УДК 621.314

ПОСТРОЕНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОКОВОЛЬТНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ

Амелин Сергей Александрович1, Болобин Илья Андреевич2, Антоненков Владислав Игоревич3
1Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в городе Смоленске, кандидат технических наук, доцент кафедры «ЭиМТ»
2Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в городе Смоленске, магистрант 2 курса
3Филиал ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ» в городе Смоленске, магистрант 2 курса

Аннотация
Статья посвящена анализу и особенностям разработки высоковольтного стабилизатора тока на основе обратноходового преобразователя, работающего на заряд накопительной емкости. Данный преобразователь применяется в устройстве измерения пробивного напряжения полевых транзисторов.

Ключевые слова: , , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Амелин С.А., Болобин И.А., Антоненков В.И. Построение и моделирование высоковольтного преобразователя напряжения // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2019/05/89330 (дата обращения: 05.02.2020).

Метод измерения напряжения пробоя полевых транзисторов требует наличия высоковольтного преобразователя напряжения со стабилизацией лавинного тока на уровне 250 мкА [1 с. 2]. Высокое напряжение удобнее всего снимать с накопительной емкости. Накопительная емкость в начале заряда представляет собой короткое замыкание, поэтому к преобразователю предъявляется требование работоспособности при коротком замыкании нагрузки. Для измерения пробивного напряжения у широкого числа полевых транзисторов, выходное напряжение преобразователя должно быть не менее 600 В. Обратноходовой преобразователь является лучшим решением для маломощных нагрузок, к тому же он не чувствителен к короткому замыканию нагрузки из-за того, что разнесены во времени фазы накопления энергии и отдачи ее в нагрузку. Основной недостаток – напряжение на силовом транзисторе не ограничено питающим, поэтому необходимы демпфирующие цепи или выбор более высоковольтного транзистора. Демпфирующие цепи снижают КПД. Преобразователь работает в режиме прерывистых токов или РПТ, в режиме непрерывных токов (РНТ) происходит перекрытие силового транзистора и выпрямительного диода, вследствие чего ощутимо возрастают потери. Управление осуществляется с помощью ШИМ контроллера UC3843. Выбор ШИМ контроллера обусловлен тем, что он позволяет получить коэффициент заполнения управляющих импульсов γ→1. На рис. 1 представлена модель высоковольтного преобразователя напряжения.

Рисунок 1 – Модель обратноходового преобразователя

Алгоритм расчета дросселя приведен в [2]. Диод VD2 ограничивает выходное напряжение. Стабилизация осуществляется с помощью датчика тока R11, на котором появляется падение напряжения при пробое исследуемого компонента. Значение напряжения с датчика увеличивается с помощью неинвертирующего усилителя на DA2. Выпрямительный диод VD1 должен иметь минимальную емкость p-n перехода, потому что энергия, запасенная в дросселе, будет расходоваться на заряд этой емкости, тем самым снижая КПД схемы и увеличивая время заряда накопительной выходной емкости. Параллельно накопительной емкости С4 стоит резистор, разряжающий это емкость при выключении измерителя напряжения пробоя. Резистор R10 ограничивает ток на уровне допустимом для человека и обеспечивает электробезопасность при работе с устройством. Коэффициент заполнения управляющих импульсов взят равным 0,8, обусловлено это тем, что при таком коэффициенте достигается максимальное выходное напряжение (рис. 2).

Рисунок 2 – Регулировочная характеристика обратноходового преобразователя

Моделирование высоковольтного преобразователя проведено в программе Micro-Cap 11 Demo. В ходе моделирования получены графики выходного напряжения, тока и напряжения на силовом транзисторе (рис. 3).

(a)


(б)


(в)

Рисунок 3 – Графики напряжения на ключевом транзисторе (а), выходного напряжения (б), выходного тока (в)

Ток ограничивается при пробое на безопасном для p-n перехода уровне в 250 мкА. Напряжение на силовом ключе ограничено 12,9 В, что позволяет выбрать силовой транзистор с более высоким напряжением сток-исток, и не использовать демпфирующие цепи, тем самым снизив потери.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. AN-957. Измерение характеристик МОП-транзистора // International Rectifier – http://www.irf.ru/techdoc/an-957.pdf
  2. Kreel, K. Transformer Design for Charging Defibrillator Capacitors // Datatronics – http://www.datatronics.com/pdf/transformer_design_for_charging_defibrillator_capacitors.pdf
  3. Амелина, М.А. Программа схемотехнического моделирования Micro-Cap Версии 9,10 [Электронный ресурс]: учеб. пособие / М. А. Амелина, С. А. Амелин. – Электрон. текстовые дан. – СПб.: Лань, 2014. – 632 с. Режим доступа: https://e.lanbook.com/book/53665
  4. Семенов, Б.Ю. Силовая электроника: от простого к сложному [Электронный ресурс]: / Б.Ю. Семенов. –  Электрон. текстовые дан.– М.: Cолон-пресс, 2009. – 416 с. Режим доступа: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=117706


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Болобин Илья Андреевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация