Мостовые схемы

Мостовая схема — измерение

Мостовая схема измерения используется в автоматических мостах. Типовая ее схема приведена на рис. 6.5. Плечи моста составлены из сопротивлений R, R %, Rz и сопротивления термометра Rt. Сопротивления Rn и гд определяют пределы измерения схемы, причем гп является подгоночным. Яд и гд предназначены для установления начала шкалы.

Упрощенные схемы резонансных измерителей.

Мостовые схемы измерения L, С и R иногда совмещаются в одном комбинированном приборе. Примером может служить прибор Е12 — 2 ( УМ-3), позволяющий измерить индуктивности от 10 мкгн до 100 гн, добротности катушек от 0 5 до 500, емкости от 10 пф до 100 мкф, tg6 от 0 001 до 0 1 и сопротивления от 1 ом до 5 Мом.

Мостовая схема измерения аэродинамического сопротивления капилляра: / — баллон; 2 — насос постоянного расхода; 3 — капилляр; 4 — измеритель перепада давления; 5 — рабочий капилляр; 6 — манометр; 7 — устройство капилляра регулируемой длины.

Конструкция калориметрических головок.| Схема обратной связи.| Калориметрический измеритель мощности с охлаждающим термоэлементом.

Выход мостовой схемы измерения разности температур усиливается, детектируется и постоянней ток поступает в головку. Прибор измеряет мощности от 1 мет до 10 вт в диапазоне от постоянного тока до 12 4 Ггц с точностью, лучшей 5 % от полного отсчета шкалы, и с временем установления менее 5 сеч.

Четырехплечевая мостовая схема измерения.| Мостовая схема измерения в режиме холостого хода ( а, короткого замыкания ( б.

При анализе мостовой схемы измерения нас будут интересовать следующие величины: напряжение ин и ток 7Н в измерительной диагонали, входное ZBX и выходное ZBUX сопротивления, условия равновесия схемы, чувствительность схемы, потребляемая мощность и некоторые другие. Эти величины получим, используя выводы теории четырехполюсников.

Схемы включения термометров сопротивления.

При использовании мостовой схемы измерения сопротивления и при двухпроводной схеме включения термометра сопротивления термометр сопротивления и соединительные провода последовательно включены в одну из ветвей измерительной схемы. При такой схеме включения сопротивление соединительных проводов должно иметь строго определенное значение, установка которого на практике осуществляется за счет подгонки специального подгоночного сопротивления, включенного в цепь последовательно с соединительными проводами.

В инклинометре используется мостовая схема измерения. Одно плечо моста расположено в скважинном приборе ( реохорд зенитного угла R3 или азимута R2), а три других — в пульте управления.

В отчете приводят мостовую схему измерения сопротивления и рисунок кондуктометрической ячейки.

В основе электрической схемы установки лежит мостовая схема измерения.

На рис. 2.5, б представлена мостовая схема измерения холлов-ской разности потенциалов. Части образца слева и справа от зонда / вместе с резисторами R и R2 составляют плечи оста. К недостаткам схемы относится уменьшение чувствительности за счет измерения половины ЭДС Холла.

Схемы измерения температур в скважине электрическими термометрами на трехжильном ( а и одножильном ( б кабелях и электрическими термометрами типа ТЭГ ( в.

Мостовая измерительная схема

Мостовая измерительная схема лампового вольтметра.

Основу вольтметра составляет мостовая измерительная схема с показывающим прибором-миллиамперметром.

Различным методикам расчета мостовых измерительных схем посвящено много работ.

Схема автоматического моста замещения.

Рассмотрим подробнее несколько мостовых измерительных схем, предложенных в последние годы и в основном удовлетворяющих сформулированным выше требованиям.

Схема цифрового прибора развертывающего уравновешивания.

Прибор состоит из мостовой измерительной схемы, образованной реохордом Rlt Rz, постоянным сопротивлением R3 и переменным сопротивлением первичного измерительного преобразователя Rx с питанием постоянным током 48 В.

В случае использования мостовых измерительных схем колебания напряжения питания моста влияют только на его коэффициент передачи и в принципе не вносят дополнительной погрешности измерения. Изменение же коэффициента передачи моста вызывает соответственное изменение вариации показаний прибора.

