+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Как понизить напряжение переменного и постоянного тока?

За счет наличия большого количества международных стандартов и технических решений питание электронных устройств может осуществляться от различных номиналов. Но, далеко не все они присутствуют в свободном доступе, поэтому для получения нужной разности потенциалов придется использовать преобразователь. Такие устройства можно найти как в свободной продаже, так и собрать самостоятельно из радиодеталей.

В связи с наличием двух родов электрического тока: постоянного и переменного, вопрос,  как понизить напряжение, следует рассматривать в  ключе каждого из них отдельно.

Понижение напряжения постоянного тока

В практике питания бытовых приборов существует масса примеров работы электрических устройств от постоянного тока. Но номинал рабочего напряжения может существенно отличаться, к примеру, если из 36 В вам нужно получить 12 В, или в ситуациях, когда от USB разъема персонального компьютера нужно запитать прибор от 3 В вместо имеющихся 5 вольт.

Для снижения такого уровня от блока питания или другого источника почти вполовину можно использовать как простые методы – включение в цепь дополнительного сопротивления, так и более эффективные – заменить стабилизатор напряжения в ветке обратной связи.

Рис. 1. Замена резистора или стабилитрона

На рисунке выше приведен пример схемы блока питания, в котором вы можете понизить вольтаж путем изменения параметров резистора и стабилитрона. Этот узел на рисунке обведен красным кругом, но в других моделях место установки, как и способ подсоединения, может отличаться. На некоторых схемах, чтобы понизить напряжение вы сможете воспользоваться лишь одним стабилитроном.

Если у вас нет возможности подключаться к блоку питания – можно обойтись и менее изящными методами. К примеру, вы можете понизить напряжение за счет включения в цепь резистора или подобрать диоды, второй вариант является более практичным для цепей постоянного тока. Этот принцип основан на падении напряжения за счет внутреннего сопротивления элементов. В зависимости от соотношения проводимости рабочей нагрузки и полупроводникового элемента может понадобиться около 3 – 4 диодов.

Рис. 2. Понижение постоянного напряжения диодами

На рисунке выше показана принципиальная схема понижения напряжения при помощи диодов. Для этого они включаются в цепь последовательно по отношению к нагрузке. При этом выходное напряжение окажется ниже входного ровно на такую величину, которая будет падать на каждом диоде в цепи.  Это довольно простой и доступный способ, позволяющий понизить напряжение, но его основной недостаток – расход мощности для каждого диода, что приведет к дополнительным затратам электроэнергии.

Понижение напряжения переменного тока

Переменное напряжение в 220 Вольт повсеместно используется для бытовых нужд, за счет физических особенностей его куда проще понизить до какой-либо величины или осуществлять любые другие манипуляции. В большинстве случаев, электрические приборы и так рассчитаны на питание от электрической сети, но если они были приобретены за рубежом, то и уровень напряжения для них может существенно отличаться.

К примеру, привезенные из США устройства питаются от 110В переменного тока, и некоторые умельцы берутся перематывать понижающий трансформатор для получения нужного уровня. Но, следует отметить, что импульсный преобразователь, которым часто комплектуется различный электроинструмент и приборы не стоит перематывать, так как это приведет к его некорректной работе в дальнейшем. Куда целесообразнее установить автотрансформатор или другой на нужный вам номинал, чтобы понизить напряжение.

С помощью трансформатора

Изменение величины напряжения при помощи электрических машин используется в блоках питания и подзарядных устройствах. Но чтобы понизить  вольтаж источника в такой способ, можно использовать различные типы преобразовательных трансформаторов:

  • С выводом от средней точки – могут выдавать разность потенциалов как 220В, так и в два раза меньшее – 127В или 110В. От него вы сможете взять установленный номинал на те же 110В со средней точки. Это заводские изделия, которые массово устанавливались в старых советских телевизорах и других приборах. Но у этой схемы преобразователя имеется существенный недостаток – если нарушить целостность обмотки ниже среднего вывода, то на выходе трансформатора получится номинал значительно большей величины.
Рис. 3. Понижение трансформатором с отводом от средней точки
  • Автотрансформатором – это универсальная электрическая машина, которая способна не только понизить вольтаж, но и повысить его до нужного вам уровня. Для этого достаточно перевести ручку в нужное положение и проследить полученные показания на вольтметре.
Рис. 4. Использование автотрансформатора
  • Понижающим трансформатором с преобразованием 220В на нужный вам номинал или с любого другого напряжения переменной частоты. Реализовать этот метод можно как уже готовыми моделями трансформаторов, так и самодельными. За счет наличия большого количества инструментов и приспособлений, сегодня каждый может собрать трансформатор с заданными параметрами в домашних условиях. Более детально об этом вы можете узнать из соответствующей статьи: https://www.asutpp.ru/transformator-svoimi-rukami.html

Выбирая конкретную модель электрической машины, чтобы понизить напряжение, обратите внимание на характеристики конкретной модели по отношению к тем устройствам, которые вы хотите запитать.

Наиболее актуальными параметрами у трансформаторов являются:

  • Мощность – трансформатор должен не только соответствовать, подключаемой к нему нагрузке, но и превосходить ее, хотя бы на 10 – 20%. В противном случае максимальный ток приведет к перегреву обмоток трансформатора и дальнейшему выходу со строя.
  • Номинал напряжения – выбирается и для первичной, и для вторичной цепи. Оба параметра одинаково важны, так как, выбрав модель с входным напряжением на 200 или 190В, на выходе вы при питании от 220В получится пропорционально большая величина.
  • Защита от поражения электротоком – все обмотки и выводы от них должны обязательно иметь достаточную изоляцию и защиту от прикосновения.
  • Класс пыле- влагозащищенности – определяет устойчивость оборудования к воздействию окружающих факторов. В современных приборах обозначается индексом IP.

Помимо этого любой преобразователь напряжения, даже импульсный трансформатор, следовало бы защитить от токов короткого замыкания и перегрузки в обмотках. Это существенно сократит затраты на ремонт при возникновении аварийных ситуаций.

С помощью резистора

Для понижения напряжения в цепь нагрузки последовательно включается  делитель напряжения в виде активного сопротивления.

Основной сложностью в регулировке напряжения на подключаемом приборе является зависимость от нескольких параметров:

  • величины напряжения;
  • сопротивления нагрузки;
  • мощности источника.

Если  вы будете понижать от бытовой сети, то ее можно считать источником бесконечной мощности и принять эту составляющую за константу. Тогда расчет резистора будет выполняться таким методом:

R = Uc/I — Rн ,

где

  • R – сопротивление резистора;
  • R
    Н
    – сопротивление прибора нагрузки;
  • I – ток, который должен обеспечиваться в номинальном режиме прибора;
  •  UC – напряжение в сети.

После вычисления номинала резистора можете подобрать соответствующую модель из имеющегося ряда. Стоит отметить, что куда удобнее менять потенциал при помощи переменного резистора, включенного в цепь. Подключив его последовательно с нагрузкой, вы можете подбирать положение таким образом, чтобы понизить напряжение до необходимой величины. Однако эффективным способ назвать нельзя, так как помимо работы в приборе, электрическая энергия будет просто рассеиваться на резисторе, поэтому этот вариант является временным или одноразовым решением.

