812-Энергет_электроника_УМП

		60
+
	Rр	L1	Rр	L3
	VD3		VD7
	VD1	VT1	VD5	VT3
	С3	Uу	С3	Uу
			Rн
Еп		Lн
	Rр		Rр
Сф		L2		L4
	VD4		VD8
	VD2		VD6	VT4
	Rр	VT2
			С4
-		Uу		Uу
		Рис. 3.32
Качественные временные диаграммы тока и напряжения и
мгновенное значение мощности на интервалах включения и вы-
ключения в ключе инвертора для этого случая приведены на ри-
сунке 3.33.

UVT

PVTВКЛ. PVTВЫКЛ.

IVT

tВКЛ. tВЫКЛ.

Рис. 3.33

61

3.4.3.Рассчитать сопротивление резисторов, шунтирующих,

сцелью равномерного деления напряжения, последовательно соединенные транзисторы КТ841А в ключе, коммутирующем ток 5 А источника постоянного напряжения 1000 В при активноиндуктивной нагрузке со скважностью, равной двум.

1. Формализуем задачу.

Дано:

Е = 1000 В.

Iн = 5 А. γ = 0,5.

Электрические параметры транзистора КТ841А:

Uкэ максдоп = 600 В; Iк = 5 А: минимальное значение тока утечки Iк0 мин = 3 МА; максимальныйтокутечкиIк0 макс = 5 МА.

-----------------------------------------------------------------------------

Определить: количество последовательно включенных транзисторов, сопротивление шунтирующих резисторов Rш.

2.Суммарное напряжение двух последовательно включен-

ных транзисторов UΣ = 2 600 = 1200 В > Е = 1000 В, следовательно, можно включить два транзистора, но при этом необходимо обеспечить равномерное деление напряжения на выключенных транзисторах.

Схема электрической цепи представлена на рисунке 3.34. Напряжение источника питания делится между последовательно включенными транзисторами пропорционально их сопротивлениям в закрытом (выключенном) состоянии.

3.Исходя из худшего случая, предположим, что Iк0VT1 = 3 МA,

аIк0VT2 = 5 МA. Определим сопротивление транзисторов в закрытом состоянии:

R	=	Uкэ макс.доп		=		600			= 200 кОм,
VT1			Iк0VT1			3 10−3
R	=		Uкэ макс.доп		=	600			= 120 кОм.
VT2			Iк0VT2				5 10−3

+

Е

-

62

К

R1

R2

VD1		ZН
		VD2
VT1		VT2
R3	R4	VD3
R5		R6
W2	W3
		TV1
W1
UУПР

Рис. 3.34

В этом случае напряжение, прикладываемое к каждому закрытому транзистору, определится по выражению:

	=		ЕR		=			1000 200 10−3		= 625 В,
UкэVT1				VT1
			RVT1	+ RVT2			200 10−3 + 120 10−3
	=		ЕR			=		1000 120 10−3		= 375 В.
UкэVT2				VT2
			RVT1	+ RVT2				200 10−3 + 120 10−3

Так как Uкэ максдоп = 600 В < UкэVT1 = 625 В, то этот транзистор будет «пробит» и выйдет из строя, а затем и другой. Вклю-

чение параллельно транзисторам правильно выбранных шунтирующих резисторов обеспечивает равномерное (с необходимой точностью) в статике деление напряжения источника питания между транзисторами.

На практике сопротивление шунтирующих резисторов вы-

бирается в пределах от RVT до RVT , обеспечивая заданную точ10 3

ность деления напряжения между транзисторами, с одной стороны, и минимум потерь в шунтирующей цепи, с другой стороны.

63

4. Определим сопротивление шунтирующих резисторов:

	R		120 103
R =	VTмин	=			= 40 кОм.
ш	3		3

При этом эквивалентные сопротивления параллельных цепей

R

R

200 103 40 103

R

=

VT1

ш

=

= 33,3 кОм,

э1

RVT1 + Rш

200 103 + 40 103

R

R

120 103 40 103

R

=

VT2 ш

=

= 30 кОм.

