Выпрямитель для больших токов при малых потерях. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Описываемый необычный выпрямитель переменного тока предназначен для использования там, где требуются малые регулируемые напряжения при относительно больших токах и малых потерях. Примером применения может служить питание элементов Пелтье, применяемых в системах охлаждения, где, к тому же, необходимо и регулировать температуру. Гальванические ванны и низковольтные паяльники - другие примеры применения подобного выпрямителя.

При получении низких напряжений питания в выпрямителях встает проблема падения напряжения на выпрямительных полупроводниковых диодах, обусловленная примененным в диодах полупроводниковым материалом (0,6…0,9 В в кремниевых диодах), которое оказывает тем большее влияние, чем ниже выпрямленное напряжение. Встает проблема отвода тепла при больших токах нагрузки. Когда необходима еще и регулировка выходного напряжения, прибегают к помощи последовательного стабилизатора напряжения, падение напряжения на переходе регулирующего транзистора которого составляет дополнительно к падению на диодах выпрямителя еще несколько вольт, что ведет к бесполезному рассеиванию мощности, к.п.д устройства, при этом, не превышает 50%. На рисунке (Bild 1) показана схема выпрямителя, взятая из сборника патентов ГДР [ 1 ], который позволяет значительно уменьшить потери мощности.

Рис. 1.

Речь идет, в первую очередь, о двухполупериодном выпрямителе со средней точкой, который характерен и известен как выпрямитель, имеющий два диода и отвод от середины обмотки трансформатора. Здесь выпрямительные диоды заменены переходами эмиттер-коллектор регулирующих транзисторов (VT1 и VT2). Этим обеспечивается преимущество перед диодами, так как падение напряжения на переходах эмиттер-коллектор у современных мощных планарных транзисторов составляет всего 0,1…0,2 В, против примерно 0,7 В у большинства выпрямительных диодов, поэтому бесполезное рассеивание мощности значимтельно сокращается. Кроме того, при использовании транзисторов как управляемых элементов, появляется возможность регулировки выходного выпрямленного напряжения, а, именно, - путем усечения фазы.

Рис. 2

Во время положительного полупериода ток течет через VD1, контакты переключателя S (S - сначала в крайнем правом, по схеме, положении), резистор R и диод VD4 в цепи база-эмиттер VT2. VT2, при этом, управляется, в результате чего нижняя ветвь выпрямителя открывается, а конденсатор С заряжается. Во время отрицательного полупериода транзистор VT1 управляется через диод VD2, S, R и VD3, чем открывается верхняя ветвь выпрямителя. Поскольку речь идет о двухполупериодном выпрямителе, в котором остаточное падение напряжения на переходах эмиттер-коллектор транзисторов очень мало, то мала и рассеиваемая на транзисторах мощность, равная падению напряжения на переходе эмиттер-коллектор умноженному на ток протекающий в этой цепи. Коль мала мощность рассеивания, так небольшим может быть и теплоотвод, а если еще и отрицательный полюс выпрямителя может быть соединен с металлическим корпусом питаемого устройства, то регулирующие транзисторы можно прикрутить выводами коллекторов прямо на шасси без изолирующих прокладок.

Теперь рассмотрим возможность регулировки выходного напряжения выпрямителя с помощью цепочки диодов VD5…VDn, коммутируемых переключателем S, осуществляющих отсечку фазы (Bild 2). Транзисторы, при этом, начинают проводить не сразу с начала соответствующего полупериода переменного напряжения, а спустя некоторое время, когда мгновенное значение амплитуды напряжения в полупериоде превысит сумму прямых напряжений включенных диодов. Соответственно, чем меньшее время открыты транзисторы, тем до меньшего напряжения сможет зарядиться конденсатор фильтра С. Конечно эффект более позднего открывания и более раннего закрывания транзисторов зависит и от прямого падения напряжения на диодах VD1…VD4 и от напряжения открывания транзисторов VT1 и VT2. Здесь лучше всего применить германиевые диоды из-за малого прямого падения напряжения на них, например, 0,1 А или 1 А диоды из серии GY. Более современными оказываются здесь диоды с барьером Шоттки, но результаты, получаемые с ними ничуть не лучше, а хуже, чем со старыми добрыми германиевыми диодами, тем более, что до сих пор не все могут диоды Шоттки достать.

Следует обратить особое внимание на максимальное допустимое обратное напряжение переходов база-эмиттер VT1 и VT2. При превышении этого напряжения, ток с соответствующего внешнего конца вторичной обмотки силового трансформатора потечет через запертый переход эмиттер-база (как ток стабилизации (или "лавинный ток пробоя") в стабилитроне) и оттуда через включенный в прямом направлении прохождения тока переход база - коллектор, - прямо на выход выпрямителя. В этом случае, конечно же, ни о каком регулировании транзисторами не может быть и речи и они повреждаются. Пиковое значение напряжения на любой половине вторичной обмотки не должно превышать допустимого обратного напряжения перехода эмиттер-база (Ueff * 3 2), которое должно быть в пределах 6…9 В.

