Современная электроника №1/2020

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 43 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 1 2020 Д ИОДЫ И СХЕМА ПОДТЯЖКИ Поскольку МОП-транзисторы необ- ходимо переключать относительно быстро, то в результате появляются связанные с быстрым переключени- ем токи на уровне ампер как следствие заряда и разряда ёмкости затвора. Такие зарядно-разрядные токи должны посту- пать через резисторы подтяжки и дио- ды. Возникающие при этом потери не столь уж малы. Вот почему необходи- мо принять меры по оптимизации мак- симально допустимых потерь мощно- сти (P V ), при этом учитывать и токо- вую нагрузку компонентов в цепи управления затвором. Аналогично защитные диоды транзисторов долж- ны иметь такое же максимально допу- стимое обратное напряжение, как и МОП-транзисторы. В качестве альтер- нативы классическим диодам или дио- дамШоттки можно использовать дио- ды, которые имеются в корпусах МОП- транзисторов. В зависимости от типа они способны выдерживать большие нагрузки, сохранять свои характери- стики при более высокой температуре, чем та, что обычно указана в специфи- кации на транзистор. Не следует недо- оценивать и потери обратного восста- новления, их тоже надо учитывать. Потери мощности в цепи управления затвором: P V = ( U diode × I ) + ( I 2 × R pull-up ), где U diode – падение напряжения на диоде; R pull-up – номинальное сопротивление резистора подтяжки. В ХОДНОЙ И ВЫХОДНОЙ КОНДЕНСАТОРЫ : ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА Входные и выходные конденсато- ры в сочетании с дросселями служат в основном как элементы входного и выходного фильтров. Поскольку резо- нансные частоты в системе беспро- водной передачи энергии находятся ниже 200 кГц, то конденсаторы долж- ны быть рассчитаны на более высо- кие рабочие частоты. Проведённые испытания показали, что значения их номинальных ёмкостей в зависи- мости от конкретных решений систе- мы и индуктивности дросселей могут находиться в диапазоне 10–1000 мкФ. Частота среза по уровню –6 дБ такого LC-фильтра должна составлять около 1/10 от частоты колебательного кон- тура системы. При этом её ослабление теоретически ожидается с коэффици- ентом 40 дБ/декада. Принимая во вни- мание неидеальность реальных компо- нентов фильтра, на практике следует ожидать уровень затухания 30 дБ/дека- да. В зависимости от используемого типа дросселя на текущий через него постоянный ток может быть наложен значительный компонент переменно- го тока. Если этот ток слишком высок, то для работы на больших токах пуль- саций вместо обычного алюминиево- го электролитического конденсатора лучше использовать полимерный элек- тролитический конденсатор, выдержи- вающий большие токи переменной составляющей. Полимерные и кера- мические конденсаторы с присущим им низким ESR также обеспечивают возможность значительного умень- шения амплитуды пульсации отражён- ного напряжения. Меньшая пульсация напряжения означает, что при измере- нии помех, влияющих на ЭМС, их уро- вень будет ниже. Наилучший резуль- тат достигается при использовании параллельного соединения алюмини- евых электролитических конденсато- ров и полимерных или керамических конденсаторов, например WCAP-PTHR или WCAP-PSLC. Частота среза входного/выходного фильтра: , где L – индуктивность дросселя филь- тра; C – ёмкость конденсатора или сум- марная ёмкость всех конденсаторов фильтра. Падение напряжения (напряжение пульсаций) на конденсаторе фильтра: U ripple = ESR × I AC , где ESR – эквивалентное сопротивление конденсатора или сум- марное эквивалентное сопротивление всех конденсаторов фильтра; I AC – пере- менная составляющая тока. В ОЗМОЖНЫЕ ПРОБЛЕМЫ , КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО УЧИТЫВАТЬ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РЕЗОНАНСНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ На практике, если вы остановили выбор на предлагаемой топологии схе- мы, основа которой, несомненно, это удобный для использования генера- тор Ройера, потребуется рассмотреть два момента, связанных с тем, что- бы исключить защёлкивание МОП- транзисторов. 1. Требования к источнику питания передатчика в момент включения системы беспроводной передачи мощности Если источник питания не в состо- янии обеспечить достаточный пуско- вой ток во время переходного процесса при включении, произойдёт просадка напряжения, и может случиться так, что один из двух МОП-транзисторов нач- нёт зависать в режиме линейного уси- ления, а через напряжение питания постоянно закорачиваться на «зем- лю», что способно привести к перегреву МОП-транзистора и, как следствие, его выходу из строя. Следует также обра- тить внимание на то, чтобы конденса- тор входного фильтра не имел чрезмер- ного номинала, поскольку это может ещё больше усугубить эффект защёлки- вания, ведь блок питания, кроме пуско- вого тока для генератора, должен будет зарядить и этот конденсатор. На практике подобного негативно- го эффекта удаётся избежать, подклю- чив конденсаторы и резонансный кон- тур к рабочему напряжению ещё до остальной части схемы. Затем затво- рыМОП-транзисторов можно переклю- чать с помощью оптопар или транзи- сторов. Затворами также управляют и через отдельный источник питающего напряжения, например уже упомяну- тый модуль серии MagI 3 C, его включе- ние от основного источника питания выполняется с некоторой задержкой. 2. Импеданс, отражённый от приёмника к передатчику С учётом больших скачков нагруз- ки на стороне приёмника и вполне реальных внезапных изменений коэф- фициентов связи катушек может слу- читься так, что частично отражённый импеданс накоротко замыкает индук- тивность намагничивания со сторо- ны передатчика. Это, в свою очередь, приводит к срыву колебаний, а схема «защёлкивается». Коэффициент связи можно опреде- лить как: , где U sec – напряжение на вторичной обмотке; U pri – напряжение на первич- ной обмотке; N pri – число витков пер- вичной обмотки; N sec – число витков вторичной обмотки; L pri – индуктив- ность первичной обмотки; L sec – индук- тивность вторичной обмотки. M – коэффициент взаимоиндукции определяется как: . Для противодействия этому негатив- ному эффекту полезно слегка отстро- ить частоту резонансного контура приёмника при помощи подключе- ния дополнительного параллельного