Вопрос 3. Плавающий стабилизатор.

 

 Избежать применения высоковольтных компонентов в схеме управления источника высокого напряжения можно еще одним способом «подвесить» управляющую схему на потенциал проходного транзистора, сравнивая падение напряжения на его собственном эталонном источнике с падением между ним и землей. Для такого рода применений предназначена превосходная ИС стабилизатора MCI466. которой требуется вспомогательный слаботочный плавающий источник напряжением 20-30 В для питания собственной схемы. Выходное напряжение ограничивается только проходными транзисторами и изоляцией вспомогательного источника питания (напряжением пробоя изоляции трансформатора).

Схема MCI466 характеризуется очень хорошей стабилизацией и прецизионной схемой ограничения тока, поэтому она вполне подходит для точных «лабораторных» источников питания. Однако следует предостеречь вас: в MCI466 в отличие от большинства современных стабилизаторов нет внутренней тепловой защиты.

Изящный способ построения плавающего стабилизатора может быть осуществлен с помощью недавно появившейся ИС-LM10 – сочетания операционного усилителя и источника эталонного напряжения, явившей собой знаменательное событие в технологии производства ИС со времени открытия Видлара. Эта схема работает только от одного источника питания 1,2 В, т.е. ее можно подключить к перепаду база- эмиттер проходного транзистора Дарлингтона. Пример показан на рис. 3.1. Если вы любите аналогии, то представьте себе жирафа, который измеряет свой рост, глядя на землю с высоты, а затем стабилизирует его, меняя соответствующим образом длину шеи. Схема TL783 фирмы Texas Instruments-это ИС стабилизатора на 125 В, которая работает аналогичным образом: в случае небольших токов она заменяет схему на дискретных компонентах, показанную на рис. 3.1.

 

Рисунок 3.1- Высоковольтный «плавающий» стабилизатор.

 

 

Последовательное соединение транзисторов. На рис. 3.2 показан трюк с последовательным соединением транзисторов хдя увеличения напряжения пробоя. Транзистор T_t управляет последовательно соединенными транзисторами T₂- Т₄, которые делят между собой большое напряжение между коллектором Т₂ и выходом.

Рисунок 3.2 - Последовательное включение транзисторов для повышения напряжения пробоя.

 

 Одинаковые базовые резисторы выбираются достаточно малыми, чтобы обеспечить полный выходной ток транзисторов. Аналогичная схема будет работать и на МОП-транзисторах, но в этом случае следует подключить, как показано на рисунке, диоды защиты от обратного пробоя затвора (относительно прямого пробоя затвора вам не следует беспокоиться, поскольку МОП-транзисторы будут достаточно быстро включаться еще задолго до пробоя затвор-канал). Заметьте, что Резисторы смещения дают некоторый выходной ток, даже когда транзисторы выключены, поэтому должна быть минимальная нагрузка на землю для того, чтобы предотвратить подъем выходного напряжения выше стабилизированного уровня. Во многих случаях целесообразно включить параллельно резисторам делиец небольшие конденсаторы для того, обеспечить работоспособность делителя на высоких частотах.

Емкость конденсаторов должна быть достаточно большой для того, чтобы нейтрализовать разницу входных емкостей транзисторов; в противном случае будет неравное деление и общее напряжение пробоя уменьшится. Последовательно соединенные транзисторы можно использовать, конечно, не только в источниках питания. Их иногда можно увидеть в высоковольтных усилителях, хотя часто это и необязательно, так как выпускаются высоковольтные МОП- транзисторы.

В высоковольтных схемах типа этой можно легко упустить из виду тот факт, что могут потребоваться 1-ваттные (и более) резисторы, а не стандартные на 1/4 Вт Непосвященных ожидает более тонкая ловушка, а именно, максимальное напряжение, достигающее 250 В, для стандартных («угольных») резисторов на 1/4 Вт независимо от мощности рассеяния. Угольные резисторы проявляют на высоких напряжениях довольно странное поведение коэффициентов сопротивления по напряжению, не говоря уж о постоянных изменениях сопротивления. Например, при реальных измерениях (рис. 3.3) на делителе 1000:1 (10 МОм, 10 кОм) при напряжении 1кВ отношение оказывается равным 775:1 (ошибка 29%); обратите внимание, что мощность соответствовала номинальной.

 

 

Рисунок 3.3 - Угольные компенсационные резисторы показывают снижение сопротивления при напряжении выше 250 В.

 

Этот «неомический» эффект играет важную роль, в частности, в делителях для съема выходного напряжения в высоковольтных источниках питания и усилителях Будьте внимательны фирмы, такие как Victoreen, выпускают резисторы различного типа, предназначенные для подобных высоковольтных применений.

 

Вопрос 4.  Стабилизация входного напряжения

В высоковольтных источниках питания особенно в тех, которые работают с малыми токами, иногда применяют другой способ-стабилизацию не выходного напряжения, а входного. Обычно это делается с помощью высокочастотных импульсных преобразователей постоянного тока, поскольку попытка стабилизировать вход переменного напряжения 60 Гц приводит к слабой стабилизации и высокому уровню остаточной пульсации. Основная идея показана на рис. 4.1.

 

 

Рисунок 4.1 – Высоковольтный импульсный источник питания.

 

Трансформатор Т_p1 и связанная с ним схема формируют некоторое промежуточное нестабилизированное напряжение, допустим, 24 В можно использовать и аккумулятор. От этого напряжения работает генератор прямоугольных импульсов, на выходе которого размещается двухполупериодный выпрямитель и фильтр. Отфильтрованный постоянный ток является выходным сигналом, часть которого поступает обратно на генератор для управления скважностью или амплитудой в зависимости от выходного напряжения. Поскольку генератор работает на высокой частоте, реакция схемы достаточно быстрая, а выпрямленное напряжение легко фильтруется, поскольку оно происходит от прямоугольного колебания, подвергнутого двухполупериодному выпрямлению.

Трансформатор Тр₂ должен быть рассчитан на работу с высокочастотным сигналом, так как обычный мощный трансформатор с наборным сердечником будет иметь значительные потери Подходящие трансформаторы изготавливают из железного порошка, феррита или с использованием орбитальных ленточных сердечников; они намного легче и меньше по сравнению с традиционными мощными трансформаторами той же мощности. Здесь не использованы высоковольтные компоненты, за исключением, конечно, выходного выпрямительного моста и конденсатора. Одно существенное отличие состоит в том, что импульсные источники обычно используют индуктивности в качестве энергозапасающих элементов, в то время как высоковольтный источник со стабилизацией входа использует Тр₂ как «обычный» (хотя и высокочастотный) трансформатор Тр₂, что роднит высоковольтные источники с импульсными так это высокочастотные пульсации и помехи.