Датчик включен в мостовую измерительную схему, которая получает питание от генератора звуковой частоты ( фиг.

В результате в мостовой измерительной схеме происходит сравнение стабилизированного напряжения на четвертом плече, равного напряжению стабилизации стабилитрона ДЗ ( Д6), с напряжением на втором плече, изменяющемся с изменением напряжения вспомогательного генератора.

Наклеиваемый проволочный тензопреобразователь.

Для температурной компенсации используются мостовые измерительные схемы, в два смежных плеча которых включаются одинаковые тензопреобразователи. Один из них рабочий, а другой компенсирующий, находящийся в одинаковых температурных условиях с рабочим. Кроме того, температурная компенсация может выполняться включением в цепь измерительного моста термопары, один из спаев которой наклеивается на испытываемую деталь вместе с преобразователем, а также применением составных тензопреобра-зователей из двух материалов с противоположными по знаку температурными коэффициентами.

Тензопреобразователи включаются обычно в мостовые измерительные схемы ( рис. II 1 — 5) с питанием постоянным или переменным током. В мосте могут быть активными одна или две смежные ветви, образуемые тензопреобразователями 7, Т2, которые наклеиваются на испытываемой детали, а две другие ветви образуются стабильными сопротивлениями Rlt Кг. Для балансировки моста одно из сопротивлений делается переменным или имеет добавочное сопротивление, величину которого можно изменять путем отмотки части провода.

Анодная цепь генератора и мостовая измерительная схема питаются постоянным стабилизированным напряжением 150 в. Питание прибора осуществляется от сети переменного тока напряжением 127 или 220 в и частотой 50 гц.

В силу указанных недостатков неуравновешенная мостовая измерительная схема вытесняется более точными уравновешенными мостами. Мостовая уравновешенная измерительная схема показана на фиг.

Типичная схема мостового преобразователя

В этой схеме для контроля и ограничения тока применяется трансформатор тока. Это оправдано для мощных преобразователей. Обычно по мостовой схеме строятся именно мощные преобразователи, так что в основном используются токовые трансформаторы. Но если Вы захотите спроектировать относительно маломощный мостовой источник питания, то можно для контроля тока применить считывающий резистор. Тогда нужно соединить нижние ключи, подключить резистор и обратные диоды так, как это показано в пушпульной схеме. Дальше в форме расчета мы посчитаем сопротивление и мощность этого резистора (R7).

Схема может строиться на основе ШИМ — контроллера 1156ЕУ2 (D1). Кроме него в схеме применяются два драйвера полумоста (D3, D4), например, IR2184. Именно эти драйверы обеспечивают правильное (описанное выше) переключение транзисторов. Эти драйвера предназначены только для работы с полевыми транзисторами, так что биполярные транзисторы в этой схеме применяться не могут.

Охлаждение

Радиатор следует подключать к цепи заземления переменного тока. В оценочной плате, фрагмент которой показан на рисунке 8, радиатор электрически соединен с полигоном земли (отрицательным полюсом источника питания), при этом оба транзистора изолированы от радиатора. Для транзистора нижнего плеча емкость между пластиной корпуса TO220 и радиатором не критична, поскольку пластина соединена с истоком, поэтому транзистор может быть установлен непосредственно на радиатор. Однако при этом возможно протекание тока нагрузки через радиатор. Если надежное соединение между пластиной корпуса транзистора и радиатором невозможно или нежелательно – необходимо использовать изолирующую прокладку. Для транзистора верхнего плеча емкость между пластиной TO220 и радиатором будет увеличивать коммутационные потери, поэтому необходимо использовать изолирующую прокладку увеличенной толщины и/или с низкой диэлектрической проницаемостью. Данную паразитную емкость можно исключить при использовании в верхнем плече транзистора Transphorm с подключением к пластине корпуса вывода стока, например, TPH3006PD. Однако поскольку структура внутреннего соединения «сток-пластина» отличается от структуры соединения «исток-пластина», паразитные резонансные емкости, возникающие в полумостовой схеме, будут иметь более сложный характер.

