Стабилизатор тока с igbt транзистором
Прибор для проверки мощных IGBT и MOSFET транзисторов с N-каналом
Во время ремонта сварочного инвертора или другой техники возникает необходимость проверить мощный IGBT или MOSFET транзистор на предмет исправности, или подобрать к нему пару. Также при покупке новых транзисторов, нужно убедиться, что это именно те транзисторы, которые соответствуют маркировке на корпусе. Перебрав различные схемы в интернете, выбрал одну, по которой и повторил конструкцию прибора.
Идея заключается в том, чтобы иметь какую-то базу данных различных типов транзисторов, с которой можно сравнивать характеристики испытуемого транзистора, и если характеристики укладываются в определенные рамки, то транзистор можно считать исправным. Все измерения можно делать по упрощенной методике. Необходимую базу данных придется собирать конечно самому, но это все можно сделать.
Прибор позволяет провести такие измерения:
- определить исправность (неисправность) транзистора
- определить напряжение на затворе, которое необходимо для полного открытия транзистора
- определить относительное падение напряжения на выводах К — Э открытого транзистора
- определить относительную емкость затвора транзистора, даже в одной партии транзисторов есть отклонения и его косвенно можно увидеть
- подобрать транзисторы с одинаковыми параметрами
Принципиальная схема прибора представлена на рисунке. Он состоит из источника питания 16 В постоянного тока, цифрового милливольтметра 0-1 В, стабилизатора напряжения +5 В на микросхеме L7805 для питания милливольтметра и питания светодиода, стабилизатора тока на лампе накаливания — для питания испытуемого транзистора, стабилизатора тока на микросхеме LM317 — для создания регулируемого напряжения (при стабильном токе) на затворе испытуемого транзистора с помощью переменного резистора и двух кнопок для открывания и закрывания транзистора.
Прибор достаточно прост и собран из общедоступных деталей. Для питания схемы можно использовать трансформатор с габаритной мощностью около 10 Вт и напряжением на вторичной обмотке 12 В. По желанию или в случае необходимости прибор можно питать от Li-Ion аккумулятора 18650 3,7 В в паре с повышающим преобразователем напряжения DC-DC MT3608. Для индикации параметров транзисторов применен цифровой вольтметр LXD5135 с пределом измерения от 0 до 1 В.
В моей конструкции для питания электронной схемы я использовал аккумулятор 18650 Li-ion 3,7 В и преобразователь напряжения DC-DC MT3608. Далее, изучая и адаптируя вольтметр, обнаружил интересную его особенность. Если на его клеммы L0 и HI подать напряжение, которое превышает его верхний порог измерения (1 В), то табло гаснет и вольтметр ничего не показывает, но стоит снизить напряжение и индикация возвращается (это все при постоянном питании 5В между клеммами 0V и 5V). Я решил использовать эту особенность. Думаю, что очень много цифровых вольтметров имеют такую же особенность. Взять, например, любой китайский цифровой тестер, если в режиме 20 В на него подать 200 В, то ничего страшного не произойдет, он лишь высветит «1» и все.
Далее расскажу о четырех интересных моментах в работе схемы:
1. Лампа выполняет 2 функции, это защита схемы при подключении «пробитого» транзистора и некоторая стабилизация тока (54-58 мА).
2. Применение стабилизатора тока на LM317 позволило не сжечь переменный резистор (когда он в верхнем по схеме положении) и случайно нажатых двух кнопках одновременно, или при испытании «пробитого» транзистора. Размер ограниченного тока в этой цепи даже при коротком замыкании равна 12 мА.
3. Применение 4шт диодов 1N4148 в цепи затвора испытуемого транзистора нужно для медленного разряда емкости затвора транзистора, когда напряжение на его затворе уже снято, а транзистор находится еще в открытом состоянии. Эти диоды имеют малый ток утечки, которым и разряжают емкость.
4. Применение мигающего светодиода как измерителя времени (световые часы) при разряде емкости затвора.
Из всего вышесказанного становится совершенно ясно, как все работает.
Работа с прибором
- Включаем прибор, при этом начинает мигать светодиод, вольтметр не светится.
- Подключаем испытанный транзистор.
- Устанавливаем ручку регулятора напряжения на затворе в крайнее левое положение (против часовой стрелки), задав таким образом «ноль» Вольт на затворе транзистора.
- Нажимаем на кнопку «Открыть» и одновременно плавно крутим регулятор напряжения по часовой стрелке, увеличивая напряжение на затворе транзистора до момента засветки вольтметра.
