Одним з найбільш поширених вимог при доопрацюванні джерел живлення є збільшення вихідного струму або потужності. Часто це може бути пов’язано з вартістю і труднощами при проектуванні та виготовленні нового джерела. Розглянемо кілька способів збільшення вихідної потужності існуючих джерел.

Перше, що взагалі приходить на розум, – паралельне включення потужних транзисторів. У лінійному стабілізаторі це відносилося б до прохідним транзисторам або, в деяких випадках, до паралельних стабілізуючим транзисторам. В таких джерелах просте з’єднання однойменних висновків транзисторів звичайно не дає практичних результатів через нерівномірного розподілу струму між транзисторами. При підвищенні робочої температури нерівномірний розподіл навантаження стає ще більшим до тих пір, поки практично весь струм навантаження не потече через один з транзисторів. Запропонований варіант може бути реалізований за умови, що паралельно з’єднані транзистори мають зовсім ідентичні характеристики і працюють при однаковій температурі. Така умова практично не реалізовується через відносно великих разбросов в характеристиках біполярних транзисторів.

З іншого боку, якщо в лінійному стабілізаторі використовуються потужні МОП-транзистори, просте їх запаралелювання працювати буде, тому що ці пристрої мають температурні коефіцієнти іншого знака в порівнянні з потужними біполярними транзисторами і не будуть піддаватися сильному нагріванню або перерозподілу струму. Але МОП-транзистори використовувалися частіше в ПІП, ніж в лінійних стабілізаторах (наше розгляд цих не імпульсних стабілізаторів дає деяке розуміння проблем паралельного включення транзисторів і в імпульсних стабілізаторах).

Рис. 17.24 показує, як здійснювати паралельне включення транзисторів в лінійному або імпульсному джерелі живлення. Резистори з невеликим опором, включені в ланцюзі емітерів біполярних транзисторів, забезпечують індивідуальне зсув між базою і емітером, що перешкоджає можливості збільшення частки струму, що протікає через який-небудь з транзисторів. Хоча застосування цих так званих баластних емітерний резисторів дуже ефективно при небезпечному перерозподіл струмів або підвищенні температури, слід використовувати саме мінімальний опір резисторів, яке достатньо для цієї мети. В іншому випадку буде розсіюватися помітна потужність, що особливо небажано в імпульсних стабілізаторах, де основним достоїнством є високий к.к.д. Не дивно тому, що баластні емітерний резистори мають опору порядку 0,1 Ома, 0,05 Ома або менше, а фактична величина буде, звичайно, залежатиме насамперед від струму емітера конкретного джерела. В якості оцінки можна прийняти величину 1/7, де / – максимальний струм емітер (або колектора).

Замість емітерний резисторів, іноді можна вирівняти розподіл струму в паралельно з’єднаних біполярних транзисторах, включаючи кілька більш високоомні резистори в ланцюг бази. Вони зазвичай мають опір від 1 до 10 Ом. Хоча повне розсіяння потужності в цьому випадку менше, але ефективність нижча, ніж при використанні емітерний резисторів.

Рис. 17.24. Спосіб паралельного включення потужних біполярних транзисторів. Будь-яка спроба окремого транзистора пропускати більший струм або перегрітися запобігається завдяки напрузі зміщення на його емітерний резисторі.

В імпульсному стабілізаторі недостатньо просто подбати про розподіл струму в описаних статичних умовах; до уваги необхідно також прийняти динаміку процесу перемикання. Це вимагає більшої уваги до узгодженості транзисторних характеристик. Практично виявлено, що два потужних транзистора одного і того ж типу і назви можуть вести себе при перемиканні по-різному, один з них може бути трохи повільніше, ніж інший. Хоча небезпека такої розбіжності можна звести нанівець введенням баластних емітерний резисторів, їх опору, можливо, доведеться вибирати досить високими в порівнянні з випадком, коли характеристики транзисторів близькі. Однак навіть якщо динамічні характеристики окремих транзисторів у паралельному з’єднанні досить близькі, вплив нерівної довжини провідників або неідентичних розводка можуть викликати суттєві відмінності в розсіюється.

Найчастіше виявляється, що можна подвоїти вихідну потужність, з’єднавши паралельно два біполярних транзистора і, швидше за все, не буде потрібно модернізувати задає каскад. Однак в інших випадках, ймовірно, буде необхідний більший струм від задає пристрою. Таким чином, при трьох, чотирьох або більшій кількості вихідних транзисторів в заданому каскаді також буде потрібно паралельне з’єднання транзисторів. Іноді виявляється, що в заданому пристрої доцільніше застосувати транзистор з більшою номінальною потужністю.