Типовые решения Transphorm

Одним из типовых решений Transphorm является двухтактный безмостовой корректор коэффициента мощности (ККМ), выполненный по схеме повышающего преобразователя напряжения (рисунок 16) со следующими характеристиками:

  •  диапазон входного переменного напряжения 85…265 В;
  • выходное постоянное напряжение 387 ±5 В;
  • максимальная мощность нагрузки 4400 Вт;
  • частота коммутации 66 кГц.

Рис. 16. Двухтактный безмостовой ККМ с коммутатором сетевого напряжения: а) на диодах; б) на МОП-транзисторах

Рис. 17. Сигналы управления затворами SD1 и SD2

ККМ работает в режиме непрерывных токов дросселя (CCM), что оказалось возможным благодаря низким коммутационным потерям и малому времени обратного восстановления, свойственным каскодным GaN-транзисторам. ККМ содержит «быстрое» плечо на каскодных GaN-транзисторах Q1 и Q2, работающее на частоте коммутации, и «медленное» плечо, коммутирующее полуволны сетевого напряжения посредством диодов D1, D2 или МОП-транзисторов SD1, SD2. При положительной полуволне напряжения сети через открытый D1 (SD1) входная линия переменного тока подключена к выходной общей шине питания. При этом Q1 выполняет функцию активного ключа повышающего преобразователя, а Q2 – синхронного выпрямителя. При отрицательной полуволне напряжения сети через открытый D2 (SD2) входная линия переменного тока подключена к выходной плюсовой шине питания, соответственно, функции Q1 и Q2 меняются местами.

Рис. 18. Графики зависимости КПД и потерь мощности от мощности нагрузки двухтактного безмостового ККМ на GaN-транзисторах при напряжении сети 85 В (бордовый), 115 В (зеленый), 180 В (красный) и 230 В (синий)

Замена диодов, коммутирующих сетевое напряжение, МОП-транзисторами позволяет снизить потери за счет меньшего падения напряжения в открытом состоянии, однако сигналы управления МОП-транзисторами должны подаваться с некоторой паузой относительно момента сигнала полярности сетевого напряжения (рисунок 17). Это обусловлено скачкообразным изменением коэффициентов заполнения импульсов коммутации Q1 и Q2 (от 0 до 100% одного ключа и от 100% до 0 – другого) при переходе сетевого напряжения через ноль. Из-за большого времени восстановления внутренних диодов SD1 и SD2 напряжение VD (рисунок 16б) не может быстро измениться от 0 до VDC или от VDC до 0, вследствие чего в этой цепи возникает бросок тока. Для мягкого переключения с одной полуволны на другую в управление затворами SD1 и SD2 вводятся паузы, составляющие несколько периодов коммутации, в течение которых оба ключа SD1 и SD2 закрыты и работают их внутренние диоды. Кроме того, поскольку ККМ работает в режиме непрерывных токов, сравнительно большая индуктивность входного дросселя ограничивает амплитуду бросков тока. Результаты измерения КПД двухтактного безмостового ККМ (рисунок 18) показывают максимальное значение 99% при напряжении сети 230 В и мощности нагрузки 1500 Вт.

Рис. 19. Структурная схема инвертора (преобразователя постоянного напряжения в переменное) мощностью 4,5 кВт

Рис. 20. Зависимость КПД инвертора от мощности нагрузки

Другим примером типовых решений Transphorm является инвертор (рисунок 19) со следующими характеристиками:

  • входное напряжение питания 400 В;
  • выходное однофазное переменное напряжение 240 В, 50/60 Гц;
  • частота коммутации 50 кГц.

Максимальный КПД инвертора составляет 99% при мощности нагрузки 1…2 кВт (рисунок 20).

Устройство и принцип работы

Диодный мост представляет собой электронную схему, собранную на основе выпрямительных диодов, который предназначен для преобразования подаваемого на него переменного тока в постоянный. Чаще всего в состав схемы включаются диоды Шоттки, но это не категоричное требование, поэтому в каком-либо конкретном случае может заменяться и другими моделями, подходящими по техническим параметрам. Схема моста из полупроводниковых диодов включает в себя четыре элемента для одной фазы. Диодный мостик может набираться как отдельными диодами, так и собираться единым блоком, в виде монолитного четырехполюсника.

