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:

Ферроэлектрики научились выдерживать более 10 миллиардов циклов перезаписи 11.10.2026

Энергонезависимая память должна не только быстро записывать и сохранять информацию без постоянного питания, но и выдерживать огромное количество циклов перезаписи. Одним из перспективных вариантов такой технологии считаются ферроэлектрические материалы, однако их практическое применение долгое время ограничивалось сравнительно быстрым разрушением. Исследователям удалось установить механизм этого процесса на атомном уровне и предложить способ, который значительно увеличивает срок службы таких материалов. Работу выполнила группа ученых из Университета электронной науки и техники Сианя (Xidian University) совместно с коллегами из Гонконгского университета и Фуданского университета. Особый интерес специалистов вызвали ферроэлектрики со структурой вюрцита, в частности нитрид алюминия-скандия (AlScN). Эти материалы способны сохранять информацию благодаря изменению направления электрической поляризации на атомном уровне и хорошо совместимы с современными технологиями производства микросхем ...>>

Электромобиль VENTRA с системой очистки воздуха 11.10.2026

Даже автомобили без двигателя внутреннего сгорания не являются полностью безвредными для окружающей среды. При движении любой автомобиль изнашивает шины и тормозные элементы, в результате чего в воздух и на дорожное покрытие попадают мельчайшие частицы. Студенты Эйндховенского технологического университета решили обратить внимание именно на этот мало заметный источник загрязнения и создали концептуальный электромобиль VENTRA, способный собирать часть таких загрязняющих веществ непосредственно во время движения. Проект разработала команда TU/ecomotive, которая оснастила VENTRA специальной системой улавливания частиц, образующихся при износе шин и торможении. Авторы концепта считают, что переход на электрическую тягу сам по себе не решает проблему автомобильных выбросов. Более тяжелые электромобили дополнительно нагружают шины, а их электродвигатели способны обеспечивать очень быстрое ускорение, что также может способствовать повышенному износу резины. Собранные около колес частицы си ...>>

Лазерное переключение магнитов 10.10.2026

Технологии хранения данных постоянно стремятся уменьшить размеры элементов памяти и одновременно увеличить скорость записи информации. Один из возможных путей связан с использованием света, который способен переносить энергию с огромной скоростью и воздействовать на очень небольшие области материала. Инженеры Университета Калифорнии в Сан-Диего (UC San Diego) продемонстрировали необычный способ управления магнитным состоянием вещества, при котором внешнее магнитное поле вообще не требуется. В обычных жестких дисках информация записывается в виде последовательности крошечных магнитных областей, соответствующих значениям 1 и 0. Для изменения их состояния обычно необходимо внешнее магнитное поле, однако такой способ требует значительных энергетических затрат и ограничивает скорость записи. Исследователи UC San Diego предложили альтернативу - так называемое оптическое переключение, при котором магнитное состояние изменяется под воздействием лазерного излучения. По оценкам специалистов, ...>>

Случайная новость из Архива Энергия из уха 06.03.2021 Специалисты открыли новый источник питания, который удобен тем, что всегда находится рядом с вами и никогда не разряжается. Более того, вы сами являетесь таким источником питания, а вернее - ваше внутреннее ухо. Ученые из Массачусетского технологического университета смогли научиться превращать улитку внутреннего уха млекопитающих в источник, пусть и небольшой, но все же энергии. Улитка представляет собой трубку, свернутую в спираль и заполненную жидкостью. Именно с ее помощью все млекопитающие воспринимают звуки, и в ней же вырабатывается небольшое количество энергии. К примеру, улитка морских свинок способна генерировать электрический ток до 28 миллиампер, и напряжением от 30 до 55 вольт. Для того, чтобы собрать информацию об электричестве, вырабатываемом улиткой подопытной морской свинки, специалисты сконструировали специальный чип, имеющий размеры 9 на 11 миллиметров. Это небольшое устройство работало на той энергии, которую вырабатывало внутреннее ухо, на протяжении 5 часов, передавая ученым все необходимые данные на частоте 2,4 гигагерц. Данная технология может помочь ученым в изобретении микроскопических слуховых аппаратов или протезов стремечка, которые будут питаться напрямую от энергии внутреннего уха. В будущем это сможет совершить настоящий прорыв в лечении заболевания органов слуха, и победить глухоту, от которой с каждым годом страдает все больше и больше людей. Правда, пока что специалисты не придумали, как вживлять электроды в улитку безопасно для слуха. И пока с этой проблемой не удастся справиться, вся работа в этом направлении не будет продвигаться дальше опытов на лабораторных животных.

Другие интересные новости:

▪ Рекорд, опасный для здоровья

▪ Млечный Путь почти не виден

▪ Лабораторное выращивание риса с мясом

▪ Мужской и женский мозг сотрудничают по-разному

▪ Сверхбыстрые SSD Samsung PM1725 и PM1633

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья А вы, друзья, лишь годны на жаркое. Крылатое выражение

▪ статья Почему кенгуру встречаются только в Австралии? Подробный ответ

▪ статья Дежурный на строительном объекте. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Технология получения биогаза. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Чудеса для разминки. Химический опыт

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026