Вопрос1. Высоковольтные стабилизаторы.

При проектировании линейных стабилизаторов, вырабатывающих высокое напряжение возникает ряд специальных проблем. Поскольку напряжение пробоя обычного транзистора не превышает, как правило, 100 В. при разработке источников с более высоким напряжением необходимо применять некоторые нестандартные решения.

Высоковольтные компоненты. Выпускаются мощные транзисторы, как биполярные, так и МОП, с напряжением пробоя 100 В и выше. Например, MJ12005 фирмы Motorola-это 8-амперный мощный п-р- n -транзистор с напряжением пробоя коллектор-эмиттер 750 В и напряжением пробоя обратно смешенной базы 1500 В. МТР 1N100 (аналогичен European BUZ-50) представляет собой 1-амперный мощный МОП-транзистор с напряжением пробоя 1000 В. Благодаря превосходной области безопасной работы (отсутствие вторичного теплового пробоя), мощные МОП-транзисторы наиболее всего подходят для применения в высоковольтных стабилизаторах.

Используя усилитель ошибки в режиме работы вблизи уровня земли (делитель для съема выходного напряжения дает малую долю выхода), можно построить высоковольтный стабилизатор, в котором под высоким напряжением будет находиться только проходной транзистор и формирователь, работающий на него. На рис. 1.1 показан принцип построения такой схемы. В данном случае, это стабилизированный источник на напряжение от 100 до 500 В, в котором использованы проходной и-МОП-транзистор и формирователь. Т₂ представляет собой последовательный проходной транзистор, который запускается от инвертирующего усилителя Т₁.

 

 

Рисунок 1.1- Высоковольтный регулируемый источник питания.

В качестве усилителя ошибки используется операционный усилитель, сравнивающий регулируемую долю выхода с прецизионным эталонным источником + 5 В. Т₃ обеспечивает ограничение по току путем отключения запуска Т₂ при падении напряжения на резисторе 33 Ом. равном падению U_БЭ. Остальные компоненты выполняют более тонкую, но необходимую работу. Диод защищает Т₂ от обратного пробоя затвора, если вдруг Т₂ решит понизить напряжение на стоке, в то время как выходной конденсатор поддерживает исток Т₂. Различные небольшие конденсаторы обеспечивают нейтрализацию, которая необходима, поскольку T₁ работает как инвертирующий усилитель с усилением по напряжению и вносит неустойчивость в контур операционного усилителя (особенно в схеме с емкостной нагрузкой). Эта схема является исключением из общего правила которое гласит, что транзисторные схемы не представляют электрической опасности.

Здесь мы не можем противостоять искушению несколько отклониться от темы: с небольшими изменениями (эталонный источник заменяется на сигнальный вход) эту схему можно превратить в превосходный высоковольтный усилитель, удобный для управления «ненормальными» нагрузками типа пьезопреобразователей. Для таких специфических применений схема должна быть способна как отводить, так и отдавать ток в емкостную нагрузку. Как это ни странно, схема работает как «псевдо двухтактный выход» с Т₂. отдающим ток, и Т₁, отводящим ток (через диод), в зависимости от необходимости.

Если высоковольтный стабилизатор проектируется только на нерегулируемое выходное напряжение, то проходной транзистор может иметь напряжение пробоя меньше, чем выходное напряжение. В предыдущей схеме замена резистора для регулировки напряжения на постоянный резистор 12.4 кОм превращает схему в нерегулируемый стабилизатор на + 500 В. В этом случае вполне подойдет проходной транзистор на 300 В, потому что напряжение на нем никогда не превысит 300 В даже при включении и выключении, а также при коротком замыкании выхода. Последнее весьма проблематично, но, шунтируя Т₂ 300-вольтовым стабилитроном, эту проблему можно решить. Если стабилитрон может работать с большим током, он может и защитить проходной транзистор от короткозамкнутой нагрузки, если перед стабилизатором стоит подходящий предохранитель.

Стабилизация в цепи земли. Другой способ стабилизации высокого напряжения с помощью низковольтных элементов показан на рис. 1.2 Т₁ последовательный проходной транзистор, но соединенный с низковольтным концом источника питания, его «выход» поступает на землю. Напряжение на нем-это только часть выходного напряжения, и поэтому транзистор «сидит» вблизи уровня земли, что упрощает схему формирования. Как и раньше, следует обеспечить защиту во время переходных процессов включения выключения и при перегрузках. Достаточно проста стабилитронная защита, показанная на рисунке, но надо помнить, что стабилитрон должен выдерживать ток кроткого замыкания.

 

Рисунок 1.2 – Стабилизация в цепи земли.

 

 

Подъем стабилизатора над уровнем земли. Для расширения диапазона напряжении стабилизатора включая и простые трехвыводные стабилизаторы, применяют еще один способ-поднятие общего вывода стабилизатора относительно уровня земли с помощью стабилитрона (рис. 1.3). В этой схеме Д₁ добавляет свое напряжение к обычному выходу стабилизатора Д₂ через повторитель Т₁ устанавливает падение напряжения на стабилизаторе и совместно с Д₃ обеспечивает защиту от короткого замыкания.

Рисунок 1.3 - Стабилизатор с общим выводом относительно уровня земли с помощью стабилитрона