- Останавливаемся, отпускаем кнопку «Открыть», читаем показатель на вольтметре и записываем его. Это напряжение открытия транзистора.
- Возвращаем регулятор до упора по часовой стрелке.
- Нажимаем кнопку «Открыть», засветится вольтметр, читаем данные и записываем их. Это напряжение К-Э на открытом транзисторе.
- Возможно, что за время, потраченное на записи, транзистор уже закрылся, тогда открываем его еще раз кнопкой, и после этого отпускаем кнопку «Открыть» и нажимаем кнопку «Закрыть» — транзистор должен закрыться, а вольтметр — погаснуть. Это проверка целостности транзистора — открывания и закрывания.
- Опять открываем транзистор кнопкой «Открыть» (регулятор напряжения в максимуме) и, дождавшись ранее записанных свидетельств, отпускаем кнопку «Открыть» одновременно начиная подсчитывать количество вспышек (миганий) светодиода.
- Дождавшись угасание вольтметра, записываем количество вспышек светодиода. Это и есть относительное время разряда емкости затвора транзистора или закрытию (до увеличения падения напряжения на закрытом транзисторе более 1 В). Чем это время (количество) больше, тем соответственно емкость затвора больше.
Далее проверяем все имеющиеся транзисторы, и все данные сводим в таблицу.
Именно с этой таблицей и происходит сравнительный анализ транзисторов — фирменные они или копии, соответствуют своим характеристикам или нет.
Безусловно у кого при повторении этого прибора может выйти таблица с несколько другими цифрами, это возможно, потому что цифры на вольтметре зависят от многих вещей: от имеющейся лампочки накаливания и величины напряжения питания.
Из таблицы видно, чем отличаются, транзисторы, например G30N60A4 от GP4068D. Они отличаются временем закрытия. Оба транзисторы применяются в одном и том же аппарате — Телвин, Техника 164, только первые применялись чуть раньше (года 3, 4 назад), а вторые применяются сейчас. И другие характеристики по документации у них примерно одинаковые. А в данной ситуации все наглядно видно — все в наличии. Кроме того, если у вас получилась табличка всего с 3-4 или 5 типов транзисторов, и других просто нет в наличии, то можно, наверное, посчитать коэффициент «согласованности» ваших цифр с этой таблицей и, используя его, продолжить свою таблицу, используя цифры из этой таблицы. Думаю, что зависимость «согласованности» в этой ситуации будет линейной. На начало хватит, а потом подкорректирует свою таблицу со временем.
Еще раз повторюсь, устройство не измеряет величину (чисел) указанных в документации, оно делает почти то же самое, но в относительных единицах, сравнивая один образец с другим.
Устройство не измеряет характеристик в динамическом режиме, это только статика, как обычным тестером. Но и тестером не все транзисторы подвергаются проверке, и не все параметры можно увидеть.
Вышел прибор простой и бюджетный, а главное, он привязывает все испытания к одним рамкам.
Желаю успеха при изготовлении данного прибора!
Лабораторный источник питания на IGBT транзисторе
Источник питания позволяет регулировать выходное напряжение на нагрузке в диапазоне от 1 до 18В, а также ток в режиме ограничения/стабилизации от 0,03 до 4А. Четырёхпроводная схема подключения совместно с точной/грубой регулировкой позволяет устанавливать и поддерживать требуемые значения тока и напряжения на нагрузке с большой точностью. Схема источника питания приведена ниже.
В качестве регулирующего элемента применяется IGBT-транзистор VT7. Изолированный затвор транзистора позволяет существенно снизить ток и упростить схему управления. Кроме того, IGBT-транзисторы, как правило, имеют меньшее тепловое сопротивление переход-корпус, что позволяет рассеивать большую мощность по сравнению с биполярными.
Управляющее напряжение на затвор VT7 подаётся с коллектора транзистора VT5, нагрузкой которого является источник стабильного тока 20 мА, собранный на элементах VT6, VD4, R26, R29,C14. Стабильный ток коллектора транзистора VT5 снижает влияние пульсаций питающего напряжения, что улучшает подавление пульсаций стабилизатора в целом.
