Защита силового транзистора от потенциального пробоя

В промышленных схемах фли-бак конверторов [1] силовая часть схемы всегда содержит элементы, назначение которых с первого взгляда не понятно. Типичные цепочки показаны на риснках 1-4. Они могут встретиться как по отдельности, так и в сочетании. Наиболее распространена цепочка R, С, VD, изображенная на рисунке 1. Она носит название фиксирующей цепочки. Анализ многочисленных схем источников питания показал, что очень часто в практически идентичных схемах, но относящихся к разным фирмам-разработчикам, номиналы резистора R и конденсатора С могут отличаться на порядок. Обе схемы, тем не менее, используются в серийных изделиях и надежно работают. Но вопрос выбора элементов фиксирующей цепи все же остается неясным.

При обрыве нагрузки напряжение на ключевом транзисторе, хоть и на короткое время, повышается – появляется значительный индуктивный выброс. Схема стабилизации, конечно, отследит изменение нагрузки – уменьшит коэффициент заполнения или повысит частоту преобразования. Однако реакция схемы управления никогда не бывает мгновенной, поскольку она всегда обладает некоторой инерционностью. Уследить за короткими индуктивными выбросами принципиально невозможно.

Пробой силовых транзисторов почти всегда характеризуется коротким замыканием его силовых электродов. Вслед за пробоем транзистора выгорает первичная обмотка трансформатора. Случаи, когда схема управления остается невредимой, весьма редки. Поэтому, нужно обезопасить хотя бы трансформатор от выгорания, предусмотрев во входной цепи предохранитель [1, 2, 3].

Если рассмотреть трансформатор в фазе передачи энергии в нагрузку (см. рисунок 6), то увидим, что в первичной обмотке, нагруженной элементами R, С, VD, также появляется электрический ток, наведенный в ней током вторичной обмотки. Этот ток заряжает емкость С, напряжение на которой в установившемся режиме при γ = 0,5 равно напряжению питания. При размыкании ключа на первичной обмотке возник индуктивный выброс (выброс может быть связан не только с полезной индуктивностью, но также и с паразитными параметрами). Если амплитуда этого выброса больше, чем напряжение на конденсаторе С, диод VD открывается и оба напряжения выравниваются, а энергия выброса «перетекает» в конденсатор. Фиксирующая цепочка представляет собой дополнительную нагрузку для трансформатора [1, 2, 3]. Добавка напряжения на конденсаторе будет:

Диод VD выбирается как можно более быстродействующий (с минимально возможным временем обратного восстановления) и обратным напряжением не менее 1,5 Ùп.

Хорошим способом защиты силового транзистора является использование диодов TRANSIL. Реализация этого способа показана на рисунках 2 и 4.

RC-цепочка, изображенная на рисунке 3, может быть использована для защиты от индуктивных выбросов, однако прямое ее назначение несколько иное. Это так называемый снаббер, который не позволяет силовому транзистору переключаться слишком быстро. Ограничение скорости переключения в некоторых случаях приходится вводить потому, что подавляющее большинство схем управления, построенных на полевых комплементарных транзисторных структурах, обладают существенным недостатком – при определенных условиях они могут защелкиваться. В большинстве случаев защелкивание можно предотвратить, выбирая соответствующий резистор в цепи затвора. Эксперименты показали, что при аккуратной разводке печатной платы и установке резистора в цепь затвора защелкивание выходных каскадов микросхем управления фли-бак преобразователями не происходит. Соответственно в таких схемах от снаббера можно отказаться [1, 2, 3]. Наилучшие результаты по снижению индуктивных выбросов были получены при совместном использовании схем на рисунке 1 и 2.

 

Литература

  1. Фомичев Ю., Лукин Н. «Источники питания современных телевизоров». СПб.: НИЦ «Наука и техника», 1997. – 492 с.
  2. «Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры» Под ред. Г. С. Найвельта. М: Радио и связь, 1985- 284 с.
  3. Семенов Б. Ю. «Силовая электроника для любителей и профессионалов». Москва: Солон-Р, 2001. – 591 с.
Год: 2012
Город: Костанай