Рекомендуется до установки транзисторов в схему измерить допустимое обратное напряжение переходов база-эмиттер (и, наверное, коль схема симметрична, подобрать пару транзисторов с одинаковыми параметрами). Способ измерения этого напряжения прост: необходимо включить переход база - эмиттер в обратном (запирающем направлении прохождению постоянного тока) через резистор и измерить на переходе напряжение точно также как определяется напряжение стабилизации на обычном стабилитроне. Увеличиваем напряжение подаваемое на последовательно включенные резистор (например, сопротивлением 1 ком) и переход база-эмиттер ("плюсом" к эмиттеру, если это n-p-n транзистор), на параллельно переходу включенном вольтметре наблюдаем значение максимального обратного напряжения, когда таковое перестает заметно прирастать при увеличении напряжения питания. Последнее обстоятельство (довольно низкое допустимое обратное напряжение перехода база-эмиттер) ограничивает максимальное выходное напряжение приводимой схемы выпрямителя 5 вольтами. Величина сопротивления R = 200 ом выбрана как компромисс для выходного напряжения до 5 В при токах нагрузки 1…2 А: слишком малая его величина ведет к излишним потерям в самом резисторе (неэкономична), большая же, - не позволяет полностью открываться транзисторам, из-за чего также увеличиваются потери (теперь на регулирующих транзисторах).

Транзисторы должны иметь как можно большее допустимое обратное напряжение перехода база-эмиттер и обладать максимально возможным коэффициентом усиления по току. Если будут применяться p-n-p транзисторы (например, КТ818), все диоды и оксидный фильтровый конденсатор следует "перевернуть" и полярность выходного напряжения сменится.

Можно пойти дальше и вместо дискретной регулировки выходного напряжения применить плавную, установив вместо диодов VD5…VDn и переключателя S, той же проводимости как VT1/VT2 (коллектором к точке соединения диодов VD1 и VD2, эмиттером к резистору R) и потенциометр, вывод движка которого следует соединить с базой дополнительного транзистора, а крайние выводы - с коллектором и эмиттером этого транзистора. Возможны также другие включения с падающей характеристикой (аналог динистора). Для экспериментатора здесь большое поле деятельности.

Литература

1. Патент DDR-WP HO2 313189.7
2. Dipl.-Ing. M. Franke
3. FUNKAMATEUR 1988, № 11, стр. 554.

Перевод: Виктор Беседин (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru, г. Тюмень; Публикация: cxem.net

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Лабораторная модель прогнозирования землетрясений 30.11.2025

Предсказание землетрясений остается одной из самых сложных задач геофизики. Несмотря на развитие сейсмологии, ученые все еще не могут точно определить момент начала разрушительного движения разломов. Недавние эксперименты американских исследователей открывают новые горизонты: впервые удалось наблюдать микроскопические изменения в контактной зоне разломов, которые предшествуют землетрясению. Группа под руководством Сильвена Барбота обнаружила, что "реальная площадь контакта" - участки, где поверхности разлома действительно соприкасаются - изменяется за миллисекунды до высвобождения накопленной энергии. "Мы открыли окно в сердце механики землетрясений", - отмечает Барбот. Эти изменения позволяют фиксировать этапы зарождения сейсмического события еще до появления традиционных сейсмических волн. Для наблюдений ученые использовали прозрачные акриловые материалы, через которые можно было отслеживать световые изменения в зоне контакта. В ходе искусственного моделирования примерно 30% ко ...>>

Музыка как естественный анальгетик 30.11.2025

Ученые все активнее исследуют немедикаментозные способы облегчения боли. Одним из перспективных направлений становится использование музыки, которая способна воздействовать на эмоциональное состояние и когнитивное восприятие боли. Новое исследование международной группы специалистов демонстрирует, что даже кратковременное прослушивание любимых композиций может значительно снижать болевые ощущения у пациентов с острой болью в спине. В эксперименте участвовали пациенты, обратившиеся за помощью в отделение неотложной помощи с выраженной болью в спине. Им предлагалось на протяжении десяти минут слушать свои любимые музыкальные треки. Уже после этой короткой сессии врачи фиксировали заметное уменьшение интенсивности боли как в состоянии покоя, так и при движениях. Авторы исследования подчеркивают, что музыка не устраняет саму причину боли. Тем не менее, она воздействует на эмоциональный фон пациента, снижает уровень тревожности и отвлекает внимание, что в сумме приводит к субъективном ...>>

