Повышение частоты преобразования электроэнергии в источниках вторичного электропитания. Допускаемое отклонение читающего напряжения от номинального, страница 13

При разработке стабилизированных источников вторичного электропитания необходимо предусмотреть такие схемотехнические решения, которые обеспечивают надежную работу устройства при допустимых пределах технологического разброса и температурного изменения параметров полупроводниковых приборов. С этой целью производится правильный выбор этих приборов схемы, обеспечивается температурная стабилизация режимов работы, в схему вводятся цепи ООС. Для повышения надежности работы аппаратуры рекомендуется ограничивать значения напряжений и токов полупроводниковых приборов до уровня, не превышающего 70-80% предельно допустимых значений.

Не   рекомендуется   использование   мощных   полупроводниковых приборов при очень малых напряжениях питания и рабочих токах, поскольку при этом ухудшаются параметры приборов, увеличивается нестабильность параметров во времени и при изменении температуры окружающей среды, снижается надежность работы приборов при крайних значениях температуры окружающей среды.

Тепловой  режим  работы  полупроводниковых  приборов  определяется  совокупным   воздействием  температуры   окружающей  среды и мощности, рассеиваемой на р-п переходах. Поскольку температура р-п переходов не должна превышать максимально допустимого значения, определяемого материалом полупроводника, то следует предпринимать различные меры для уменьшения выделяющегося тепла, применять   эффективные   способы его   отвода от приборов  и  обеспечивать   их   защиту   от   кратковременных    тепловых   перегрузок.

При работе полупроводникового прибора в режиме переключения можно выделить следующие основные составляющие мощности, рассеиваемой в приборе:

а)  мощность, определяемая падением напряжения на переходах U_пр при протекании через прибор тока нагрузки (прямого тока) I_пр;

б)  мощность, определяемая обратными напряжением U_обр и током прибора в выключенном состоянии I_обр; в)  мощность, определяемая током управления   I_y  и падением напряжения на   управляющем    переходе прибора   U_y ;

г)  мощность,   определяемая   процессами   переключения прибора.

Первые три составляющие представляют собой статические потери мощности в полупроводниковом приборе, не зависящие от частоты  переключения,  последняя – динамические потери, пропорциональные частоте переключения. Упрощенные временные диаграммы тока, напряжения и мгновенной рассеиваемой мощности для полупроводникового прибора, работающего в режиме переключения, приведены на рисунке 1.11.

Статические потери мощности Р_ст определяются выражением:

, где  t_пр – длительность  открытого  состояния   прибора; t_обр  длительность  закрытого  состояния  прибора;   Т_к – период коммутации прибора (f_к=1/ Т_к— частота коммутации прибора).

Если  t_пр =t_обр , то .

Динамические  потери  мощности   в   приборе при переключении Р_дин могут быть определены с достаточной для практических целей точностью  из выражения:

, где t_вкл – длительность этапа включения прибора; t_выкл – длительность этапа выключения прибора.

Полная мощность, рассеиваемая в полупроводниковом приборе, работающем в  режиме  переключения,  равна  сумме   статических  и динамических потерь мощности:

При работе полупроводникового прибора в режиме непрерывного регулирования мощность, рассеиваемая в приборе, имеет только две составляющие:

,

Конструкция корпусов современных мощных полупроводниковых приборов позволяет рассеивать мощность не более 2-3 Вт без перегрева переходов свыше максимально допустимого значения. Для рассеивания больших мощностей полупроводниковые приборы необходимо устанавливать на теплоотводящие устройства (радиаторы). При этом возможны различные способы отвода тепла: естественное, принудительное (воздушное или жидкостное), охлаждение с помощью тепловых трубок, микрохолодильников, поглотителей тепла и пр. В радиолюбительской практике обычно используется естественный способ отвода тепла за счет теплопроводности, конвекции и лучеиспускания.