СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 71 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2015 состоящие из резисторов, конденсато- ров и диодов. В ЫБОР ТРАНЗИСТОРОВ В двухтактной схеме на централь- ную точку соединения входных полу- обмоток трансформатора подаётся высокое входное напряжение около 300 В, а крайние точки полуобмоток попеременно коммутируются тран- зисторами на «землю». Когда один из транзисторов открыт, второй закрыт и испытывает двойное обратное напряжение, равное 600 В. При выклю- чении одного из транзисторов за счёт большой индуктивности трансформа- тора возникает выброс напряжения, амплитуда которого может достичь не только значения напряжения пита- ния (то есть 300 В), но и значитель- но его превысить. Отсюда следует, что транзистор должен быть рассчитан на тройное напряжение питания, то есть 900 В. Другим важным парамет- ром транзистора является максималь- ный ток. Если максимальный комму- тируемый ток составляет, например, 1,5 А (при этом мощность составляет 1,5 А × 300 В = 450 Вт), то транзистор должен иметь 3–6-кратный запас по току, то есть быть способным пропу- скать ток 6…9 А. При обеспечении параметров напря- жения и тока транзистор должен быстро включаться и выключаться. Время включения и время выключе- ния транзистора должно быть мень- ше так называемого мёртвого време- ни (Dead Time), которое установле- но в контроллере LM5033 в пределах 85…185 нс (среднее значение 135 нс). Поэтому время включения и время выключения транзистора не должны превышать 85 нс при некотором запа- се в 20…30 нс. В противном случае воз- можно появление сквозного тока через транзисторы, что мгновенно выводит из строя и транзисторы, и контроллер. Транзисторы должны иметь как можно меньшее значение входной ёмкости и, по возможности, неболь- шое сопротивление в открытом состо- янии. В них между истоком и стоком должен быть установлен защитный диод, а также защитные стабилитро- ны – между истоком и затвором. Жела- тельно, чтобы транзисторы имели пол- ностью изолированный корпус, чтобы не применять различные изолирую- щие прокладки. Подобные транзисторы существу- ют, а некоторые из них имеют гораз- до лучшие характеристики. В табли- це 1 приведены основные параметры высоковольтных быстродействующих полевых транзисторов, с которыми экс- периментировал автор. Все транзисто- ры имеют защитные стабилитроны между истоком и затвором, диод меж- ду истоком и стоком и выпускаются в полностью изолированном корпусе TO-220FP. Наиболее жёсткий режим рабо- ты транзисторов по максимальному обратному напряжению имеет место при минимальном токе нагрузки и мак- симальной длительности импульсов ШИМ. Такой режим работы, в общем, является искусственным, поскольку максимальная длительность импуль- сов соответствует максимальному току нагрузки, а при минимальном токе нагрузки длительность импуль- сов минимальна. Амплитуда выбро- са A имп. напряжения при выключении транзистора здесь максимальна и про- порциональна входному напряжению A имп ∼ U вх.макс . В менее жёстком режиме транзи- сторы работают при максимальном токе нагрузки, так как они коммути- руют максимальный ток. Поскольку амплитуда выброса A имп также макси- мальна (она пропорциональна ско- рости максимального изменения то- ка A имп ∼ Δ i/ Δ t), транзисторы, поми- мо высокого обратного напряжения, испытывают ещё и дополнительную нагрузку по току. Амплитуда выбро- са обратно пропорциональна вре- мени выключения Δ t транзисторов, которое зависит от марки транзи- стора. Из таблицы 1 видно, что время выключения транзистора, например STF7N95K3 составляет 36 нс. При работе в указанных режимах транзисторы испытывают не толь- ко максимальное обратное напряже- ние, но и максимальный нагрев, и если они выдерживают такие режимы рабо- ты, то при работе в штатном режиме надёжность может быть гарантиро- вана. Эксперименты с транзистора- ми показали, что наименьший нагрев испытывает транзистор STF9NK90Z. Транзистор STP6NK90ZFP стоит на втором месте (его нагрев чуть боль- ше, но всё-таки приемлемый), а тран- зистор STF7N95K3 нагревается силь- но. Причина такого поведения была выяснена по осциллограммам напря- жений на стоке транзисторов: у тран- зистора STF7N95K3 амплитуда выбро- са A имп при прочих равных условиях приблизительно в 1,5 раза выше. Столь большой выброс объясняется, вероят- но, наименьшим временем выключе- ния этого транзистора (36 нс), поэто- му использовать его не рекомендуется. Из двух других наилучшим вариантом является STF9NK90Z. Однако, по опы- ту автора, более дешёвые транзисто- ры STP6NK90ZFP в ИИП работают не намного хуже. Продолжение следует. Л ИТЕРАТУРА 1. Мачинский В., Штильман В. Сглажива- ющие фильтры на транзисторах. Радио. № 4. 1965. 2. Жучков В., Зубков О., Радутный И. Блок питания УМЗЧ. Радио. № 1. 1987. 3. Кузьминов А. Метод фоторепродуцирова- ния для изготовления фотошаблона печат- ных плат в домашних условиях. Техно- логии в электронной промышленности. № 5–7. 2010. 4. Кузьминов А. Изготовление устройств на печатных платах с высоким разре- шением в домашних условиях. Техно- логии в электронной промышленно- сти. № 8–10. 2010. 5. Кузьминов А. Мощный стабилизатор двух- полярного напряжения для УМЗЧ. Радио. № 5. 2012. 6. Кузьминов А. Использование мощных полевых транзисторов и операционных усилителей в прецизионных регуляторах и стабилизаторах напряжения. Современ- ная электроника. № 7. 2012. 7. Larry Meares. Designing R2CD Snubbers Using Standard Recovery Diodes. Intusoft, 2013 (www.intusoft.com) 8. Уильямс Д. Минимизация прохожде- ния помех от импульсного стабилизато- ра напряжения через линейный стаби- лизатор. Компоненты и технологии. № 2. 2007. Основные параметры некоторых высоковольтных транзисторов Тип транзистора U си , макс., В I с , макс., A T вкл , нс T выкл , нс C вх , пФ R си , Ом Средняя розничная цена, руб. STP6NK90ZFP 900 5,8 17 45 1350 1,56 40 STF9NK90Z 900 8 22 55 2115 1,1 60 STF7N95K3 950 7,2 14 36 1031 1,1 60 © СТА-ПРЕСС