Принцип работы диодного моста основывается на способности p – n перехода пропускать электрический ток только в одном направлении. Схема включения диодов в мост построена таким образом, чтобы для каждой полуволны создавался свой путь протекания электрического тока к подключенной нагрузке.

Рис. 1. Принцип работы диодного моста

Для пояснения выпрямления диодным мостом необходимо рассматривать работу схемы относительно формы напряжения на входе. Следует отметить, что кривая напряжения за один период имеет две полуволны – положительную и отрицательную. В свою очередь, каждая полуволна имеет процесс нарастания и убывания по отношению к максимальной точке амплитуды.

Поэтому работа выпрямительного устройства будет иметь такие этапы:

  • На вход выпрямительного моста, обозначенного буквами А и Б подается переменное напряжение 220В.
  • Каждая полуволна, подаваемая из электрической сети или от обмоток трансформатора, преобразуется в постоянную величину парой диодов, расположенных по диагонали.
  • Положительная полуволна будет проводиться парой диодов VD1 и VD4 и выдавать на выход моста полуволну в положительной области оси ординат.
  • Отрицательная полуволна будет выпрямляться парой диодов VD2 и VD3, с которых на том же выходе моста возникнет очередная полуволна в положительной области.

В связи с тем, что оба полупериода получают реализацию на выходе диодного моста, такое электронное устройство получило название двухполупериодного выпрямителя, также его называют схемой Гретца.

Обозначение на схеме и маркировка

На электрической схеме диодный мост может иметь различные варианты изображения. Чаще всего вы можете встретить такие обозначения:

Рис. 2. Обозначение на схеме

Первый вариант обозначения мостового выпрямителя используется, как правило, в тех ситуациях, когда электронный прибор представляет собой монолитную конструкцию, единую сборку. На схеме маркировка выполняется латинскими буквами VD, за которыми указывается порядковый номер.

Второй вариант наиболее распространен  для тех ситуаций, когда диодный мост состоит из отдельных полупроводниковых устройств, собранных в одну схему. Маркировка второго варианта, чаще всего, выполняется в виде ряда VD1 – VD4.

Следует также отметить, что вышеприведенное схематическое обозначение и маркировка хоть и имеет общепринятый характер, но может нарушаться при составлении схем.

Разновидности диодных мостов

В зависимости от количества фаз, которые подключаются к диодному мосту, различают однофазные и трехфазные модели. Первый вариант мы детально рассмотрели на примере схемы Гретца выше.

Трехфазные выпрямители, в свою очередь, разделяются на шести- и двенадцатипульсовые модели, хотя схема диодного моста у них идентична. Рассмотрим более детально работу диодного устройства для трехфазной схемы.

Рис. 3. Схема трехфазного диодного моста

Диодный мост, приведенный на рисунке выше, получил название схемы Ларионова. Конструктивно для каждой из фаз устанавливается сразу два диода в противоположном направлении друг относительно друга

Здесь важно отметить, что синусоида во всех трех фазах имеет смещение в 120° друг относительно друга, поэтому на выходах устройства при наложении результирующей диаграммы получится следующая картина:

Рис. 4. Напряжение выпрямленное трехфазным мостом

Как видите, в сравнении с однофазным выпрямителем на базе диодного моста картина получается более плавной, а скачки напряжения имеют значительно меньшую амплитуду.

Однофазная мостовая схема — выпрямление

Ток в первичной и вторичной обмотках имеет форму синусоиды только в однофазной мостовой схеме выпрямления, работающей на чисто активную нагрузку.

Схема исследования выпрямителя при различных характерах нагрузки.

Замкнуть выключатели В / с / и Вк2, получив таким образом однофазную мостовую схему выпрямления, установить с помощью автотрансформатора напряжение на выходе выпрямителя 200 В.

Уравнение действительно лишь при строго прямоугольной форме кривой питающего напряжения в применении к однофазной мостовой схеме выпрямления. Если форма кривой питающего напряжения отличается от прямоугольной, то правая часть уравнения не равна нулю и решение уравнения усложняется.

Классификационное значение обратного напряжения 7 8 в близко к нормальному среднему значению обратного напряжения селеновых элементов при работе их в однофазной мостовой схеме выпрямления на активную нагрузку при переменном напряжении 18 в на элемент.