Усилитель ошибки DA5 обеспечивает стабилизацию напряжения на нагрузке, поддерживая равенство между опорным напряжением 1 В, формируемым элементами DA1, C3, R2, R3 и напряжением, формируемым делителем R36, R35 и R34, R33 относительно питания +23 В. Для компенсации сопротивления проводов +Uвых, -Uвых и измерительного шунта Rш элементы источника опорного напряжения, а также резисторы обратной связи по напряжению R33… R36 подключаются двумя дополнительными проводами +U’вых и -U’вых непосредственно к нагрузке. Резисторы R32 и R37 обеспечивают обратную связь по напряжению при неподключенных к нагрузке цепях +U’вых и -U’вых. Стабилизация происходит следующим образом. Увеличение напряжения на нагрузке приводит к росту напряжения на резисторах R33, R34, которое через резистор R11 поступает на выв.3. ОУ DA5. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ уменьшается относительно инвертирующего, соответственно уменьшается напряжение на выходе DA5, что приводит к открытию транзистора VT2. Растущий ток коллектора VT2 открывает транзистор VT5, который, в свою очередь, уменьшает напряжение на затворе VT7. Ток коллектора VT7, а значит, и напряжение на нагрузке будет уменьшаться до тех пор, пока не наступит равенство напряжений на входах ОУ DA5.
Выключатель SB1 переводит стабилизатор в режим источника стабильного тока. Во включённом положении SB1 транзистор VT3 открывается и закрывает транзистор VT2, блокируя работу усилителя ошибки DA5. Светодиод HL2 индицирует включение режима ограничения. В этом режиме ОУ DA6 сравнивает падение напряжения на резисторах R28, R31, R38, которое пропорционально протекающему через нагрузку току с напряжением, установленным источником опорного напряжения DA3 и делителем R4…R8. Увеличение напряжения на выв. 3 ОУ DA6 относительно напряжения на выв. 2 вызывает рост напряжения на выходе ОУ и открытие транзистора VT5, который закрывая транзистор VT7 уменьшает ток, протекающий через нагрузку. Вследствие этого устанавливается баланс между опорным напряжением и напряжением на резисторах R28, R31, R38 который и приводит к стабилизации тока в нагрузке. Стабилитрон VD5 ограничивает напряжение затвор-эмиттер на безопасном уровне, поскольку в отсутствие нагрузки в режиме стабилизации тока транзистор VT5 полностью закрыт. Схема ограничения тока работает аналогичным образом и в режиме стабилизации напряжения. Светодиод HL1 индицирует момент ограничения тока нагрузки.
Выключатель SB2 и защитный термостат, включённые последовательно, управляют питанием нагрузки, подключенной к стабилизатору. Размыкание любого из них приводит к открытию транзисторов VT4 и VT5, закрытию транзистора VT7 и снятию напряжения с нагрузки. Светодиод HL3 индицирует режим отключения нагрузки.
Источник стабильного тока 6 мА, собранный на стабилизаторе DA2 запитывает источники опорного напряжения DA1 и DA3 компенсируя изменения и пульсации питающего напряжения +23В, что делает опорное напряжение зависимым лишь от температуры. Стабилизатор DA4 используется для питания внешних устройств (цифровой ампервольтметр) и в работе стабилизатора не участвует. Ниже представлены схема расположения элементов на печатной плате, чертёж печатной платы и фотография устройства.
Переменные резисторы R6, R7, R35, R36 прикручиваются к планке из фольгированного стеклотекстолита, а далее уголками крепятся к плате.
Для защиты от помех планка с резисторами соединяется с корпусом (GND) платы стабилизатора.
Настройка стабилизатора начинается с установки нижнего предела напряжения, который в данном случае совпадает с опорным. Для этого резисторы R35 и R36 выкручивают до упора против часовой стрелки — нижнее по схеме положение. Контролируя напряжение вольтметром, и подстраивая резистор R2, на выходе стабилизатора устанавливают значение, равное +1 В. Далее, переменные резисторы R35, R36 устанавливают в обратное положение, и подстройкой резистором R34 устанавливают верхний предел диапазона +18 В. Диапазон выходного напряжения можно настроить и на другие значения. Для нижней границы достаточно установить нужное значение опорного напряжения, а для верхней — пересчитать номиналы резисторов цепи обратной связи R33, R34, R35, R36: Umax/Umin = (R35+R36/R33+R34)+1. При этом суммарное сопротивление резисторов R33+R34 не должно быть менее 1 кОм, поскольку выходное напряжение стабилизатора в режиме источника стабильного тока практически равно напряжению питания.
Для настройки ограничителя тока переменные резисторы R6 и R7 выкручиваются до упора по часовой стрелке – в верхнее по схеме положение. Подстроечным резистором R5 на выв. 2 ОУ DA6 предварительно устанавливается напряжение, равное +0,2 В. Далее, ручки резисторов устанавливают на минимальный ток ограничения – нижнее по схеме положение. К выходу стабилизатора подключается внешний амперметр, светодиод HL1 должен индицировать включение режима ограничения тока. Плавно вращая ручки резисторов R6 и R7, устанавливают максимальное значение тока в нагрузке. При необходимости подстройкой резистора R5 корректируют максимальное значение тока на выходе. Резистор R8 определяет нижнюю границу диапазона ограничения тока, и при необходимости её можно изменить, подобрав его номинал. Максимальный ток в нагрузке тоже можно изменить, используя выражение U(выв.2 DA6)=Imax*Rш, где Rш – общее сопротивление резисторов R28, R31, R38, при этом желательно, чтобы суммарная мощность, рассеиваемая ими, не превышала 1 Вт.
IGBT транзистор VT7 можно заменить на полевой n-канальный транзистор, либо на несколько параллельно соединенных транзисторов. Для подбора замены необходимо посчитать, какая максимальная мощность будет рассеиваться на регулирующем транзисторе. Худший вариант – низкоомная нагрузка в режиме источника тока, когда на транзистор VT7 при максимальном токе прикладывается практически всё напряжение питания, при этом на нём рассеивается мощность P = 4А*23В=92 Вт. Далее, из спецификации на транзистор, предполагаемый для замены, выбираются следующие параметры: максимальная рабочая температура перехода (max. operating junction temperature) Tj, тепловое сопротивление переход-корпус (thermal resistance junction-to-case) Rjc, тепловое сопротивление корпус-радиатор (thermal resistance case-to-sink) Rcs. К примеру, у транзистора IRFP044N эти параметры будут следующие: Tj=175 ºС, Rjc=1,3 ºС/W, Rcs=0,24 ºС/W. Рассчитаем предельную температуру радиатора для мощности 92 Вт и вышеуказанных параметров: Ts = Tj — P*(Rjc + Rcs) = 175 – 92*(1,3 +0,24) = 33 ºС. На практике обеспечить столь низкую температуру радиатора практически невозможно, а поскольку её дальнейшее увеличение приведёт к выходу из строя транзистора VT7, необходимо уменьшить рассеиваемую мощность, подключив параллельно к VT7 один или два транзистора, увеличив допустимую температуру нагрева радиатора до 66 или 99 ºС. Температура срабатывания защитного термостата (например В-1002) выбирается с учётом допустимых отклонений, которые могут достигать у последнего 10%. Изолирующие прокладки между транзистором и радиатором увеличат тепловое сопротивление Rcs, допустимая температура нагрева радиатора станет ещё меньше, так что их применение, по возможности, следует избегать.
Фотографии собранного лабораторного источника питания:
На видео представлена работа устройства на низкоомную нагрузку.
Список радиоэлементовОбозначение
Тип
Номинал
Количество
ПримечаниеМагазинМой блокнот
DA1, DA3
ИС источника опорного напряженияLM385-2.52
DA2
Линейный регуляторLM317L1
DA4
Линейный регуляторLM7815CT1
DA5
Операционный усилительTL0711
DA6
Операционный усилительLM358N1
VT1
Биполярный транзистор2SC9451
VT2-VT4
Биполярный транзистор2SA7333
VT5
Биполярный транзисторBD1391
VT6
Биполярный транзисторBD1401
VT7
IGBT-транзисторHGTG30N60A4D1
VD1-VD3
Выпрямительный диод1N41483
VD4
Стабилитрон3.3В1
0,5 ВтVD5
Стабилитрон18В1
1,3 ВтC1-С3, С5, С6, С10
Конденсатор1 мкФ6
С4
Электролитический конденсатор1000 мкФ 35В1
С7
Конденсатор1000 пФ1
С8
Электролитический конденсатор100 мкФ 25В1
С9
Конденсатор330 пФ1
С11, С12
Конденсатор0.1 мкФ2
С13, С14
Конденсатор2.2 мкФ2
С15
Электролитический конденсатор100 мкФ 63В1
R1
Резистор200 Ом1
R2
Подстроечный резистор15 кОм1
Серия 3296WR3
Резистор15 кОм1
R4
Резистор18 кОм1
R5
Подстроечный резистор1 кОм1
R6
Переменный резистор1.5 кОм1
Серия 16K1 для печатного монтажаR7
Переменный резистор100 Ом1
R8
Резистор3,9 Ом1
R9-R11, R13, R14, R18, R19, R22
Резистор10 кОм8
R12, R16, R21, R25, R27
Резистор2 кОм5
R15, R24
Резистор20 кОм2
R17
Резистор1.5 кОм1
R20
Резистор1 кОм1
R23
Резистор5.6 кОм1
R26
Резистор130 Ом1
R28, R31, R38
Резистор0.15 Ом3
1 ВтR29
Резистор3 кОм1
R30
Резистор100 Ом1
R32, R37
Резистор22 Ом2
R33
Резистор1 кОм1
0,5 ВтR34
Подстроечный резистор470 Ом1
R35
Переменный резистор22 кОм1
R36
Переменный резистор1.5 кОм1
Добавить все
Новое в мире полупроводников
Читаем, обсуждаем, задаем вопросы
ON Semiconductor: IGBT-транзисторы серий L2 и FL2 для бесперебойных источников питания, инверторов и схем управления электродвигателями
Новые IGBT-транзисторы выполнены по надежной и недорогой архитектуре Field Stop II Trench, обеспечивающей высокую производительность в требовательных схемах коммутации за счёт низкого остаточного сопротивления и минимальных потерь на переключение.