Видео по теме

напряжение на диоде | Электрознайка. Домашний Электромастер.

Есть другой способ снижения  напряжения на нагрузке, но только для цепей постоянного тока. Про первый способ смотри здесь.

Вместо дополнительного резистора используют цепочку из последовательно включенных, в прямом направлении,  диодов.

Весь смысл состоит в том, что при протекании тока через диод на нем падает «прямое напряжение» равное, в зависимости от типа диода, мощности и тока протекающего через него —  от 0,5 до 1,2 Волта.

На германиевом диоде падает напряжение 0,5 — 0,7 В, на кремниевом от 0,6 до 1,2 Вольта.  Исходя из того, на сколько вольт  нужно понизить напряжение на нагрузке, включают соответствующее количество диодов.

Чтобы понизить напряжение на 6 В необходимо приблизительно включить:  6 В : 1,0 = 6 штук кремниевых диодов, 6 В : 0,6 = 10 штук германиевых диодов. Наиболее популярны и доступны кремниевые диоды.

Выше приведенная схема с диодами, более громоздка в исполнении, чем с простым резистором. Но, выходное напряжение, в схеме с диодами, более стабильно и слабо зависит от нагрузки. В чем разница между этими двумя способами снижения выходного напряжения?

На Рис 1 — добавочное сопротивление — резистор (проволочное сопротивление), Рис 2 — добавочное сопротивление — диод.

У резистора (проволочного сопротивления)  линейная зависимость между током, проходящем через него и падением напряжения на нем. Во сколько раз увеличится ток, во столько же раз увеличится и падение напряжения на резисторе.

Из примера 1: если мы к лампочке подключим параллельно еще одну, то ток в цепи увеличится, с учетом общего сопротивления двух лампочек до 0,66 А. Падение напряжения на добавочном резисторе будет: 12 Ом *0,66 А = 7,92 В.   На лампочках останется: 12 В — 7,92 В = 4,08 В. Они будут гореть в пол накала.

Совсем другая картина будет если вместо резистора будет цепочка диодов.

Зависимость между током протекающем через диод и падающем на нем напряжении нелинейная. Ток может увеличиться в несколько раз, падение напряжения на диоде увеличится всего на несколько десятых вольта.

Т.е. чем больше ток диода, тем (сравнительно с резистором) меньше увеличивается его сопротивление. Падение напряжения на диодах мало зависит от тока в цепи.

Диоды в такой цепи выполняют роль стабилизатора напряжения. Диоды необходимо подбирать по максимальному току в цепи. Максимально допустимый ток диодов должен быть больше, чем  ток в рассчитываемой цепи.

Падения напряжения на некоторых диодах при токе 0,5 А даны в таблице.

В цепях переменного тока, в качестве добавочного сопротивления можно использовать конденсатор, индуктивность, динистор или тиристор (с добавлением схемы управления).

Как получить нестандартное напряжение | Практическая электроника

Как получить нестандартное напряжение, которое не укладывается в диапазон стандартного?

Стандартное напряжение – это  такое напряжение, которое очень часто используется в ваших электронных безделушках. Это напряжение в 1,5 Вольта, 3 Вольта, 5 Вольт, 9 Вольт, 12 Вольт, 24 Вольт и тд. Например, в ваш допотопный МР3 плеер вмещалась одна батарейка в 1,5 Вольта. На пульте дистанционного управления ТВ используются уже две батарейки по 1,5 Вольта, включенные последовательно, значит уже 3 Вольта. В USB разъеме самые крайние контакты  с потенциалом в 5 Вольт. Наверное, у всех в детстве была Денди?  Чтобы питать Денди нужно было подавать на нее напряжение в 9 Вольт. Ну 12 Вольт используется практически во всех автомобилях. 24 Вольта используется уже в основном в промышленности. Также для этого, условно говоря, стандартного ряда “заточены” различные потребители этого напряжения: лампочки, проигрыватели, усилители  и тд.

Но, увы, наш мир не идеален. Иногда просто  ну очень надо получить напряжение не из стандартного ряда. Например, 9,6 Вольт. Ну ни так ни сяк… Да, здесь нас выручает Блок питания.  Но опять же, если использовать готовый блок питания, то наряду с электронной безделушкой придется таскать и его.  Как же решить этот вопрос? Итак, я Вам приведу три варианта:

Регулятор напряжения на LM317T


Сделать в схеме электронной безделушки регулятор напряжения вот по такой схеме (более подробно здесь )

Интегральный стабилизатор и стабилитрон


На Трехвыводных стабилизаторах напряжения построить стабильный источник нестандартного напряжения. Схемы в студию!

Что мы в результате видим? Видим стабилизатор напряжения и стабилитрон, подключенный к среднему выводу стабилизатора. ХХ – это две последние цифры, написанные на стабилизаторе. Там могут быть цифры 05, 09, 12 , 15, 18, 24. Может уже есть даже больше 24. Не знаю, врать не буду. Эти две последние цифры говорят нам о напряжении, которое будет выдавать стабилизатор по классической схеме включения:

Здесь стабилизатор 7805 выдает нам по такой схеме 5 Вольт на выходе. 7812 будет выдавать 12 Вольт, 7815 – 15 Вольт. Более подробно про стабилизаторы можно прочитать здесь.

U стабилитрона – это напряжение стабилизации на стабилитроне. Если мы возьмем стабилитрон с напряжением стабилизации 3 Вольта и стабилизатор напряжение 7805, то на выходе получим 8 Вольт.  8 Вольт – уже нестандартный ряд напряжения ;-).  Получается, что подобрав нужный стабилизатор и нужный стабилитрон, можно с легкостью получить очень стабильное напряжение из нестандартного ряда напряжений ;-).

Давайте все это рассмотрим на примере. Так как я просто замеряю напряжение на выводах стабилизатора, поэтому конденсаторы не использую. Если бы я питал нагрузку, тогда бы использовал и конденсаторы. Подопытным кроликом у нас является стабилизатор 7805. Подаем на вход этого стабилизатора 9 Вольт от балды:

Следовательно, на выходе будет 5 Вольт, все таки как-никак стабилизатор 7805.

Теперь берем стабилитрон на Uстабилизации =2,4 Вольта и вставляем его по этой схеме, можно и без конденсаторов, все-таки делаем просто замеры напряжения.

Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Работает!  Так как у меня стабилитроны не высокоточные (прецизионные), то и напряжение стабилитрона может чуточку различаться от паспортного (напряжение, заявленное производителем). Ну, я думаю, это не беда. 0,1 Вольт для нас погоды не сделают. Как я уже сказал, таким образом можно подобрать любое значение из ряда вон.

[quads id=1]

Интегральный стабилизатор и диод


Есть  также другой подобный способ, но здесь используются диоды. Может быть Вам известно, что падение напряжение на прямом переходе кремниевого диода составляет 0,6-0,7 Вольт, а германиевого диода – 0,3-0,4 Вольта?  Именно этим свойством диода и воспользуемся ;-).

Итак, схему  в студию!

Собираем по схеме данную конструкцию. Нестабилизированное входное постоянное напряжение также и осталось 9 Вольт. Стабилизатор 7805.

Итак, что на выходе?