Классификационные значения тока, указанные в таблице, практически совпадают с нормальными значениями прямого тока селеновых элементов при работе их в однофазной мостовой схеме выпрямления на активную нагрузку.

В табл. 5.1 приведены формы кривых выпрямленных напряжений для трех схем выпрямления: на рис. 1 — для однофазной однополупериодной схемы выпрямления, на рис 2 — для однофазной мостовой схемы выпрямления и на рис. 3 — для трехфазной мостовой схемы выпрямления. Пульсации в кривой выпрямленного напряжения оценивают коэффициентом пульсаций д, который равен отношению амплитуды гармоники наименьшего порядка к постоянной составляющей.

Двухфазная однополупериодная схема имеет большее значение коэффициента использования трансформатора, и форма выпрямленного напряжения на выходе содержит две пульсации за период. У однофазной мостовой схемы выпрямления такая же пульсация выходного напряжения, как и у двухфазной однополу-периодной схемы, но трансформатор получается конструктивно проще и обратное напряжение на вентилях в два раза меньше.

При большем числе фаз выпрямления и больших нагрузках возможна одновременная работа более чем двух фаз. В однофазной мостовой схеме выпрямления, где вторичная обмотка однофазная, перекрытия фаз нет.

Значения U0 / U2 при различных т.

Мостовые схемы выпрямления имеют удвоенное число вентилей по сравнению с однополупериодными. Исключением является однофазная мостовая схема выпрямления, где необходимо иметь четыре вентиля.

При большем числе фаз выпрямления и больших нагрузках возможна одновременная работа более чем двух фаз. Вполне понятно, что в однофазной мостовой схеме выпрямления, где вторичная обмотка однофазная, перекрытия фаз нет.

Принципиальные электрические схемы всех блоков ВБ-60-3 одинаковые. Функции выпрямления, регулирования и стабилизации выполняет однофазная мостовая схема выпрямления, состоящая из двух тиристоров и двух вентилей. Сглаживающий фильтр состоит из однозвенного Г — образного LC-фильтра. В системе управления формируются управляющие импульсы необходимой мощности и осуществляется их сдвиг, вследствие чего обеспечивается регулирование и стабилизация выходных параметров ВБ-60-3. В схеме ВБ предусмотрены защита от перенапряжения, ограничение по току и напряжению. В состав БАЗ-3 входят вольтодобавочный выпрямитель ВДВ, динамический стабилизатор напряжения ( ДСН) и два устройства контроля напряжения УК. Вольтодобавочный выпрямитель ВДВ совместно с рабочим ВБ обеспечивает содержание аккумуляторной батареи. Диапазон регулирования выходного напряжения ВДВ — от 4 до 18 В; ВДВ имеет защиту от короткого замыкания и ограничение по току.

С целью создания управляемого выпрямителя, обладающего по возможности меньшей пульсацией, выбираем однофазную мостовую схему выпрямления с Г — образным сглаживающим фильтром.

Для преобразования переменного тока в постоянный нашли применение схемы выпрямления. Рассмотрим некоторые из них при чисто активном сопротивлении нагрузки. На рис. 5.18 приведена однофазная мостовая схема выпрямления с неуправляемыми вентилями и даны диаграммы токов и напряжений в различных точках выпрямительного устройства. На этих и последующих диаграммах кроме координаты времени условно указывается также соответствующий электрический угол.

5.1. Общие замечания о мостовых схемах

Мостовые измерительные схемы применяются для измерения электрических величин и электрических измерений неэлектрических величин. С помощью мостов с большой точностью измеряют активное сопротивление, индуктивность, ёмкость, угол диэлектрических потерь, частоту.

При измерениях используют два режима:

1)когда результат отсчитывается при равновесном состоянии моста; в этом случае мост называется уравновешенным или балансным, а метод измерения – нулевым;

2)когда результат измерения отсчитывается при неравновесном состоянии моста; в этом случае мост называется неуравновешенным или небалансным, а метод измерения – методом непосредственного отсчёта.

Нулевой метод может обеспечить погрешность измерения до 0,01%, метод непосредственного отсчёта, как правило, погрешность не менее 0,5%, что обычно достаточно для большинства технических измерений.