Ниже перечислены параметры IGBT-транзисторов, одинаково хорошо подходящих для бесперебойных источников питания, солнечных инверторов и схем управления электродвигателями. Некоторые из транзисторов содержат быстродействующий демпферный диод с малым падением прямого напряжения. Приборы серии L2 специально разработаны для схем управления двигателями, но также отлично подойдут для применения в сварочных аппаратах.
- Комментарии отключены
- Рубрика: ON Semiconductor
ON Semiconductor: IGBT-транзисторы для сварочных аппаратов с напряжением коллектор-эмиттер 600 В и 1200 В и током коллектора от 25 А до 75 A
Новые IGBT-транзисторы выполнены по надёжной и недорогой Trench-технологии, отличаются низким остаточным напряжением в открытом состоянии и минимальными потерями на переключение, обеспечивая высокую производительность для требовательных импульсных приложений.
IGBT транзисторы выполняют функцию силовых ключей в схемах средней и большой мощности. Благодаря высокой скорости переключения, низкому остаточному напряжению в открытом состоянии, широкой зоне безопасной работы (SOA), лёгкости управления затвором и относительно малому температурному дрейфу параметров они имеют значительные преимущества перед MOSFET- и BJT-транзисторами.
- Комментарии отключены
- Рубрика: ON Semiconductor
Infineon Technologies: TRENCHSTOP™ 5 L5 — IGBT-транзисторы с образцовым значением КПД для переключателей полярности на частоте 50 Гц
Новое семейство IGBT-транзисторов L5 на основе технологии TRENCHSTOP™ 5 с тонкой подложкой специально разработано для работы на низких частотах переключения от 50 Гц до 20 кГц.
Новый класс IGBT-транзисторов с низким напряжением насыщения VCE(sat) можно встретить в источниках бесперебойного питания, солнечных инверторах и сварочных системах. Семейству приборов L5 на основе технологии TRENCHSTOP™ 5 с тонкой подложкой свойственны очень низкие потери на переключение, которые были дополнительно снижены за счёт оптимизации несущего профиля. При типовом значении напряжения VCE(sat) = 1.05 В при температуре 25°C новые транзисторы позволяют увеличить КПД схемы на 0.1% в топологии NPC 1 и на 0.3% в топологии NPC 2 по сравнению с предыдущим поколением IGBT-транзисторов серии TRENCHSTOP. За счёт положительного температурного коэффициента напряжения VCE(sat) высокое значение КПД сохраняется на одном уровне, что является образцовым промышленным показателем для ключей на IGBT-транзисторах, работающих на частотах ниже 20 кГц.
- Комментарии отключены
- Рубрика: Infineon
Infineon Technologies: Дискретные IGBT-транзисторы с максимальным током коллектора 120 А, выполненные по технологии TRENCHSTOP™ 5, в 4-выводном корпусе TO-247
«Повышайте КПД. Повышайте плотность мощности! Снижайте стоимость». Звучит знакомо?
Неустанное стремление к инновациям и снижению стоимости продолжается. Но где же пункт назначения? Там, где технология изготовления новых дискретных IGBT-транзисторов TRENCHSTOP™ объединяется с новейшим 4-выводным корпусом TO-247 с кельвин-эмиттером. Этот тандем обеспечивает 20%-е снижение индуктивности выводов за счёт наличия четвёртого вывода датчика тока с эмиттера. Также данная конструкция уменьшает на 20% потери на переключение во всем диапазоне нагрузок.