э2

RVT2

+ Rш

120 103 + 40 103

5. Определим напряжения, прикладываемые к транзисторам

			ЕR				1000 33,3 103
	UкэVT1	=		э1	=					= 526 В,
			Rэ1	+ Rэ2			33,3 103 +	30 103
			ЕR				1000 30 103
	UкэVT2	=		э2		=				= 474 В.
			Rэ1	+ Rэ2			33,3 103 +	30 103

UкэVT1 < UкэVTдоп, UкэVT2 < UкэVTдоп — значит, поставленная задача выполнена, т.е. допустимое распределение напряжения

источника питания между закрытыми транзисторами обеспечено. 6. Определим мощность, выделяемую на шунтирующих ре-

зисторах:

P

=

E

U

кэVT1

γ =

1000

526 0,5 = 3,3 Вт.

R1

2Rш

2

40 103

P

=

E

U

кэVT2

γ =

1000

474 0,5 = 3 Вт.

R2

2Rш

2 40 103

В результате можно сделать следующие выводы:

– чем больше разброс токов утечки транзисторов и чем равномернее необходимо разделить напряжение между транзи-

64

сторами, тем больше должно быть соотношение RVT , но при

Rш

этом возрастают и потери. Заметим, что для равномерного деления напряжения на транзисторах при переключениях необходимы еще и динамические цепи деления напряжения, что приводит

кусложнению ключей.

3.4.4.Рассчитать сопротивление балластных резисторов, обеспечивающих деление тока нагрузки 12 А между тремя параллельно включенными транзисторами с разбросом токов не более десяти процентов. Транзисторы работают в ключевом режиме

сотносительной длительностью включенного состояния 0,36, минимальное остаточное падение напряжения на первом транзисторе равно 1В, динамическое сопротивление первого транзистора 0,05 Ом, а у каждого последующего напряжение больше на 0,1 В и сопротивление больше на 0,01 Ом.

Схема ключа на параллельных транзисторах приведена на рисунке 3.35.

+

Е

-

UУПР

RН IН

I1		I2	I3
Rб		Rб	Rб	Rб
				U
VT1		VT2	VT3	rК
R	R	R		Uк

К

схема зам. тран-ра

Рис. 3.35

1. Дано:

1.1.Iн = 12 А.

1.2.n = 3.

65

1.3. Uкэ0 мин = 1,0 В.

1.4. ∆Uкэ = 0,1 В. 1.5. rк = 0,05 Ом.

1.6. ∆rк = 0,01 Ом.

1.7. Iк макс – Iк мин ≤ 0,1 Iн . 3

1.8. γ = 0, 36.

---------------------------------------

Определить: Rб.

2. Для параллельно включенных транзисторов с балластными резисторами справедливы уравнения

I1 + I2 I1 (rк1 I2 (rк2 I3 (rк3

+ I3 = Iн; +Rб)+ ∆U +Rб)+ ∆U +Rб)+ ∆U

кэ1 кэ2 кэ3

(1)

=∆U;

=∆U;

=∆U.

Выразив токи каждого транзистора и подставив в первое уравнение, получим:

U − Uкэ1	+	U − Uкэ2	+	U − Uкэ3	= I	н	.	(2)
rк1 + Rб		rк2 + Rб		rк3 + Rб

Выражение (2) легко распространяется на любое число параллельно включенных транзисторов.

3. Из выражения (2) находим

U =	Iн(rк1 + Rб)(rк2 + Rб)(rк3 + Rб) + Uкэ1(rк2 + Rб)(rк3 + Rб) +
	(rк2	+ Rб)(rк3 + Rб) +
		(3)
+ΔUкэ2 (rк1 + Rб)(rк3 + Rб) +		Uкэ3 (rк1 + Rб)(rк2 + Rб) .

+(rк1 + Rб)(rк3 + Rб) +(rк1 + Rб)(rк2 + Rб)

Подставляя в (3) исходные параметры и Rб = 0, находим падение напряжения на ключе

66

= 12 0,05 0,07 +1 0,06 0,07 +1,1 0,05 0,07 +

U

0,06 0,07 +0,05 0,07 +

+1,2 0,05 0,06 =1,324 В. +0,05 0,06

Подставляя полученное ∆U в уравнения (1) и выражая токи в транзисторах, получим

I	=	U −	Uкэ1	=	1,324 −1	= 6, 48А; I2=3,73А; I3=1,77А.
1		rк1	0,05

При этом

Iн = ∑Ii =11,98А,

а разброс токов в транзисторах составляет

I1 − I3			=	(6,4 −2,1)			=1,1775,
	Iн
			12
	n				3

т.е. 117,8 % — что не удовлетворяет условиям задачи.

