…VDn и переключателя S, той же проводимости как VT1/VT2 (коллектором к точкесоединения диодов VD1 и VD2, эмиттером к резистору R) и потенциометр, выводдвижка которого следует соединить с базой дополнительного транзистора, а крайниевыводы - с коллектором и эмиттером этого транзистора. Возможны также другиевключения с падающей характеристикой (аналог динистора). Для экспериментатораздесь большое поле деятельности.

Литература

  • Патент DDR-WP HO2313189.7
  • Dipl.-Ing. M. Franke
  • FUNKAMATEUR 1988, № 11, стр. 554.
  • Перевод: Виктор Беседин (UA9LAQ) Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра. , г. Тюмень; Публикация: www.cxem.net

    Добавить комментарий

    Защитный код
    Обновить

    Навигация

    Инструкции по эксплуатации

    Copyright © 2018 Электрические принципиальные схемы.