- Комментарии отключены
- Рубрика: Infineon
Infineon Technologies: RC-H5 — IGBT-транзисторы обратной проводимости для индукционных печей
Новое поколение IGBT-транзисторов с высоким КПД и надёжностью для индукционных печей.
Новейшее поколение IGBT-транзисторов с обратной проводимостью от компании Infineon оптимизировано для соответствия требованиям, предъявляемым к индукционным печам. Среди моделй семейства RC-H5 разработчики смогут выбрать приборы с напряжением коллектор-эмиттер 650 В, 1200 В и 1350 В, а также получить преимущества высокого КПД и надёжности без удорожания конечного продукта. Транзисторы с рабочим напряжением 1200 В и 1350 В предназначены для использования в однотактных схемах источников питания индукционных печей. Они обладают хорошим соотношением цена/производительность, результатом чего является общее снижение стоимости конечного продукта за счёт экономии средств на пассивных компонентах схемы.
- Комментарии отключены
- Рубрика: Infineon
Fairchild Semiconductor: FGHxxT120SMD — IGBT-транзисторы с максимальным напряжением коллектор-эмиттер 1000 В / 1200 В, выполненные по технологии Field Stop Trench
Новое семейство IGBT-транзисторов с напряжением коллектор-эмиттер до 1200 В, выполненных по технологии Field Stop Trench, имеет минимальные потери проводимости, благодаря чему напряжение насыщения VCE(SAT) составляет 1.8 В, что значительно ниже, чем у предыдущего поколения быстродействующих транзисторов с планарным затвором — NPT IGBT.
Такое значение напряжения насыщения является одним из самых низких на рынке для приборов с максимальным напряжением коллектор-эмиттер 1200 В. Высокая эффективность достигается за счет минимальных потерь на выключение (EOFF), не превышающих 30 мкДж/А. Все устройства семейства содержат шунтирующий диод, оптимизированный для высочастотной коммутации.
- Комментарии отключены
- Рубрика: Fairchild
ON Semiconductor: NGTB15N120IHL — IGBT-транзистор с напряжением коллектор-эмиттер 1200 В и током коллектора 15 А, выполненный по технологии FieldStop 1, для индукционных нагревателей
Этот биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) изготовлен по надёжной и эффективной по стоимости технологии Field Stop (FS) Trench.
Прибор обеспечивает высочайшую производительность в требовательных импульсных устройствах, обладая при этом низким остаточным напряжением и малыми потерями на переключение. IGBT-транзистор хорошо подходит для резонансных схем и каскадов с мягким режимом коммутации. Схема транзистора содержит шунтирующий диод с низким падением прямого напряжения.
Преимущества:
- Низкие потери проводимости
- Снижение рассеиваемой мощности системы
- Комментарии отключены
- Рубрика: ON Semiconductor
Infineon Technologies: TRENCHSTOP™ 5 — новая технология построения IGBT-транзисторов
Высокая эффективность при низких потерях на переключение и проводимости.
Новая технология производства IGBT-транзисторов TRENCHSTOP™ 5 от компании Infineon позволяет говорить о том, что данный класс приборов может иметь непревзойдённую производительность и высокий КПД в мощных импульсных устройствах. Транзисторы на основе этой технологии оптимально подходят для применения в схемах корректоров коэффициента мощности и ШИМ-преобразователях, которые в свою очередь используются в таких устройствах, как источники бесперебойного питания и инверторные сварочные аппараты.
- Комментарии отключены
- Рубрика: Infineon
ON Semiconductor: NGTB20N135IHR — IGBT-транзистор с максимальным напряжением коллектор-эмиттер 1350 В и током коллектора 20 А, выполненный по технологии Field Stop
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) и интегрированным антипараллельным диодом для систем индукционного нагрева, электронного зажигания, фотовспышек, схем управления двигателями и других сильноточных импульсных приложений.
Транзистор изготовлен с применением надёжной и недорогой технологии Field Stop Trench и имеет высокую эффективность, что предопределяет его использование в схемах с жестким режимом коммутации, где он сможет продемонстрировать низкое остаточное напряжение коллектор-эмиттер и низкие потери на переключение. Кроме того, данный транзистор также подходит для применения в резонансных каскадах и схемах с мягким режимом коммутации.
- Комментарии отключены
- Рубрика: ON Semiconductor
ON Semiconductor: NGTB50N60FWG — IGBT транзистор с напряжением коллектор-эмиттер 600 В и током коллектора до 50 A
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) для систем электронного зажигания, вспышек, управления двигателями и других сильноточных приложений с импульсным режимом работы.