Почти 5.7 Вольт ;-), что и требовалось доказать.

Если два диода соединять последовательно, то на каждом из них будет падать напряжение, следовательно, оно будет суммироваться:

На каждом кремниевом диоде падает по 0,7 Вольт, значит, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Также и с германиевыми. Можно соединить и три, и четыре диода, тогда нужно суммировать напряжения на каждом. На практике более трех диодов не используют. Диоды можно ставить даже малой мощности, так как в этом случае ток через них все равно будет мал.

Вот такими простыми способами можно получить нестандартное напряжение.

Преимущества 1200-В карбид-кремниевых диодов Шоттки

Карбид-кремниевый (SiC) диод с барьером Шоттки не имеет реального заряда обратного восстановления. Таким образом, гибридный набор, состоящий из 1200-В SiC-диода и 1200-В кремниевого (Si) IGBT, позволяет упростить топологию второго уровня за счет снижения потерь на запирание диода, а также резко снизить потери на выключение Si IGBT. Однако в таком сочетании статические потери диода на основе карбида кремния часто ограничивают потенциал оптимизации решений в виде 1200-В SiC-диода и 1200-В кремниевого (Si) IGBT. Чтобы преодолеть это ограничение и уменьшить статические потери, новое, пятое поколение диодов компании Infineon имеет уменьшенное прямое падение напряжения и меньшую его температурную зависимость. В данной статье описывается, как инновации в конструкции и в технологии изготовления привели к улучшению общих характеристик диода, повышению его надежности и уменьшению стоимости, что в результате облегчило использование таких диодов для разработки на их основе более эффективных, надежных и устойчивых к токовым перегрузкам инверторов.

 

Нулевой обратный заряд восстановления — характерная черта SiC-диодов Шоттки

Кремниевые pin-диоды — это биполярные устройства, которые характеризуются большим зарядом обратного восстановления, зависящим от инжекции неосновных носителей заряда. Во время состояния проводимости диода носители заряда вводятся в устройство и должны быть удалены из устройства до того, как напряжение может быть блокировано, иначе область пространственного заряда может быть застроена. Однако более высокая концентрация носителей заряда приводит к высоким значениям обратного заряда восстановления. Кроме того, заряд обратного восстановления зависит от прямого тока и температуры перехода такого полупроводникового устройства.

Преимуществом использования диодов Шоттки, выполненных на основе карбида кремния, является то, что основные носители заряда показывают практически нулевой заряд обратного восстановления. На диаграмме переключения, приведенной на рис. 1, видно, что, по сравнению с быстрым Si-диодом, пиковый ток обратного восстановления диодов Шотки на основе SiC очень мал. Мы видим здесь лишь ток заряда, связанный с емкостью обратного смещения перехода. Это приводит к значительно более низким потерям при выключении. К тому же, поскольку динамические характеристики диода Шоттки носят емкостной характер, характеристика обратного восстановления SiC-диода Шоттки не зависит ни от величины номинального прямого тока, ни от скорости нарастания тока di/dt, ни от температуры перехода.

Рис. 1. Временная диаграмма, описывающая поведение быстрого Si 1200-В диода Шоттки и SiC диода Шоттки пятого поколения (G5), в режиме обратного восстановления. Условия измерения: VDC = 700 В, ключ — 1200-В IGBT, di/dt = 1300 А/мкс. Потери: 50 мкВт — для диода Шоттки G5, 190 мкВт — для Si pin-диода. Обратное напряжение, приложенное к диоду, выделено черным цветом

 

Уменьшение статических потерь и улучшение тепловых характеристик

Новые 1200-В SiC-диоды Шоттки выполнены с имплементацией совмещенных p-n-переходов (Merged pn-Schottky, MPS), представляющей собой ту же технологическую базу, что и у диодов последнего поколения с рабочим напряжением 650 В. Для лучшего понимания конструкции с реализацией технологии MPS на рис. 2 показана структура SiC-диода Шоттки с его анодной стороны. Возможность блокировочных свойств диода на SiC во время подачи обратного напряжения обеспечивается наличием дрейфового слоя. Однако этот слой также вносит основной вклад в общее сопротивление канала такого полупроводникового устройства. В связи с этим, чтобы понизить прямое напряжение в режиме прямой проводимости диода, необходимо понизить сопротивление этого дрейфового слоя. Более высокий уровень легирования дрейфового слоя (n) снижает сопротивление, но это приводит к более высокому току утечки диода.

Рис. 2. Конструкция 1200-В thinQ! SiC-диода Шоттки пятого поколения. MPS-структура сочетает в себе экранирование электрического поля от барьера Шоттки и повышенную устойчивость к ударным токам путем инжекции дырок:
a) пунктирные линии показывают плотность тока при более высоких токах;
б) конструкция ячейки оптимизирована путем использования ячеистой структуры с гексагональными р+-островками

Введение р+-островков в этой структуре дополнительно экранирует электрическое поле от контакта с барьером Шоттки, таким образом уменьшая токи утечки диода. Следовательно, использование структуры с технологией MPS позволяет снизить общее сопротивление открытого диода за счет увеличения уровня легирования дрейфового слоя, но уже без существенного увеличения тока утечки.

Новая структура диодов пятого поколения дает уменьшение на 50% сопротивления пролетной области по сравнению с предыдущим, вторым поколением, которое представляет собой обычную конструкцию диода Шоттки. На рис. 3 приведены вклады различных компонентов в величину конечного прямого падения напряжения при плотности тока 600 А/см2 для нового и предыдущего поколений диодов. Плотность тока, как правило, тут ниже, и в основном она зависит от достигаемого теплового сопротивления Rth корпуса прибора. Еще более важным достижением является весьма незначительное увеличение прямого напряжения во время работы конечного приложения при полной нагрузке. Это улучшение теперь можно использовать для более высокой плотности тока конструкции с уменьшением ее статических потерь.

Рис. 3. Сравнение значений прямого падения напряжения, связанных с резистивной составляющей, обычного диода Шоттки (G2) и диода Шоттки по технологии MPS (G5) при температурах полупроводникового перехода +25 и +150 °C

 

Значительное увеличение импульсного рабочего тока

Еще один положительный побочный эффект, связанный с технологией MPS, — увеличение максимально допустимого импульсного тока. При более высоких токах потенциал p-n-перехода в островках p+ в n-области преодолевается, и дырки вводятся в дрейфовый слой. Диод становится биполярным с точки зрения прямой передаточной характеристики, как это показано на рис. 4. Благодаря новой технологии 1200-В SiC-диоды Шоттки пятого поколения компании Infineon способны выдерживать броски тока, более чем в 15 раз превышающие номинальный ток для типичной 10-мс синусоидальной полуволны.

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика 5-A 1200-В SiC-диода Шоттки пятого поколения (в корпусе TO-220) при больших токах

 

 

Использование технологии тонких пластин для достижения более низкого прямого падения напряжения и улучшения тепловых характеристик диода

Чтобы обеспечить механическую прочность полупроводникового прибора, в его конструкции используется подложка (рис. 5). На рисунке схематично показано поперечное сечение диода Шоттки на основе SiC. Сопротивление подложки (Rbulk) также вносит определенный вклад в общее дифференциальное сопротивление диода. Когда диод работает в режиме прямой проводимости, то толщина этой подложки оказывает самое непосредственное влияние на величину его прямого падения напряжения. Поэтому, чтобы понизить прямое напряжение, целесообразно уменьшить ее толщину, принимая, однако, во внимание и требования по механической прочности прибора.