Алкоголь может привести к слобоумию 29.11.2025

Проблема влияния алкоголя на стареющий мозг давно вызывает интерес как у врачей, так и у исследователей когнитивного старения. В последние годы стало очевидно, что границы "безопасного" употребления спиртного размываются, и новое крупное исследование, проведенное международной группой ученых, вновь указывает на это. Работы Оксфордского университета, выполненные совместно с исследователями из Йельского и Кембриджского университетов, показывают: даже небольшие дозы алкоголя способны ускорять когнитивный спад. Команда проанализировала данные более чем 500 тысяч участников из британского биобанка и американской Программы миллионов ветеранов. Дополнительно был выполнен метаанализ сорока пяти исследований, в общей сложности включавших сведения о 2,4 миллиона человек. Такой масштаб позволил оценить не только прямую связь между употреблением спиртного и развитием деменции, но и влияние генетической предрасположенности. Один из наиболее тревожных результатов касается людей с повышенным ге ...>>

Случайная новость из Архива Открыта единичная электронная связь 18.10.2024 Углерод, один из ключевых элементов, лежащих в основе органической химии и жизни на Земле, давно известен своими способностями образовывать устойчивые ковалентные связи. Эти связи обеспечиваются парами электронов, разделяемыми между атомами, что является основой классического представления о молекулярной структуре. Однако новое исследование изменяет эти представления: ученые впервые обнаружили молекулу, где два атома углерода разделяют всего один электрон. Это открытие имеет значительные последствия не только для понимания химии углерода, но и для будущих исследований в области молекулярных связей. Классическая химия утверждает, что для образования ковалентных связей между атомами необходимы парные электроны. Эти связи бывают одинарными, двойными и даже тройными, что усиливает их прочность и стабильность. Однако связь, основанная на одном единственном электроне, казалась невозможной для углерода, до тех пор, пока не было сделано это открытие. Ранее единичные электронные связи фиксировались между другими элементами, но подобная связь между двумя атомами углерода - это новое и важное достижение. Одиночные электронные связи, хотя и редки, не являются чем-то новым в химии. Например, молекулы фосфора могут сохранять связь, даже потеряв один из своих электронов, хотя такие связи часто довольно слабы. Однако впервые было обнаружено, что связь на одном электроне между атомами углерода достаточно прочна, чтобы удерживать целую молекулу. Это открывает новые горизонты в исследовании границ между связанными и несвязанными состояниями атомов. Сложность заключалась в том, что такие связи, вероятно, являются очень хрупкими. Чтобы стабилизировать их, химикам пришлось создать условия, при которых молекулы не разрушались бы при взаимодействии с другими веществами или при попытках "дозаполнить" недостающий электрон для создания традиционной ковалентной пары. При малейшей возможности углеродные атомы склонны либо разрывать связь, либо захватывать проходящие электроны. Для создания устойчивой структуры ученые сосредоточились на производных гексапенилэфтана (HPE). Эти соединения обладают свойством образовывать карбокатионы и радикалы - молекулы с нечетным числом электронов. Важно, что в HPE связь между двумя атомами углерода уже была растянутой, что создавало подходящие условия для формирования единичной электронной связи. В результате был получен продукт с оболочкой из углеродных колец, защищающих эту уникальную связь. Чтобы дополнительно стабилизировать молекулу, исследователи использовали обработку йодом. Разные концентрации йода воздействовали на обе стороны углеродно-углеродной связи, что привело к созданию одноатомных кристаллов темно-фиолетового цвета. Эти кристаллы оказались пригодны для рентгеновских дифракционных исследований, что позволило подтвердить геометрию атомов и наличие связи. Дополнительные анализы, в частности спектроскопия Рамана, подтвердили, что связь между атомами углерода действительно основывалась на одном электроне. Это стало окончательным доказательством уникальности новой молекулы и предложенного механизма. Открытие единичной электронной связи между атомами углерода не только бросает вызов традиционным представлениям о химических связях, но и открывает путь для новых исследований в области химии углерода и молекулярных структур. Этот необычный способ взаимодействия атомов может иметь далеко идущие последствия, выходящие за пределы обычных химических моделей, и вдохновит ученых на поиск новых форм связей и материалов с уникальными свойствами.

Другие интересные новости:

▪ Биочернила для 3D-печати человеческих тканей

▪ Водяная планета

▪ Человека вычислят по радиоволнам

▪ Охлаждение крыльев бабочек

▪ Беспроводной протокол Bolt для клавиатур и мышек

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Прошивки. Подборка статей

▪ статья Ну теперь твоя душенька довольна? Крылатое выражение

▪ статья Зачем совы селят в своих гнездах змей? Подробный ответ

▪ статья Сторож пионерского лагеря. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Приготовление мыла холодным способом. Простые рецепты и советы

▪ статья Монеты поперек. Секрет фокуса

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2025