Потужні МОП-транзистори можна включати паралельно без баластних резисторів. Часто чотири або більше таких транзисторів можуть працювати від задає каскаду, який працював з одним транзистором. Однак метод, показаний на рис. 17.25, рекомендується для попередження паразитних коливань в діапазоні метрових і дециметрових хвиль. З феритовими намистинками може знадобитися деякий експериментування. Часто ефективне загасання забезпечується введенням двох або трьох витків дроту. Інший метод пропонує використовувати невеликі плівкові резистори з опором від 100 до 1000 Ом в ланцюзі затвора. Стабілітрони, показані на рис. 17.25, включені в структури спеціально розроблених МОП-транзисторів. Інші МОП-транзистори не мають такого захисту затвора, але метод паралельного включення залишається тим же самим.

Рис. 17.25. Спосіб паралельного включення потужних МОП-транзисторів. Це простий шлях збільшити навантажувальну здатність по току як імпульсних, так і лінійних стабілізаторів. Феритова намистинка в ланцюзі затвора пригнічує високочастотну паразитне генерацію. Стабілітрони знаходяться всередині транзисторів. Siliconix.

Потужний імпульсний каскад на МОП-транзисторі може застосовуватися також в послідовній схемі, щоб забезпечити більш високу напругу на виході. Схема такого пристрою зображена на рис. 17.26 для двох транзисторів, але їх кількість може бути і більше. Цікавою рисою цього методу є те, що вхідний сигнал подається тільки на один МОП-транзистор. Відбувається це тому, що на затворі іншого

МОП-трайзістора є напруга +15 В відносно землі; цей МОП-транзистор готовий проводити, як тільки ланцюг його витоку виявляється замкнутою запускаються МОП-транзистором. Така конструкція дозволяє подвоїти потужність, подводимую до навантаження в порівнянні з тією яку можна отримати від одного МОП-транзистора; в той же самий час кожен МОП-транзистор працює в межах номінальної напруги між стоком і витоком. ЛС-ланцюг в ланцюзі затвора верхнього МОП-транзистора здійснює динамічне балансування напруг на затворах двох МОПтранзісторов. У першому наближенні R1CI має дорівнювати R2C2.

Рис. 17.28. Метод подвоєння вихідного струму імпульсного стабілізатора. Цей метод забезпечує не тільки збільшення вихідної потужності, але і зменшує пульсації вихідної напруги. (А) Спрощена схема звичайного імпульсного стабілізатора. (В) Модифікована схема для подвоєння вихідного струму.

Щоб скористатися перевагами цієї схеми, нестабілізований джерело постійної напруги повинен, звичайно, забезпечувати струм, удвічі більший необхідного для одно-транзисторного стабілізатора. Схеми на рис. 17.28 А і В є стабілізатори із зовнішнім збудливим сигналом, що мають фіксовану частоту. Якщо застосовувати цей метод в автоколивальному стабілізаторі, то можуть зустрітися деякі труднощі і, природно, буде потрібно експериментальна доведення. Пов’язано це з тим, що частота пульсацій, що використовуються в колі зворотного зв’язку, удвічі вище частоти перемикань. Можливою заходом, що дозволяє обійти труднощі, є реалізація позитивного зворотного зв’язку за допомогою невеликої вторинної обмотки, вміщеній на котушці Lx або Ь2.

Огляд деяких стабілізованих джерел живлення з поліпшеними характеристиками

Самою природою джерел живлення, імпульсним стабілізаторів, інверторів та перетворювачів був призначений тривалий еволюційний процес розвитку. Безумовно, в будь-який час знаходилися ті, хто заявляли, що ця техніка досягла досконалості, і подальший прогрес буде обмежуватися лише деякими удосконаленнями. Хоча з часом груба помилка їх прогнозів неодноразово підтверджувалася, по загальним визнанням заманливо і тепер робити ту ж саму помилку стверджуючи, що всі суттєві удосконалення вже були зроблені.

Проте з упевненістю можна стверджувати, що сучасна технологія джерел живлення для роботи електронного та електротехнічного обладнання зробила стрибок вперед в порівнянні з тим, що мав десять років тому. Здається, ніби було випадковий збіг прогресу у створенні потужних пристроїв, схемних компонент, спеціалізованих ІС управління і в розвитку схемотехніки. Результатом з’явилися більш високі частоти перемикань, більш високий к.к.д., розширення експлуатаційних зручностей, підвищення гнучкості проектування і зниження електромагнітних перешкод. Найбільше ці вдосконалення відбилися на числі використовуваних компонент і вартості. Важливим фактором, що заслуговують згадки, є те, що джерела живлення тепер краще працюють, оскільки мають кращу розв’язку, ізоляцію і стабілізацію, а також створюють менше електричних перешкод, у них більш швидкоплинні перехідні процеси і менше виділення тепла.

Нижче йде аналіз деяких з цих вдосконалених схем. Цікаво відзначити, що деякі з ідей мають коріння в минулому, але їх практична реалізація стала можливою лише після розвитку відповідного технічного забезпечення.

Джерело: І.М.Готтліб Джерела живлення. Інвертори, конвертори, лінійні і імпульсні стабілізатори. Москва: Постмаркет, 2002. – 544 с.