Рис. 5.
а) Схематическое изображение SiC-диода Шоттки на толстых и тонких пластинах;
б) путь отвода тепла, выделяющегося в точке полупроводникового перехода диода (для простоты совмещенный p-n-переход не показан)

Правильно выбранная технология формирования толщины пластин позволяет уменьшить толщину подложки примерно до одной трети по сравнению с исходной компоновкой. При такой толщине приведенное общее дифференциальное сопротивление ведет к снижению типичного прямого падения напряжения для чипов одинаковой площади от 150 до 200 мВ.

Помимо снижения прямого падения напряжения, уменьшенная толщина кристалла также приводит и к улучшению теплового сопротивления, которое, в свою очередь, дает преимущества в части рассеиваемой мощности таким полупроводниковым устройством. Очевидно, что более тонкий слой подложки характеризуется более коротким путем для отвода тепла, генерируемого внутри барьера Шоттки и дрейфовым слоем диода. Отвод тепла от полупроводникового перехода повышается, тем самым уменьшая и тепловое сопротивление между переходом и кристаллодержателем или корпусом. Это особенно верно, если в конструкции диода используются такие сложные, имеющие низкое тепловое сопротивление кристалла (Rth) технологии, как диффузионная пайка.

Кроме того, тонкая подложка улучшает распространение теплового потока не только по вертикали, но и в боковом направлении, как это показано на рис. 5б. Уменьшение теплового сопротивления, таким образом, соответствует эквивалентному увеличению рассеиваемой мощности при той же температуре корпуса. Тем не менее здесь необходимо иметь в виду, что при использовании очень тонких пластин удельная тепловая емкость (Cth) вблизи перехода также уменьшается. Что касается кратковременных событий, таких как скачок тока, то здесь необходимо найти приемлемый компромисс между снижением прямого падения напряжения и уменьшением значения Cth.

 

Экспериментальные результаты в топологии повышающего преобразователя

Технические характеристики SiC- и Si-диодов оценивались в схеме повышающего преобразователя. Испытательная установка имела входное напряжение и выходное напряжение постоянного тока 400 и 800 В соответственно и была рассчитана обеспечивать выходную мощность до 3000 Вт. В качестве ключей повышающего преобразователя использовались 1200-В 25-А IGBT IKW25N120h4 компании Infineon. Рабочая частота повышающего преобразователя была выбрана равной 20 кГц. В схеме преобразователя был использован коммерчески доступный 18-А сверхбыстродействующий Si-диод, который обычно используется для этого диапазона выходной мощности. Повышающий дроссель имел индуктивность 2,5 мГн. На рис. 6 представлен график эффективности (КПД) и кривая повышения температуры корпуса диода в зависимости от выходной мощности для 10-A SiC- и 18-А Si-диодов, которые использовались в данной схеме повышающего преобразователя. Испытания проводились при температуре окружающей среды +25 °C.

Рис. 6. Результаты измерения:
a) КПД повышающего преобразователя;
б) температуры корпусов 10-А SiC и 18-А Si диодов при максимальной выходной мощности в 3000 Вт

Как показывают приведенные графики, при выходной мощности в 2400 Вт КПД повышающего преобразователя с использованием SiC-диодов составляет 97,9% по сравнению с 97,0% при использовании кремниевых диодов. Измеренная температура корпуса при указанной выходной мощности для Si-диода составляет +96,7 °C, а для SiC-диода она достигает всего +84 °C. Из-за уменьшения заряда обратного восстановления, характерного для технологии с использованием SiC, выходная мощность повышающего преобразователя может достигать 3000 Вт при температуре корпуса диода, равной +85 °C.

Для сравнения повышения КПД при использовании SiC-диодов разных технологических поколений использовалась та же самая, упомянутая выше, испытательная установка повышающего преобразователя, за исключением транзисторов ключей. В ходе этого испытания в качестве повышающих ключей использовались JFET на основе карбида, что обеспечило максимальную выходную мощность преобразователя до 6 кВт. На рис. 7 представлены соответствующие кривые эффективности (КПД), а также график изменения температуры корпуса диода в зависимости от процентного уровня выходной мощности.

Рис. 7.
а) КПД;
б) зависимости температуры корпуса SiC-диода в схеме повышающего преобразователя с выходным напряжением 800 В при использовании 10-A SiC-диодов Шоттки 5-го (G5) и 2-го (G2) поколения компании Infineon в корпусах TO-247

При 100%-й выходной мощности КПД повышающего преобразователя в случае использования диодов 5-го поколения (G5) составил 97,1%, а 2-е поколение диодов (G2) показало КПД, равный 96,2%. Кроме того, при этой выходной мощности измеренная температура корпуса для диодов 5-го поколения составляет +93,6 °C, в то время как температура корпуса 2-го поколения диодов составила +115,1 °C. Это снижение температуры корпуса при 100%-й выходной мощности является результатом снижения потерь диодов, которое составило 30%.

 

Выводы

По сравнению с использованием обычных решений на базе Si-диодов Шоттки, получить более высокую гибкость при оптимизации системы для случая ИБП, солнечных инверторов, систем накопления и хранения энергии, а также других промышленных применений можно при использовании гибридных сборок в виде 1200-В SiC-диода и 1200-В Si IGBT. Замена обычного Si-диода на диод, выполненный по технологии с использованием SiC, повышает надежность системы из-за более низких собственных температур таких приборов. Кроме того, здесь может быть достигнута более высокая выходная мощность в том же форм-факторе. При незначительных дополнительных конструктивных изменениях в системе плотность мощности может быть увеличена даже при использовании меньших радиаторов и фильтров подавления электромагнитных помех. Новое, 5-е поколение 1200-В SiC-диода Шоттки от компании Infineon обеспечивает эту более высокую гибкость с низкими потерями на выключение, значительное уменьшение статических потерь, особенно при повышенной температуре, а также резкое увеличение устойчивости к броскам тока.

Литература
  1. Björk F., Harmon O., Draghici M., Gerlach R., Basler T., Rupp R. 1200 V thinQ! SiC Schottky Diode Generation 5: what are the three keys for simple, compact and high efficiency inverter designs?. PCIM Europe. 2015.
  2. Fichtner S., Lutz J., Basler T., Rupp R., Gerlach R. Electro — Thermal Simulations and Experimental Results on the Surge Current Capability of 1200 V SiC MPS Diodes. Proceedings of CIPS. 2014.
  3. Rupp R., Gerlach R., Kirchner U., Schlögl A., Ronny Kern R. Performance of a 650V SiC diode with reduced chip thickness. ICSCRM2011, proceedings of.
  4. Scarpa V., Kirchner U., Gerlach R., Kern R. New SiC Thin-Wafer Technology Paving the Way of Schottky Diodes with Improved Performance and Reliability. PCIM Europe. 2012.

снижение потерь в режиме жесткой коммутации

Замена кремниевых сверхбыстрых (Ultrafast) Si-диодов с плавной характеристикой восстановления, используемых в качестве оппозитных IGBT в режиме жесткой коммутации, на карбидокремниевые диоды Шоттки (SiC Schottky) позволяет снизить коммутационные потери в диоде на 80% и в IGBT на 50%.

Введение

Кремниевый (Si) IGBT, сочетающий в себе выходные и динамические характеристики биполярного транзистора и легкость управления MOSFET, стал основным силовым ключом, используемым в режиме жесткой коммутации в высоковольтных (более 500 В) и мощных (более 500 Вт) устройствах. К типичным областям применения относятся инверторы приводов, источники бесперебойного питания, сварочное оборудование и импульсные источники питания (SMPS).

Постоянно растущий спрос на повышение эффективности, упрощение системы охлаждения, уменьшение габаритов элементов силовой электроники, а также более строгие требования к уровню излучаемых помех EMI/RFI и качеству электроэнергии создают новые проблемы для разработчиков. Выполнение этих требований в значительной степени связано со снижением потерь включения IGBT при работе на индуктивную нагрузку в режиме жесткой коммутации. Ток обратного восстановления, наблюдаемый при выключении кремниевых оппозитных диодов, напрямую влияет на потери включения IGBT. Проблема усугубляется тем, что ток обратного восстановления увеличивается с повышением рабочей температуры, тока и di/dt.

Ток обратного восстановления диода и коммутационные потери IGBT могут быть существенно снижены при замене кремниевых оппозитных PiN-диодов на SiC-диоды с барьером Шоттки (SBD). Из-за особенностей кремния изготовить Si-диоды Шоттки с рабочим напряжением выше 200 В невозможно.

SiC-диоды Шоттки

SiC SBD выпускаются с номинальным напряжением 600 и 1200 В, 600-В диоды выпускаются с током 1, 4, 6, 10 и 20 А, 1200-В имеют номинальный ток 5 и 10 А. Основным преимуществом высоковольтных SiC SBD являются отличные динамические характеристики. Они имеют крайне низкий заряд обратного восстановления Qrr, который обусловлен барьерной емкостью, а не накоплением заряда. Кроме того, в отличие от Si-PiN-диодов, этот заряд не зависит от di/dt, прямого тока и температуры. Максимальная температура кристалла +175 °C у SiC SBD является фактической рабочей температурой. Сверхнизкая величина Qrr SiC SBD позволяет уменьшить уровень коммутационных потерь в типовых схемах на основе IGBT, работающих в режиме жесткого переключения. В результате снижается температура корпуса IGBT, повышается эффективность системы, что даже дает возможность использовать менее мощный IGBT. Для оценки преимуществ этих высокопроизводительных диодов была использована тестовая схема диодов с индуктивной нагрузкой, позволяющая измерить динамические потери IGBT и диодов. Это позволило провести сравнение потерь переключения сверхбыстрого кремниевого Si-диода с плавным восстановлением и SiC Cree Zero Recovery SBD и оценить влияние процесса их восстановления на потери переключения IGBT.

Измерительное оборудование

На рис. 1 показана схема, предназначенная для измерения характеристик переключения. В процессе работы на затвор IGBT подается двойной импульс. При тестировании 600-В прибора использовался резистор затвора 10 Ом для задания скорости коммутации 750 А/мкс. Для IGBT 12-го класса использовался резистор 22 Ом, при этом di/dt = 250 А/мкс.

В момент времени T1 IGBT включается, и ток через индуктор увеличивается до тех пор, пока не достигнет требуемого значения в момент T2. При этом IGBT выключается, и ток индуктивности перекоммутируется в диод. Потери включения IGBT и потери включения диодов измеряются в переходном процессе T2.

В момент T2 IGBT выключается, и ток индуктора переходит на оппозитный диод. Потери выключения IGBT и потери включения диодов измеряются в переходном процессе T2. Ток индуктора продолжает течь через диод до тех пор, пока IGBT не будет включен во время T3. Теперь ток индуктора передается из диода обратно в IGBT. Потери включения IGBT и потери выключения диода измеряются в переход- ном процессе T3.

Сравнение характеристик переключения

Параметры коммутации измерялись для 15-А/600-В Ultrafast Si-диода с плавной характеристикой восстановления (такой же используется совместно с 40-А Ultrafast IGBT) и 10-А SiC SBD вместе с потерями 40-А/600-В Si-IGBT. Измерение потерь проводилось при напряжении 500 В и токе 20 A.

На рис. 2 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности, измеренные при выключении Ultrafast Si-диода при температуре кристалла +150 °C. Пик тока обратного восстановления достигает 23 А,время восстановления — 100 нс, пиковая мгновенная мощность —7 кВт. На рис. 2 видно перенапряжение 200 В, вызванное высокой скоростью изменения тока di/dt при обратном восстановлении.

На рис. 3 показаны эпюры выключения SiC SBD при +150 °C. Пик тока обратного восстановления здесь 4 А (снижение на 83%), время восстановления 33 нс (снижение на 67%), максимальная мгновенная мощность — 0,5 кВт (снижение на 93%). Резкое сокращение мощности переключения обусловлено тем, что SiC SBD должен рассеять лишь небольшой емкостной заряд, и это происходит при низком напряжении на диоде. Перенапряжение, формируемое при коммутации Si-диода, полностью отсутствует у SiC SBD.

На рис. 4 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с Ultrafast Si-диодом, измеренные при температуре кристалла +150 °C. Во время включения транзистора ток обратного восстановления диода добавляется к току IGBT, что создает пик, достигающий 44 А. Пиковая мгновенная мощность 15 кВт рассеивается в IGBT. Кроме того, видны высокочастотные колебания на IGBT, возникающие при резком выключении кремниевого диода. Это является одной из основных причин генерации радиочастотных/ электромагнитных помех.

Таблица 1. Сравнение параметров SiC SDB и Ultrafast Si-диодов (600 В) при различных значениях T(I= 20 A, VCC = 500 B,R= 10 Ом)
Параметр Si Pin при +25/+150 °C SiC при +25/+150 °C % снижения при +25/+150 °C
Пик тока восстановления Ipr, A 13/23 4 69/83
Время обратного восстановления Trr, нс 83/100 30/33 64/67
Заряд восстановления Qrr, нс 560/1220 78/82 86/93
Потери выключения диода Eoff_d, мДж 0,11/0,23 0,02 82/91
Потери включения диода Eon_d, мДж 0,03 0,02 33
Потери общие диода Eis_d, мДж 0,14/0,26 0,04 71/85
Потери выключения IGBT Eoff_IGBT, мДж 0,63/0,94 0,23/0,24 63/74
Потери включения IGBT Eon_IGBT, мДж 0,46/0,89 0,32/0,64 30/29
Потери общие IGBT Eis_IGBT, мДж 1,09 0,55/0,64 50/28
Потери общие Eis, мДж 1,23/2,09 0,59/92 52/56

На рис. 5 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с SiC SBD, измеренные при температуре кристалла +150 °C. Использование SiC SBD позволяет снизить пик тока до 22 А (на50%), а максимальную мгновенную мощность до 7,5 кВт (снижение на 50%). Также видно, что при этом отсутствуют высокочастотные осцилляции, что приводит к уменьшению генерации помех RFI/EMI.

Сравнение параметров переключения SiC SDB и Ultrafast Si-диодов приведено для температур кристалла +25 и +150 °C в таблице 1. Можно видеть, что общее снижение потерь переключения (IGBT + диод) составляет 52% при +25 °C и 56% при +150 °С.

На рис. 6 показаны токи выключения Si Ultrafast и SiC SBD при +25 и +150 °C, наложенные в одном масштабе. Параметры SiC SBD не зависят от температуры, пиковый ток восстановления — 5 А. Ток восстановления Ultrafast Si-диода заметно меняется с температурой,увеличиваясь с 13 А при +25 °C до 23 А при +150 °С.

На рис. 7 показаны кривые токов включения IGBT с Si Ultrafast и SiCSBD при температуре +25 и +150 °С, наложенные друг на друга. Пиковый ток IGBT с SiC SBD не зависит от температуры. Вариант с диодомSi Ultrafast показывает сильную температурную зависимость, связанную с высокой термозависимостью тока обратного восстановления.

На рис. 8 показаны суммарные динамические потери диода (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температуре +50, +100 и +150 °C. SBD имеет значительно меньшие потери (снижение до 85%), не меняющиеся с ростом температуры.

На рис. 9 показаны суммарные динамические потери IGBT (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температуре +50, +100 и +150 °C. Потери транзистора с SiC SBD примерно в два раза ниже, чем с Ultrafast Si-диодом. Этот вариант также демонстрирует гораздо меньшую зависимость от температуры. Температурная зависимость потерь переключения IGBT с SiC SBD обусловлена увеличением времени выключения транзистора, при этом потери включения не меняются с нагревом прибора. Такое заметное улучшение динамических свойств IGBT объясняется, в первую очередь, отсутствием процесса обратного восстановления SiC SBD.

Сравнение характеристик переключения 1200-В приборов

Параметры переключения измерялись для 8 А/1200 В Ultrafast Si-диода (такой же используется совместно с 11-А сверхбыстрым IGBT) и 5-А SBD, вместе с потерями 11 А/1200 В IGBT. Измерение потерь проводилось при напряжении 1000 В и токе 5 A. Максимальная температура кристалла при испытаниях составляла +125 °С, поскольку при температуре +150 °С начинается тепловое «убегание» IGBT.

На рис. 10 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при выключении Ultrafast Si-диода при температуре кристалла +125 °C. Пик тока обратного восстановления достигает 6 А, время восстановления — 148 нс, мгновенная пиковая мощность — 2,8 кВт. Перенапряжение на 600-В Si-диоде не является ярко выраженным, поскольку тестирование происходило при низком значении di/dt (250 вместо 750 А/мкс).

На рис. 11 показано выключение SiC SBD при температуре кристалла +125 °C.

Использование SiC SBD позволяет уменьшить пик тока до 1 А (снижение на 83%), время восстановления — до 30 нс (снижение на 80%), а максимальную мгновенную мощность — до 0,3 кВт (снижение на 89%).Такое значительное уменьшение пиковой мощности объясняется тем,что SBD рассеивает только емкостной заряд при низком напряжении.

На рис. 12 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с Ultrafast Si-диодом при температуре кристалла +125 °C. В процессе включения ток обратного восстановления диода добавляется к току IGBT, что создает пик 11,7 А. Мгновенная мощность, рассеиваемая при этом транзистором, составляет 11 кВт.

На рис. 13 показаны эпюры напряжения, тока и мгновенной мощности при включении IGBT с SBD при температуре кристалла +125 °C. Использование SBD позволяет уменьшить пик тока до 6,7 А (снижение на 42%), а максимальную мгновенную мощность — до 6,2 кВт (снижение на 44%).

На рис. 14 показаны эпюры токов выключения Ultrafast Si-диода и SiC SBD при температуре +25 и +125 °C, наложенные друг на друга. Параметры SiC SBD неизменны с температурой, пиковый ток восстановления — 1 А. Диоды Si Ultrafast демонстрируют сильную температурную зависимость, ток увеличивается с 5 А при +25 °C до 6 А при +150 °С. Время обратного восстановления Si Ultrafast растет со 100 нс при +25 °C до 148 нс при +125 °С, в то время как параметр trr у SiC SBD при тех же условиях остается неизменным.

На рис. 15 показаны эпюры токов включения IGBT с Ultrafast Si-диодом и SiC SBD при температуре +25 и +125 °C, наложенные друг на друга. Пик тока IGBT с SiC SBD не зависит от температуры. Пиковый ток и время обратного восстановления IGBT с Ultrafast Si-диодом демонстрируют сильную температурную зависимость вследствие термозависимости процесса обратного восстановления.

На рис. 16 показаны суммарные динамические потери диода (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температурах +25, +75 и +125 °C. SiC SBD имеет значительно меньшие потери переключения (снижение до 75%), которые не зависят от температуры.

Таблица 1. Сравнение параметров SiC SDB и Ultrafast Si-диодов (600 В) при различных значениях T(I= 5 A, VCC = 1000 B,R= 22 Ом)
Параметр Si Pin при +25/+150 °C SiC при +25/+150 °C % снижения при +25/+150 °C
Пик тока восстановления Ipr, A 5,5/6 1 82/83
Время обратного восстановления Trr, нс 100/148 30 70/80
Заряд восстановления Qrr, нс 295/540 20 93/95
Потери выключения диода Eoff_d, мДж 0,08/0,16 0,02 75/88
Потери включения диода Eon_d, мДж 0,03 0,02 33
Потери общие диода Eis_d, мДж 0,11/0,19 0,04 64/79
Потери выключения IGBT Eoff_IGBT, мДж 0,73/0,98 0,28 62/71
Потери включения IGBT Eon_IGBT, мДж 0,33/0,57 0,25/0,41 24/28
Потери общие IGBT Eis_IGBT, мДж 1,06/1,55 0,53/0,69 50/55
Потери общие Eis, мДж 1,17/1,74 0,57/0,73 51/58

На рис. 17 показаны суммарные динамические потери IGBT (включение и выключение) при частоте коммутации от 10 до 100 кГц и температурах +25, +75 и +125 °C. Потери транзистора с SiC SBD примерно в два раза ниже, чем с Si Ultrafast. У этого варианта также меньше температурная зависимость потерь. Ее наличие объясняется тем, что с ростом температуры растет время выключения, а потери включения остаются при этом неизменными. Такое заметное улучшение динамических свойств IGBT объясняется, в первую очередь, отсутствием процесса обратного восстановления SiC SBD.

Потери проводимости и общие потери

На рис. 18 показана прямая вольт-амперная характеристика 1200-В Ultrafast Si-диода и SiC SBD при температурах +25 и +125 °С. При токе 5 А прямое падение напряжения SiC SBD меньше на 0,75 В при 25 °Си на 0,18 В при +125 °С, таким образом, SiC-диод имеет меньшие потери проводимости.

