Схема управления силовым транзистором

Схема управления силовым транзистором с применением специализированной ИМС, приведена на рис. 10. Схема содержит следующие элементы с указанием их соответствующего функционального назначения специализированной ИМС  типа КР1033ЕУ15А (вывод 7 ИМС) осуществляется от стабилитрона . Существует два режима электропитания ИМС.

Первый режим используется для первоначального пуска ИВЭП. При наличии напряжения  ток через стабилитрон  задается резистором . В установившемся режиме ток в  через резистор  поступает от обмотки  трансформатора TV схемы силового каскада (см. схему рис. 4, напряжение ). Сглаживание высокочастотных и низкочастотных пульсаций напряжения питания  осуществляется конденсаторами  и , первый из которых является керамическим, а второй - электролитическим. Общим для входных и выходных сигналов, а также для питания  является вывод 5 .

Рис. 11. Схема управления силовым транзистором.

Выходом , является вывод 6 ИМС, импульсное напряжение которого через резистор  поступает на затвор транзистора VT_S схемы рис. 4 (сигнал ).

Отличительной особенностью схемы ОПНО является использование МДП-транзистора VD_S в качестве датчика тока. Эта часть схемы управления (схема защиты) работает следующим образом. Когда на выводе 6  появляется высокий уровень напряжения, транзистор VT_S открыт. Падение напряжения на нем определяется как произведение сопротивления сток-исток в открытом состоянии  и тока первичной обмотки  трансформатора. Напряжение в точке соединения резисторов и  равно сумме падений напряжения на резисторе  и диоде . С выхода делителя напряжения  это напряжение поступает на вывод 3 , функциональное назначение которого заключается к контроле тока силового транзистора. Если принять, что падение напряжения на диоде  при протекании через него различных токов не изменяется, то можно полагать, что напряжение на выводе 3 линейно зависит от тока первичной обмотки  трансформатора. Если напряжение на этом выводе ИМС превысит заданное значение, то действие импульса  напряжения  прекращается ранее, чем это задается схемой управления, чем реализуется защита силового транзистора от превышения тока стока. Если при последующем включении силового транзистора ток стока опять превысит заданное значение, то процессы повторяются.

Задание требуемого порога срабатывания защиты от перегрузки выполняется соответствующим выбором сопротивлений резисторов  и . Конденсатор ,является интегрирующим и предназначен для исключения ложного срабатывания схемы защиты от внешних и внутренних высокочастотных импульсов помехи.

Известно, что падение напряжения на диоде с р-п переходом зависит от температуры, что относится и к диоду . С увеличением температуры падение напряжения на нем уменьшается. Это снижает порог срабатывания схемы защиты, так как в этом случае сопротивление  МДП-транзистора увеличивается, что вызывает увеличение напряжение на выводе 3 . Таким образом, уменьшение надежности работы силового транзистора при повышенной температуре компенсируется снижением порога срабатывания схемы защиты.

В случае полного короткого замыкания в нагрузке напряжения на обмотках трансформатора TV резко уменьшаются, в том числе и на обмотке (схема рис. 4). Это вызывает снижение напряжения на стабилитроне  и на выводе 7 питания  ниже уровня её отключения. ИМС переходит в ждущий режим работы. После этого напряжение на стабилитроне начнет увеличиваться за счет заряда конденсатора  от источника питания  через резистор . Происходит повторное первоначальное включение ИВЭП и, если замыкание в нагрузке не снято, то процессы повторяются. Таким образом, при наличии значительной перегрузки преобразователя происходит периодический пуск ИВЭП и питание  для установившегося режима работы обеспечивается напряжением обмотки , трансформатора TV (схема рис. 4). Такой способ защиты от перегрузки позволяет значительно снизить мощность, рассеиваемую силовым транзистором и выпрямительным диодом.

Для питания внутренних и некоторых внешних элементов в  существует стабильный источник опорного напряжения , который выведен на вывод 8 ИМС. Фильтрация его от высокочастотных помех осуществляется конденсатором .Установка частоты преобразования ОПНО  производится выбором параметров последовательной цепи , средняя точка которой подключена к выводу 4 . Питание этой цепи осуществляется от стабильного источника , что позволяет улучшить устойчивость системы автоматического регулирования (САР) и повысить стабильность напряжения .

Между выводами 1 и 2  включен резистор , при помощи которого можно изменять коэффициент усиления САР, изменяя тем самым динамические и статические характеристики "безтрансформаторного" ИВЭП.

Вторая половина оптопары , устройства гальванической развязки содержит фототранзистор, сопротивление которого изменяется при изменении яркости светового потока, поступающего от светодиода первой половины этой оптопары (см. рис. 4). Конденсатор , включенный между базой и коллектором фототранзистора, служит для исключения влияния высокочастотных импульсов помехи на работу схемы управления. Резисторы  и образуют делитель напряжения, выходное напряжение которого подключено к выводу 2 . Этот вывод является входом схемы сравнения ИМС, которая управляет работой внутренней схемы, осуществляющей преобразование аналогового сигнала в импульсную последовательность . Питание фототранзистора оптопары  осуществляется от источника напряжения  через резистор .

2. Расчет "безтрансформаторного" ИВЭП

Исходные данные:

1) Максимальное напряжение сети переменного напряжения (действующее значение): Е_{с max} = 410 В;

2) Минимальное напряжение сети переменного напряжения (действующее значение): Е_{с min} = 375 В;

3) Выходное напряжение ИВЭП: U_H = 48 В;

4) Максимальный выходной ток нагрузки ИВЭП: I_{н макс} = 0,5 А; максимальная выходная мощность: Р_н = 24 Вт;

5) Пульсации напряжения на конденсаторе C_нч сглаживающего фильтра сетевого выпрямителя: ΔЕ_П = 52 В;

6) КПД ИВЭП не менее:  = 0,6;

7) Режим работы силового каскада: с превышением тока (с ПТ)

8) Частота преобразования импульсного преобразователя постоянного напряжения: f_пр = 42 кГц;

9) Максимальная температура окружающей среды: Т_окр = 38 ˚С

10) Индуктивность рассеяния обмоток силового трансформатора:

L_s = 2,4 мкГн;

11) Амплитуда увеличения импульса напряжения силового транзистора преобразователя за счет индуктивности рассеяния обмоток силового трансформатора TV: ΔU_си = 21 В.