Ещё одна классификация мостов – мосты постоянного и переменного тока.

Схем измерительных мостов великое множество. Мы ограничимся здесь рассмотрением только четырёх из них, наиболее легко осуществимых в измерительной практике.

Схема мостового измерителя

Принципиальная схема реального мостового измерителя емкости и индуктивности, который вам предлагается сегодня сделать, показана на рисунке 4. Вы, наверное уже догадались, что этот прибор будет работать от низкочастотного генератора и лабораторного источника сигнала, которые мы с вами уже сделали ранее.

При помощи моста можно измерять емкости от десятков пФ до единиц мкФ и индуктивности от десятков мкГн до единиц мГн.

В качестве индикатора баланса используются обычные головные телефоны, например, от аудиоплейера, которые подключаются в гнездо Х5

Обратите внимание -общий вывод гнезда никуда не припаян, а к схеме подключены выводы стереоканалов наушников. Это позволяет увеличить сопротивление телефонов потому, что обе звуковые катушки так будут включены последовательно

На разъем Х2 подаются прямоугольные импульсы с выхода нашего генератора, при этом S4 генератора должен быть в противоположном, показанному на схеме положении (см. «РК-12-2004, стр.36-38).

Рис. 4. Принципиальная схема мостового измерителя емкости и индуктивности.

Транзисторный ключ на VT1 (рис.4) защищает выход микросхемы генератора от перегрузки, которая может возникнуть в процессе работы с мостом. Переключателями S1-S5 выбирают пределы измерения и то, что нужно измерять (индуктивность или емкость). При измерении индуктивности измеряемые катушки нужно подключать к клеммам Х3, а измеряя емкость — измеряемые конденсаторы подключать к Х4.

Если вернуться к схемам, приведенным на рисунках ЗА и ЗБ, то, конденсаторы С1, С2 и С3 (рис. 4) это конденсатор С1 (рис.З А), а измеряемый конденсатор — это С2 (рис.ЗА). Индуктивности L1 и L2 показанные на схеме на рисунке 4, — это индуктивность L2 в схеме на рисунке ЗБ, а измеряемая индуктивность — это L1 на рисунке З Б.

Органом измерения и, одновременно, индикатором результата измерения служит переменный резистор R1. Его рукоятка имеет стрелку, а вокруг нее нанесена на корпусе прибора шкапа (таким же способом как шкала настройки генератора НЧ).

На разъем Х1 подается напряжение от лабораторного источника питания. При измерении емкостей величина этого напряжения должна быть установлена 10-12V, а при измерении индуктивностей — 4-5V. Индуктивность и емкость можно отсчитывать по одной и той же шкале

Это важно, поскольку для градуировки измерителя емкости можно приобрети достаточное количество конденсаторов разных емкостей, а с приобретением такого же количества разных катушек могут возникнуть проблемы. Поэтому, градуировав прибор на измерение емкости можно им пользоваться и для измерения индуктивности

На генераторе установите частоту около 1000 Гц. С такой частотой в дальнейшем и будет работать мост. Конденсаторы С1, С2 и С3 нужно выбрать с наименьшей погрешностью емкости. Если есть такая возможность лучше их емкости предварительно проверить при помощи какого-то точного прибора, измеряющего емкости. В качестве L2 и L1 лучше использовать готовые дроссели (на 100 мкГн и на 1 мГн).

Прибор можно собрать в любом подходящем по размерам корпусе, например, в пластмассовой мыльнице. В качестве переключателей S1-S4 можно использовать такие же как в генераторе НЧ, но не три, а пять модулей или простые тумблеры. Можно всех их заменить одним поворотным переключателем на пять положений.

Работая с прибором нужно помнить, что только один из S1-S5 может быть замкнутым, при этом все остальные разомкнуты.Шкала одна и та же для всех пределов и видов измерения. Поэтому, её можно отградуировать на одном пределе, например, «х0,01 мкФ». В этом случае, подготовьте эталонные конденсаторы, например, на 1000 пф, 1500 пф, 3000 пФ, 5000 пф, 7500 пФ, 0,01 мкФ, 0,015 мкФ, 0,02 мкФ, 0,05 мкФ, 0,1 мкФ.