Таблица 3. Сравнение расчетных значений потерь конвертера с 1200-В Ultrafast Si-диодами и SiC SDB при Tj = +125 °C
Параметр Si Pin SiC % снижения
Потери диода динамические, Вт 19 4 79
Потери диода статические, Вт 12,5 11,7 6
Потери общие диода, Вт 31,5 15,7 50
Потери IGBT динамические, Вт 155 69 55
Потери IGBT статические, Вт 14,5 14,5 0
Потери общие IGBT, Вт 169,5 83,5 51
Потери общие, Вт 201 99,2 51

В таблице 3 приведены расчеты суммарных потерь для преобразователя на модулях 12-го класса, работающего с частотой коммутации 100 кГц с коэффициентом заполнения 50% при среднем токе 2,5 А. Расчеты делались для температуры кристаллов +125 °С. Справочное значение потерь проводимости IGBT составляет 2,9 В при 5 А. При использовании SiC SBD общие потери диода уменьшаются на 50%, а потери IGBT — на 51%. Таким образом, простая замена Ultrafast Si-диодов на SiC SBD обеспечивает снижение потерь 1200-В конвертера на 51%.

Заключение

Потери включения IGBT в значительной степени зависят от характеристик обратного восстановления оппозитного диода. Параметры SiC SBD оказывают большое влияние на динамические свойства как самого диода, так и IGBT в режиме жесткой коммутации. Представленные выше результаты измерений демонстрируют значительные преимущества SiC-диодов Шоттки. В то время как ток обратного восстановления Ultrafast Si-диодов демонстрирует сильную зависимость от температуры, параметры SiC SBD остаются неизменными. При высоких значениях di/dt Ultrafast Si-диоды генерируют перенапряжение при выключении, в отличие от них SiC SBD практически не генерируют перенапряжения благодаря отсутствию тока обратного восстановления. Резкое выключение Si Ultrafast создает паразитные осцилляции напряжения на IGBT,что, в свою очередь, приводит к генерации радиочастотных/электромагнитных помех. Этот эффект также отсутствует у SiC SBD.

Снижение потерь переключения на 50% можно использовать для оптимизации характеристик устройства несколькими различными способами. Например, это дает возможность увеличения эффективности преобразователя, снижения требований к системе охлаждении или использования IGBT с меньшим номинальным током. Также это позволяет увеличить рабочую частоту и, соответственно, уменьшить размеры пассивных компонентов или улучшить акустические характеристики. Отсутствие коммутационных перенапряжений устраняет необходимость в снабберных цепях. Отсутствие высокочастотных осцилляций уменьшает требования к фильтрам RFI/EMI. Замена Ultrafast Si-диодов на SiC-диоды Шоттки, такие как Cree Zero Recovery SBD, приводит к существенному снижению коммутационных потерь как в диоде, так и в IGBT, что дает значительное улучшение характеристик всей системы.

Автор

Джим Ричмонд(Jim Richmond)

Перевод

Евгений Карташов

Валерия Смирнова — продакт-менеджер компании Макро Групп. [email protected]

Статья была опубликована в журнале «Силовая электроника», № 1’2018.

Блок питания. Блок питания Как сделать из 12 вольт 3.7 вольта

DC-DC преобразователь 12>3 Вольт, был создан для запитки маломощных плееров с питанием от двух пальчиковых батареек. Поскольку плееры были предназначены для работы в автомобиле, а бортовая сеть автомобиля доставляет 12 Вольт, то каким-то образом нужно было понизить напряжения до номинала 3-4 Вольт.

При заведенном двигателе автомобиля, напряжение бортовой сети повышается до 14 Вольт, это тоже нужно принять во внимание.

Недолго думая, решил изготовить самый простой понижающий преобразователь, если представленное устройство вообще можно назвать преобразователем. Конструкция DC-DC преобразователя довольно проста и основана на явлении спада напряжения, которое проходит через кристалл полупроводникового диода. Как известно, проходя через полупроводниковый диод, номинал постоянного напряжения спадает в районе 0,7 Вольт. Поэтому, чтобы получить нужный спад напряжения, были использованы 12 дешевых полупроводниковых диода серии IN4007. Это обычные выпрямительные диоды с током 1 Ампер и с обратным напряжением порядка 1000 Вольт, желательно использовать именно эти диоды, поскольку они являются самым доступным и дешевым вариантом. Ни в коем случае не стоит использовать диоды с барьером Шоттки , на них спад напряжения слишком мал, следовательно, для наших целей они не подходят.


После диодов желательно поставить конденсатор (электролит 100-470мкФ) для сглаживания пульсаций и помех.

Выходное напряжение нашего «DC-DC преобразователя» составляет 3,3-3,7 Вольт, выходной ток (максимальный) до 1 Ампер. В ходе работы диоды должны чуток перегреваться, но это вполне нормально.


Весь монтаж можно выполнить на обычной макетной плате или же навесным образом, но не стоит забывать, что вибрации могут разрушить места припоев, поэтому в случае использования навесного варианта, диоды желательно приклеить друг к другу с помощью термоклея.


Аналогичным способом можно понизить напряжение бортовой сети автомобиля до 5 Вольт, для зарядки портативной цифровой электроники — планшетных компьютеров, навигаторов, GPS приемников и мобильных телефонов.

Напряжение 12 Вольт используется для питания большого количества электроприборов: приемники и магнитолы, усилители, ноутбуки, шуруповерты, светодиодные ленты и прочее. Часто они работают от аккумуляторов или от блоков питания, но когда те или другие выходят из строя перед пользователем возникает вопрос: «Как получить 12 Вольт переменного тока»? Об этом мы расскажем далее, предоставив обзор наиболее рациональных способов.

Получаем 12 Вольт из 220

Наиболее часто стоит задача получить 12 вольт из бытовой электросети 220В. Это можно сделать несколькими способами:

  1. Понизить напряжение без трансформатора.
  2. Использовать сетевой трансформатор 50 Гц.
  3. Использовать импульсный блок питания, возможно в паре с импульсным или линейным преобразователем.

Понижение напряжения без трансформатора

Преобразовать напряжение из 220 Вольт в 12 без трансформатора можно 3-мя способами:

  1. Понизить напряжение с помощью балластного конденсатора. Универсальный способ используется для питания маломощной электроники, например светодиодных ламп, и для заряда небольших аккумуляторов, как в фонариках. Недостатком является низкий косинус Фи у схемы и невысокая надежность, но это не мешает её повсеместно использовать в дешевых электроприборах.
  2. Понизить напряжение (ограничить ток) с помощью резистора. Способ не очень хороший, но имеет право на существование, подойдет, чтобы запитать какую-то очень слабую нагрузку, типа светодиода. Его основной недостаток – это выделение большого количества активной мощности в виде тепла на резисторе.
  3. Использовать автотрансформатор или дроссель с подобной логикой намотки.

Гасящий конденсатор

Прежде чем приступить к рассмотрению этой схемы предварительно стоит сказать об условиях, которые вы должны соблюдать:

  • Блок питания не универсальный, поэтому его рассчитывают и используют только для работы с одним заведомо известным прибором.
  • Все внешние элементы блока питания, например регуляторы, если вы будете использовать дополнительные компоненты для схемы, должны быть изолированы, а на металлических ручках потенциометров надеты пластиковые колпачки. Не касайтесь платы блока питания и проводов для подключения выходного напряжения, если к ним не подключена нагрузка или если в схеме не установлен стабилитрон или стабилизатор для низкого постоянного напряжения.