Новый IGBT-транзистор выполнен на основе надёжной и эффективной по стоимости технологии Trench и обеспечивает максимальную эффективность при использовании в требовательных устройствах с импульсным режимом работы. NGTB50N60FWG отличается низким остаточным напряжением коллектор-эмиттер и минимальными потерями на переключение.
Лабораторный источник питания на IGBT транзисторе
Источник питания позволяет регулировать выходное напряжение на нагрузке в диапазоне от 1 до 18В, а также ток в режиме ограничения/стабилизации от 0,03 до 4А. Четырёхпроводная схема подключения совместно с точной/грубой регулировкой позволяет устанавливать и поддерживать требуемые значения тока и напряжения на нагрузке с большой точностью. Схема источника питания приведена ниже.
В качестве регулирующего элемента применяется IGBT-транзистор VT7. Изолированный затвор транзистора позволяет существенно снизить ток и упростить схему управления. Кроме того, IGBT-транзисторы, как правило, имеют меньшее тепловое сопротивление переход-корпус, что позволяет рассеивать большую мощность по сравнению с биполярными.
Управляющее напряжение на затвор VT7 подаётся с коллектора транзистора VT5, нагрузкой которого является источник стабильного тока 20 мА, собранный на элементах VT6, VD4, R26, R29,C14. Стабильный ток коллектора транзистора VT5 снижает влияние пульсаций питающего напряжения, что улучшает подавление пульсаций стабилизатора в целом.
Усилитель ошибки DA5 обеспечивает стабилизацию напряжения на нагрузке, поддерживая равенство между опорным напряжением 1 В, формируемым элементами DA1, C3, R2, R3 и напряжением, формируемым делителем R36, R35 и R34, R33 относительно питания +23 В. Для компенсации сопротивления проводов +Uвых, -Uвых и измерительного шунта Rш элементы источника опорного напряжения, а также резисторы обратной связи по напряжению R33… R36 подключаются двумя дополнительными проводами +U’вых и -U’вых непосредственно к нагрузке. Резисторы R32 и R37 обеспечивают обратную связь по напряжению при неподключенных к нагрузке цепях +U’вых и -U’вых. Стабилизация происходит следующим образом. Увеличение напряжения на нагрузке приводит к росту напряжения на резисторах R33, R34, которое через резистор R11 поступает на выв.3. ОУ DA5. Напряжение на неинвертирующем входе ОУ уменьшается относительно инвертирующего, соответственно уменьшается напряжение на выходе DA5, что приводит к открытию транзистора VT2. Растущий ток коллектора VT2 открывает транзистор VT5, который, в свою очередь, уменьшает напряжение на затворе VT7. Ток коллектора VT7, а значит, и напряжение на нагрузке будет уменьшаться до тех пор, пока не наступит равенство напряжений на входах ОУ DA5.
Выключатель SB1 переводит стабилизатор в режим источника стабильного тока. Во включённом положении SB1 транзистор VT3 открывается и закрывает транзистор VT2, блокируя работу усилителя ошибки DA5. Светодиод HL2 индицирует включение режима ограничения. В этом режиме ОУ DA6 сравнивает падение напряжения на резисторах R28, R31, R38, которое пропорционально протекающему через нагрузку току с напряжением, установленным источником опорного напряжения DA3 и делителем R4…R8. Увеличение напряжения на выв. 3 ОУ DA6 относительно напряжения на выв. 2 вызывает рост напряжения на выходе ОУ и открытие транзистора VT5, который закрывая транзистор VT7 уменьшает ток, протекающий через нагрузку. Вследствие этого устанавливается баланс между опорным напряжением и напряжением на резисторах R28, R31, R38 который и приводит к стабилизации тока в нагрузке. Стабилитрон VD5 ограничивает напряжение затвор-эмиттер на безопасном уровне, поскольку в отсутствие нагрузки в режиме стабилизации тока транзистор VT5 полностью закрыт. Схема ограничения тока работает аналогичным образом и в режиме стабилизации напряжения. Светодиод HL1 индицирует момент ограничения тока нагрузки.
Выключатель SB2 и защитный термостат, включённые последовательно, управляют питанием нагрузки, подключенной к стабилизатору. Размыкание любого из них приводит к открытию транзисторов VT4 и VT5, закрытию транзистора VT7 и снятию напряжения с нагрузки. Светодиод HL3 индицирует режим отключения нагрузки.