Проводя контрольные измерения этих эталонных конденсаторов, при замкнутом S2, делайте на шкале метки : 1000 пФ -«0,1″, 1500пФ — ”0,15″, 3000 пФ — ”0,3», 5000 пФ — «0,5», 7500 пФ — «0,75», 0,01 мкФ — «1», 0,015 мкФ — «1,5», 0,02 мкФ — «2», 0,05 мкФ -«5», 0,1 мкФ — «10».

Метку нужно делать в том месте шкалы, при повороте рукоятки переменного резистора в которое, при подключенном эталонном конденсаторе, звук в наушниках пропадает.

Рк2005, 1.

Заключение

В силовой преобразовательной технике некоторые перспективные топологии, основные на использовании мостовых схем с жесткой коммутацией, длительное время не получали развития из-за отсутствия подходящей элементной базы. Это обусловлено тем, что к силовым ключам, особенно в высоковольтных применениях, предъявлялись требования, считавшиеся ранее несовместимыми – малое сопротивление ключа в открытом состоянии для снижения потерь проводимости и малое время переключения для снижения коммутационных потерь. Для наиболее массовых п/п-ключей – кремниевых МОП-транзисторов – ограничивающим фактором является малая ширина запрещенной зоны кремния, вследствие чего высоковольтные ключи на основе МОП-транзисторов имеют либо большое сопротивление канала в открытом состоянии, либо большую емкость затвора. Таким образом, кремниевая технология производства высоковольтных ключей практически исчерпала возможности по снижению одновременно и кондуктивных, и коммутационных потерь.

Компания Transphorm, анонсировав революционную технологию производства нитрид-галлиевых транзисторов на подложке из кремния, смогла решить большую часть проблем, связанных с производством высоковольтных ключей. Большая ширина запрещенной зоны у нитрида галлия позволяет создавать высоковольтные ключи с малым сопротивлением в открытом состоянии, а каскодная схема, состоящая из высоковольтного GaN-транзистора и низковольтного МОП-транзистора, позволила значительно уменьшить емкость затвора и время обратного восстановления внутреннего диода. Преимущества каскодных GaN-транзисторов производства компании Transphorm наглядно демонстрирует корректор коэффициента мощности на основе полумостовой схемы с жесткой коммутацией, обеспечивающий КПД 99% при мощности нагрузки 1,5 кВт. Фактически, технология производства каскодных GaN-транзисторов компании Transphorm открывает новые направления в схемотехнике силовых преобразовательных устройств – сетевых источников питания, инверторов и драйверов электродвигателей.

Таблица 1. Сравнительные характеристики различных технологий производства силовых п/п-ключей

Наименование параметра Технология производства силовых п/п ключей
Si 4H-SiC GaN
Максимальная напряженность электрического поля, 106 В/см 3 30 30
Подвижность носителей заряда, см2/В•с 1500 700 2000
Коэффициент теплопроводности, Вт/см•К 1,5 4,5 1,5

Таблица 2. Сравнительные характеристики каскодного CaN-транзистора TPH3006PSи МОП-транзистора серии Superjunction MOSFET

Параметр Обозначение Наименование
Superjunction MOSFET TPH3006PS
Максимальное напряжение «сток-исток» при температуре 25°C, В VDS (25°C) 600 600
Сопротивление канала при температуре 25°C, Ом RDS(on) (25°C) 0,14…0,16 0,15…0,18
Полный заряд затвора, нКл QG 75 6,2
Заряд «затвор-сток», нКл QGD 38 2,2
Эффективная выходная емкость, определяемая по энергии, накопленной при изменении VDS от 0 до 480 В, пФ Co(er) 66 56
Эффективная выходная емкость, определяемая по времени заряда при изменении VDS от 0 до 480 В, пФ Co(tr) 314 110
Заряд обратного восстановления внутреннего диода, нКл QRR 82001 542
Время обратного восстановления внутреннего диода, нс tRR 4601 302
Примечания: 1 – VDS = 400 В, IDS = 11,3 А, di/dt = 100 А/мкс; 2 – VDS = 480 В, IDS = 9 А, di/dt = 450 А/мкс.

•••

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий