低损耗大电流整流器。方案、说明

高电流、低损耗的整流器。无线电电子电气工程百科全书

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所描述的不寻常的交流整流器设计用于在相对高的电流和低损耗下需要低调节电压的情况。一个应用示例是冷却系统中使用的珀耳帖元件的电源，此外还需要调节温度。电镀槽和低压烙铁是类似整流器的其他应用示例。

当在整流器中获得低电源电压时，由于二极管中使用的半导体材料（硅二极管中为 0,6 ... 0,9 V），会出现整流器半导体二极管两端的电压降问题，整流电压越低，电压降的影响越大。在高负载电流下存在散热问题。当还需要调节输出电压时，则采用串联稳压器，其稳压晶体管结点的压降除了整流二极管的压降外，还多了几伏，导致无用的功耗，而器件的效率不超过50%。图（图1）显示了取自GDR专利集[1]的整流电路，可以显着降低功率损耗。

低损耗大电流整流器
图。 1。

这主要是一个具有中点的全波整流器，其特点是具有两个二极管和来自变压器绕组中间的抽头的整流器。这里，整流二极管被调节晶体管（VT1和VT2）的发射极-集电极结取代。这比二极管具有优势，因为现代高功率平面晶体管的发射极-集电极结处的压降仅为 0,1 ... 另外，当使用晶体管作为受控元件时，可以通过相位截断来调整输出整流电压。

低损耗大电流整流器
图。 2

在正半周期间，电流流经基极发射极电路VT1中的VD4、开关触头S（S——最右边第一个，根据图中的位置）、电阻器R和二极管VD2。同时控制VT2，使整流器下支路打开，对电容器C充电。在负半周期间，晶体管VT1通过二极管VD2、S、R和VD3控制，从而打开整流器的上支路。由于我们讨论的是全波整流器，其中晶体管发射极-集电极结上的残余压降非常小，因此晶体管上消耗的功率也很小，等于发射极-集电极结处的压降乘以该电路中流动的电流。如果耗散功率低，散热器也可以小，如果整流器的负极也可以连接到受电设备的金属外壳上，那么控制晶体管可以用集电极引线直接拧到底盘上，无需绝缘垫片。

现在让我们考虑使用一系列二极管 VD5 ... VDn 调整整流器输出电压的可能性，这些二极管由开关 S 切换，从而切断相位（图 2）。在这种情况下，晶体管并不是从交流电压的相应半周期开始时立即开始导通，而是在一段时间后，当半周期中的电压幅度的瞬时值超过导通的二极管的直流电压之和时开始导通。相应地，晶体管开通的时间越短，滤波电容C所能充电的电压就越低。当然，晶体管晚开早关的效果取决于二极管VD1…VD4上的直流压降以及晶体管VT1和VT2的开通电压。这里最好使用锗二极管，因为它们的正向压降较小，例如 GY 系列的 0,1 A 或 1 A 二极管。事实证明，具有肖特基势垒的二极管在这里更为现代，但使用它们获得的结果并不比老式的锗二极管更好，而是更差，特别是因为并不是每个人都可以获得肖特基二极管。

应特别注意基极-发射极结VT1和VT2的最大允许反向电压。如果超过该电压，来自电源变压器次级绕组相应外端的电流将流过锁定的发射极-基极结（作为齐纳二极管中的稳定电流（或“雪崩击穿电流”）），并从那里流过以电流流动的正向接通的基极-集电极结——直接到达整流器输出。当然，在这种情况下，晶体管不可能有任何调节问题，并且晶体管会被损坏。次级绕组任何一半的峰值电压值不得超过发射极-基极结允许的反向电压 (Ueff * 3 2)，该电压必须在 6 ... 9 V 范围内。

建议在电路中安装晶体管之前测量基极-发射极结的允许反向电压（并且可能由于电路是对称的，因此选择一对具有相同参数的晶体管）。测量该电压的方法很简单：您需要通过电阻以相反的方向打开基极-发射极结（阻止直流电通过），并以与传统齐纳二极管上确定稳定电压相同的方式测量结处的电压。我们增加提供给串联连接的电阻器（例如，电阻为 1 kΩ）和基极发射极结（如果是 npn 晶体管，则为发射极的“正”）的电压，在与结点并联的电压表上，观察最大反向电压的值，当它不再随着电源电压的增加而明显增加时。后一种情况（基极-发射极结允许的反向电压相当低）将驱动整流电路的最大输出电压限制为5伏。选择电阻值 R = 200 欧姆作为在负载电流为 5 ... 1 A 时输出电压高达 2 V 的折衷方案：其值太小会导致电阻器本身损耗过大（不经济），而电阻值太大则不允许晶体管完全打开，这也会增加损耗（现在在调节晶体管上）。

晶体管应具有尽可能高的基极-发射极反向电压，并具有尽可能高的电流增益。如果使用pnp晶体管（例如KT818），则所有二极管和氧化物滤波电容器都应该“翻转”，并且输出电压的极性将改变。

您可以更进一步，而不是离散调整输出电压，应用平滑的调整，通过设置代替二极管 VD5 ... VDn 和开关 S，与 VT1 / VT2 相同的电导率（集电极到二极管 VD1 和 VD2 的结点，发射极到电阻器 R）和电位计，其引擎的输出应连接到另一个晶体管的基极，以及极端的结论 - 连接到该晶体管的集电极和发射极。其他具有下降特性的内含物也是可能的（类似于 dinistor）。对于实验者来说，活动范围很大。

文学

专利DDR-WP HO2 313189.7
Dipl.-Ing。 M·弗兰克
FUNKAMATEUR 1988，第 11 期，第 554 页。

翻译：Viktor Besedin (UA9LAQ) ua9laq@mail.ru，秋明；出版：cxem.net

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