Источник стабильного тока 6 мА, собранный на стабилизаторе DA2 запитывает источники опорного напряжения DA1 и DA3 компенсируя изменения и пульсации питающего напряжения +23В, что делает опорное напряжение зависимым только от температуры. Стабилизатор DA4 используется для питания внешних устройств (цифровой ампервольтметр) и в работе стабилизатора не участвует. Ниже представлены схема расположения элементов на печатной плате, чертёж печатной платы и фотография устройства.
Переменные резисторы R6, R7, R35, R36 прикручиваются к планке из фольгированного стеклотекстолита, а затем уголками крепятся к плате.
Для защиты от помех планка с резисторами соединяется с корпусом (GND) платы стабилизатора.
Настройка стабилизатора начинается с установки нижнего предела напряжения, который в данном случае совпадает с опорным. Для этого резисторы R35 и R36 выкручивают до упора против часовой стрелки — нижнее по схеме положение. Контролируя напряжение вольтметром, и подстраивая резистор R2, на выходе стабилизатора устанавливают значение, равное +1 В. Далее, переменные резисторы R35, R36 устанавливают в обратное положение, и подстройкой резистором R34 устанавливают верхний предел диапазона +18 В. Диапазон выходного напряжения можно настроить и на другие значения. Для нижней границы достаточно установить нужное значение опорного напряжения, а для верхней — пересчитать номиналы резисторов цепи обратной связи R33, R34, R35, R36: Umax/Umin = (R35+R36/R33+R34)+1. При этом суммарное сопротивление резисторов R33+R34 не должно быть менее 1 кОм, поскольку выходное напряжение стабилизатора в режиме источника стабильного тока практически равно напряжению питания.
Для настройки ограничителя тока переменные резисторы R6 и R7 выкручиваются до упора по часовой стрелке – в верхнее по схеме положение. Подстроечным резистором R5 на выв. 2 ОУ DA6 предварительно устанавливается напряжение, равное +0,2 В. Далее, ручки резисторов устанавливают на минимальный ток ограничения – нижнее по схеме положение. К выходу стабилизатора подключается внешний амперметр, светодиод HL1 должен индицировать включение режима ограничения тока. Плавно вращая ручки резисторов R6 и R7, устанавливают максимальное значение тока в нагрузке. При необходимости подстройкой резистора R5 корректируют максимальное значение тока на выходе. Резистор R8 определяет нижнюю границу диапазона ограничения тока, и при необходимости её можно изменить, подобрав его номинал. Максимальный ток в нагрузке тоже можно изменить, используя выражение U(выв.2 DA6)=Imax*Rш, где Rш – общее сопротивление резисторов R28, R31, R38, при этом желательно, чтобы суммарная мощность, рассеиваемая ими, не превышала 1 Вт.
IGBT транзистор VT7 можно заменить на полевой n-канальный транзистор, либо на несколько параллельно соединенных транзисторов. Для подбора замены необходимо посчитать, какая максимальная мощность будет рассеиваться на регулирующем транзисторе. Худший вариант – низкоомная нагрузка в режиме источника тока, когда на транзистор VT7 при максимальном токе прикладывается практически всё напряжение питания, при этом на нём рассеивается мощность P = 4А*23В=92 Вт. Далее, из спецификации на транзистор, предполагаемый для замены, выбираются следующие параметры: максимальная рабочая температура перехода (max. operating junction temperature) Tj, тепловое сопротивление переход-корпус (thermal resistance junction-to-case) Rjc, тепловое сопротивление корпус-радиатор (thermal resistance case-to-sink) Rcs. К примеру, у транзистора IRFP044N эти параметры будут следующие: Tj=175 ºС, Rjc=1,3 ºС/W, Rcs=0,24 ºС/W. Рассчитаем предельную температуру радиатора для мощности 92 Вт и вышеуказанных параметров: Ts = Tj — P*(Rjc + Rcs) = 175 – 92*(1,3 +0,24) = 33 ºС. На практике обеспечить столь низкую температуру радиатора практически невозможно, а поскольку её дальнейшее увеличение приведёт к выходу из строя транзистора VT7, необходимо уменьшить рассеиваемую мощность, подключив параллельно к VT7 один или два транзистора, увеличив допустимую температуру нагрева радиатора до 66 или 99 ºС. Температура срабатывания защитного термостата (например В-1002) выбирается с учётом допустимых отклонений, которые могут достигать у последнего 10%. Изолирующие прокладки между транзистором и радиатором увеличат тепловое сопротивление Rcs, допустимая температура нагрева радиатора станет ещё меньше, так что их применение, по возможности, следует избегать.
Фотографии собранного лабораторного источника питания:
На видео представлена работа устройства на низкоомную нагрузку.