СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №4/2015

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 66 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 4 2015 +=310 +285 220 ~ +Uвых +Uвх ~ ПЭВ-50 5-35 В-50 ПЭВ-100 ~ V 1 2 3 X1 T2 T3 В1 15 Ом 2 1 4 3 - +~ ~ M1 GBU25M Осциллограф R3 43 Пр.1 3,15 А R4 150 + C сгл . 680,0/400 B 3.9 К R2 T1 а б в например, в два раза, можно добить- ся уменьшения размаха пульсаций до 0,25 В. Однако это становится бес- смысленным из-за естественных изме- нений сетевого напряжения. Увеличе- ние номиналов C1 и C2 приведёт к уве- личению постоянной времени τ , то есть к уменьшению скорости отслежива- ния входного напряжения. В резуль- тате может сложиться такая ситуа- ция, что входное напряжение быстро снизилось, а конденсаторы не успели разрядиться до нужного уровня (и не закрыли транзистор). В этом случае амплитуда пульсаций резко возра- стёт, так как при открытом транзисторе они легко пройдут на выход фильтра. Аналогичная ситуация может возник- нуть, например, при скачкообразном увеличении тока нагрузки. В этом слу- чае напряжение на истоке снизится по отношению к затвору, и пока конден- саторы будут медленно разряжать- ся, пульсации возрастут. Резистор R4 ограничивает динамический ток затво- ра транзистора, препятствуя скачкоо- бразному изменению напряжения на затворе, из-за которого он может вый- ти из строя, несмотря на защитные TVS-диоды. В работе «Сглаживающие фильтры на транзисторах» [1] показано, что раз- мах пульсаций выходного напряжения фильтра не зависит от ёмкости конден- сатора C накоп , подключённого к выхо- ду фильтра (в данном случае, 40 мкФ / 400 В), и определяется исключитель- но параметрами RC-цепочек. Зачем тогда нужен C накоп ? Дело в том, что в отличие от LC-фильтра, который запасает энергию Е в ёмкости C (Е С = = CU 2 /2) и индуктивности L (Е L = LI 2 /2), где U и I – напряжение на ёмкости и ток в индуктивности соответственно, тран- зисторный фильтр такую энергию не запасает. Импульсный преобразо- ватель (см. далее) отбирает энергию в каждом такте своей работы, воздей- ствуя на фильтр. Хотя в самом импульс- ном преобразователе предусмотрен конденсатор 0,68 мкФ, его ёмкости недостаточно. Эта проблема снима- ется введением накопительного кон- денсатора C накоп . Испытания фильтра проводились по схеме, приведённой на рисунке 7. На входной контакт разъёма X1(1) филь- тра подавалось сетевое напряжение, выпрямленноеM1 и сглаженное конден- саторомC сгл . Для защиты в одном прово- де был установлен предохранитель Пр.1, рассчитанный на ток 3,15 А. Чтобы он не сработал от большого тока заряда кон- денсатора C сгл при включении пита- ния, в другом проводе был установлен ограничительный резистор R1. Вклю- чение устройства производилось тумб- лером Т1, подключающим (и отключа- ющим) оба провода. Примерно через секунду после этого включался тумб- лер Т2, закорачивающий резистор R1, в результате чего устройство получало полное сетевое питание. К выходному контакту разъёма X1(3) был постоянно подключён резистор R2, который определял минимальный ток работыфильтра (около 73 мА); туда же подключались вольтметр и осцилло- граф, на котором наблюдались пуль- сации выходного напряжения. Нагруз- кой фильтра служили резисторы R3 и R4, определяющие максимальный ток работы фильтра, соответствую- щий мощности в нагрузке около 400 Вт. Резисторы включались и выключались тумблером T3. При выключенном тумблере T3 общей нагрузкой фильтра служи- ло только сопротивление R2, то есть R общ = 3,9 кОм. При этом выходное напряжение былоU вых = 285 В, выходной ток I вых = 285 В / 3900 Ом = 0,073 А, а мощность, выделявшаяся в нагрузке, W вых = U вых × I вых = 285 В × 0,073 А = 5,93 Вт. При включении тумблера R общ = R2||(R3 + + R5) = 183,9 Ом, при этом выходное Рис. 7. Схема испытаний транзисторного фильтра Рис. 8. Разводка платы активного фильтра Рис. 9. Фотографии активных фильтров на транзисторах: а – IRL2910; б – IRL2505; в – IRLU3110 в корпусе I-Pak © СТА-ПРЕСС