Силовые узлы проектируемых устройств

7. СИЛОВЫЕ УЗЛЫ ПРОЕКТИРУЕМЫХ УСТРОЙСТВ

          Во многих заданиях на курсовой проект  требуется спроектировать устройства, управляющие включением и выключением осветительных и нагревательных приборов, электромагнитов постоянного и переменного тока, электродвигателей и т. д. В зависимости от коммутируемого напряжения и тока эти устройства могут быть выполнены на транзисторах, тиристорах или симисторах.

                   7.1. Силовые узлы, работающие на постоянном токе

          Коммутация на постоянном токе и напряжении наиболее просто осуществляется с помощью биполярных и полевых транзисторов. Отечественные биполярные транзисторы выдерживают импульсное напряжение на коллекторе до 3000 В (КТ710А) и способны коммутировать ток до 40 А (КТ827). Мощные полевые транзисторы работают в переключающих и импульсных устройствах с напряжением до 1000 В (КП705А). Они имеют сопротивление канала в открытом состоянии, измеряемое  долями ома, и рассеиваемую мощность до сотен ватт (n-канальный полевой транзистор с изолированным затвором 2П928 имеет R_СИотк = 0.4 Ом и Р_max = 250 Вт). Выбор между биполярным и полевым транзисторами определяется требованиями КПД и возможностями схемы “раскачки” транзистора. Следует также иметь в виду, что полевые транзисторы имеют значительную входную емкость, достигающую у мощных транзисторов нескольких тысяч пикофарад. По этой причине для их “раскачки” в режиме повторяющихся импульсов требуются не только более высокое, чем для биполярных транзисторов, входное напряжение, но и достаточно большой ток.

          Наибольшее распространение в импульсных устройствах получили схемы с общим эмиттером ОЕ (с коллекторной нагрузкой) и с общим коллектором ОК (эмиттерный повторитель) (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Схемы с нагрузками: а – коллекторной;

б – эмиттерной

Данные о входном и выходном сопротивлениях для обеих схем в линейном режиме усиления приведены в табл. 7.1.

                                                                                      Таблица 7.1

          Если в качестве сопротивления нагрузки выступают элементы, обладающие индуктивностью, достаточной для создания во время коммутаций недопустимых для транзистора перенапряжений, то их необходимо шунтировать диодами или защитными цепочками так, как это показано на         рис. 7.2.

Рис. 7.2. Защита от перенапряжений шунтированием:

                    а -  нагрузки;  б - транзистора

          Обратное напряжение на диоде VD, включенном параллельно индуктивной нагрузке (на рис. 7.2, а в качестве такой нагрузки изображен электромагнит ЭМ), равно U_п, а амплитуда тока – току электромагнита перед запиранием транзистора. В ряде схем в целях повышения КПД выброс напряжения на коллекторе не устраняют, а лишь ограничивают его амплитуду и скорость нарастания (рис. 7.2, б). Для этого транзистор шунтируют конденсатором C, который при обрыве тока в индуктивной нагрузке заряжается через диод VD, преобразуя энергию, накопленную в индуктивности, в энергию заряженного конденсатора. Скорость нарастания напряжения на коллекторе транзистора при его запирании определяется в данной  схеме частотой резонанса колебательного контура, образованного конденсатором С и  индуктивностью обмотки трансформатора ТР. При включении транзистора через него будет протекать дополнительный ток, обусловленный разрядом конденсатора С. Резистор R_огр служит для ограничения этого тока. Его сопротивление должно выбираться, исходя из необходимой частоты включений транзистора и допустимой амплитуды тока транзистора.