3. Определим допустимый разброс токов по выражению:

I	=	I1 − I3			= 0,1,
Iн
			Iн
n			n

где n — число параллельно включенных транзисторов. Разность токов между максимально и минимально загру-

женными транзисторами составит

∆I = I1	– I3	=	Iн	0,1 =	12	0,1 = 0,4 А.
		3		3

67

4. Находимсопротивлениебалластногорезистораизусловия:

I1 (rк1 + Rб) + Uкэ1 = I2 (rк2 + Rб) + Uкэ2 =I3 (rк3 + Rб) + Uкэ3;

I	1	=	Iн	+ I	, I =	Iн	− I .
		3		2	3	3	2

Подставляя значения токов I1 и I3 в первое уравнение

(	Iн	+ 0,5 I )(r	+ R ) +U	кэ1	= (	Iн	−0,5 I )(r	+ R ) +U	кэ3	,
3		к1	б		3		кэ3	б

получим Rб = 0,64 Ом.

5. По выражению (3) определим ∆U = 3,9В и токи в параллельно включенных транзисторах при включенных последовательно с транзисторами балластными резисторами с сопротивлением 0,64 Ом

I1 = 4,2 А; I2=4,0 А; I3=3,8 А.

6. Потери мощности на каждом из балластных резисторов

P	= (	I 2	н эфф	R	=	Iн	γ)2 R	= (	12	0,36)2 0,64 = 3,7Вт,
R				б			б
	б		n		3				3

ападение напряжения на ключе возросло с 1,32 В до 3,9 В.

Врезультате расчетов можно сделать вывод:

– чем больше разброс параметров параллельно включенных транзисторов и чем точнее необходимо разделить общий ток между транзисторами, тем больше должно быть сопротивление балластного резистора, но при этом возрастают и потери. На практике рекомендуют выбирать сопротивление балластного резистора таким, чтобы выполнялось условие

UR = IкRб ≈ (2 ÷3)Uкэ нас ,

68

при этом точность деления тока в статике составляет не более

20%.

3.4.5.Рассчитать исходные данные для проектирования трансформатора тока в ключе с токовым управлением на транзисторе 2Т856А, коммутирующем постоянный ток 8А с частотой 10 кГц и скважностью, равной двум.

1. Дано:

1.1.Iк = 8 А.

1.2.f = 20 кГц.

1.3.Электрические параметры 2T856А Iкмакс = 10 А; h21Э = (10 30) при Uкэ = 5 В; Iк = 5 А;

Uбэнас = (0,9…0,95…2) В при Iк = 5 А; Iб = 1 А; tвкл= 1мкс.

1.4.γ = 0,5.

--------------------------------------------------

Определить: число витков обмоток W1; W2; W3; сечение проводов обмоток SW1; SW2; SW3.

Главная цель токового управления — стабилизировать степень насыщения транзистора при изменении тока нагрузки, дополнительная — обеспечить гальваническую развязку силовой цепи преобразователя и маломощной схемы устройства управления (УУ), а также уменьшить мощность, потребляемую от источника питания УУ.

На рисунке 3.36 приведена схема транзисторного ключа постоянного тока с пропорциональным токовым управлением.

Е

RН

		R1	TV1		VT1
				IБ
УУ	I1	W1		W2
			W3		IК
					- Е

Рис. 3.36

69

2.

Основные расчетные соотношения:

IкКнас

а) UW2 = Uэб; б) IбW2 = IкW3; в) Iк = I3; Iб =

.

3.

Из соотношения (2б) определим

h21мин

W =

IкW3

=

IкW3

=

h21минW3

=

10W3

= 8,33W ,

IкКнас

2

Iб

Кнас

1,2

3

h21мин.

где Кнас — степень насыщения транзистора, задается в пределах от 1,1 до 1,5. Примем Кнас = 1,2.

К23 = W2 =8,33.

W3

4. Амплитуда импульса управления определяется напряжением источника питания выходного каскада устройства управления, а длительность импульса должна превышать время включения силового транзистора. Так как время включения транзистора составляет одну микросекунду, можно формировать включающий импульс длительностью в пределах 5 мкс. На интервале включения силового транзистора до срабатывания положительной обратной связи по току сопротивление R1 определяет величину базового тока транзистора выражением

		(Е −Uбэ макс	W1	)	W1
	=		W		W
R			2	2			.	(1)
1		Iб

При этом гарантированное включение силового транзистора при отклонениях напряжения источника и питания, разбросе характеристик транзистора выполняется при условии

I R = (2 ÷3)U		W1	.	(2)
1 1	бэ W
	2