Тем не менее, такая схема вряд ли вас убьёт, но удар электрическим током получить можно.

Схема изображена на рисунке ниже:

R1 – нужен для разрядки гасящего конденсатора, C1 – основной элемент, гасящий конденсатор, R2 – ограничивает токи при включении схемы, VD1 – диодный мост, VD2 – стабилитрон на нужное напряжение, для 12 вольт подойдут: Д814Д, КС207В, 1N4742A. Можно использовать и линейный преобразователь.

Или усиленный вариант первой схемы:

Номинал гасящего конденсатора рассчитывают по формуле:

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√(Uвход²-Uвыход²)

С(мкФ) = 3200*I(нагрузки)/√Uвход

Но можно и воспользоваться калькуляторами, они есть в онлайн или в виде программы для ПК, например как вариант от Гончарука Вадима, можете поискать в интернете.

Конденсаторы должны быть такими – пленочными:

Или такие:

Остальные перечисленные способы рассматривать не имеет смысла, т.к. понижение напряжения с 220 до 12 Вольт с помощью резистора не эффективно ввиду большого тепловыделения (размеры и мощность резистора будут соответствующие), а мотать дроссель с отводом от определенного витка чтобы получить 12 вольт нецелесообразно ввиду трудозатрат и габаритов.

Блок питания на сетевом трансформаторе

Классическая и надежная схема, идеально подходит для питания усилителей звука, например колонок и магнитол. При условии установки нормального фильтрующего конденсатора, который обеспечит требуемый уровень пульсаций.

В дополнение можно установить стабилизатор на 12 вольт, типа КРЕН или L7812 или любой другой для нужного напряжения. Без него выходное напряжение будет изменяться соответственно скачкам напряжения в сети и будет равно:

Uвых=Uвх*Ктр

Ктр – коэффициент трансформации.

Здесь стоит отметить, что выходное напряжение после диодного моста должно быть на 2-3 вольта больше, чем выходное напряжение БП – 12В, но не более 30В, оно ограничено техническими характеристиками стабилизатора, и КПД зависит от разницы напряжений между входом и выходом.

Трансформатор должен выдавать 12-15В переменного тока. Стоит отметить, что выпрямленное и сглаженное напряжение будет в 1,41 раз больше входного. Оно будет близко к амплитудному значению входной синусоиды.

Также хочется добавить схему регулируемого БП на LM317. С его помощью вы можете получить любое напряжение от 1,1 В до величины выпрямленного напряжения с трансформатора.

12 Вольт из 24 Вольт или другого повышенного постоянного напряжения

Чтобы понизить напряжение постоянного тока из 24 Вольт в 12 Вольт можно использовать линейный или импульсный стабилизатор. Такая необходимость может возникнуть, если нужно запитать 12 В нагрузку от бортовой сети автобуса или грузовика напряжением в 24 В. Кроме того вы получите стабилизированное напряжение в сети автомобиля, которое часто изменяется. Даже в авто и мотоциклах с бортовой сетью в 12 В оно достигает 14,7 В при работающем двигателе. Поэтому эту схему можно использовать и для питания светодиодных лент и светодиодов на транспортных средствах.

Схема с линейным стабилизатором упоминалась в предыдущем пункте.

К ней можно подключить нагрузку током до 1-1,5А. Чтобы усилить ток, можно использовать проходной транзистор, но выходное напряжение может немного снизится – на 0,5В.

Подобным образом можно использовать LDO-стабилизаторы, это такие же линейные стабилизаторы напряжения, но с низким падением напряжения, типа AMS-1117-12v.

Или импульсные аналоги типа AMSR-7812Z, AMSR1-7812-NZ.

Схемы подключения аналогичны L7812 и КРЕНкам. Также эти варианты подойдут и для понижения напряжения от блока питания от ноутбука.

Эффективнее использовать импульсные понижающие преобразователи напряжения, например на базе ИМС LM2596. На плате подписаны контактные площадки In (вход +) и (- Out выход) соответственно. В продаже можно найти версию с фиксированным выходным напряжением и с регулируемым, как на фото сверху в правой части вы видите многооборотный потенциометр синего цвета.

12 Вольт из 5 Вольт или другого пониженного напряжения

Вы можете получить 12В из 5В, например, от USB-порта или зарядного устройства для мобильного телефона, также можно использовать и с популярными сейчас литиевыми аккумуляторами с напряжением 3,7-4,2В.

Если речь вести о блоках питания, можно и вмешаться во внутреннюю схему, править источник опорного напряжения, но для этого нужно иметь определенные знания в электронике. Но можно сделать проще и получить 12В с помощью повышающего преобразователя, например на базе ИМС XL6009. В продаже имеются варианты с фиксированным выходом 12В либо регулируемые с регулировкой в диапазоне от 3,2 до 30В. Выходной ток – 3А.

Он продаётся на готовой плате, и на ней есть пометки с назначением выводов – вход и выход. Еще вариант — использовать MT3608 LM2977, повышает до 24В и выдерживает выходной ток до 2А. Также на фото отчетливо видны подписи к контактным площадкам.

Как получить 12В из подручных средств

Самый простой способ получить напряжение 12В – это соединить последовательно 8 пальчиковых батареек по 1,5 В.

Или использовать готовую 12В батарейку с маркировкой 23АЕ или 27А, такие используются в пультах дистанционного управления. В ней внутри подборка из маленьких «таблеток», которые вы видите на фото.

Мы рассмотрели набор вариантов для получения 12В в домашних условиях. Каждый из них имеет свои плюсы и минусы, различную степень эффективности, надежности и КПД. Какой вариант лучше использовать, вы должны выбрать самостоятельно исходя из возможностей и потребностей.

Также стоит отметить, что мы не рассмотрели один из вариантов. Получить 12 вольт можно и от блока питания для компьютера формата ATX. Для его запуска без ПК нужно замкнуть зеленый провод на любой из черных. 12 вольт находятся на желтом проводе. Обычно мощность 12В линии несколько сотен Ватт и ток в десятки Ампер.

Теперь вы знаете, как получить 12 Вольт из 220 или других доступных значений. Напоследок рекомендуем просмотреть полезное видео

Как получить нестандартное напряжение, которое не укладывается в диапазон стандартного?

Стандартное напряжение – это такое напряжение, которое очень часто используется в ваших электронных безделушках. Это напряжение в 1,5 Вольта, 3 Вольта, 5 Вольт, 9 Вольт, 12 Вольт, 24 Вольт и тд. Например, в ваш допотопный МР3 плеер вмещалась одна батарейка в 1,5 Вольта. На пульте дистанционного управления ТВ используются уже две батарейки по 1,5 Вольта, включенные последовательно, значит уже 3 Вольта. В USB разъеме самые крайние контакты с потенциалом в 5 Вольт. Наверное, у всех в детстве была Денди? Чтобы питать Денди нужно было подавать на нее напряжение в 9 Вольт. Ну 12 Вольт используется практически во всех автомобилях. 24 Вольта используется уже в основном в промышленности. Также для этого, условно говоря, стандартного ряда “заточены” различные потребители этого напряжения: лампочки, проигрыватели, и тд.

Но, увы, наш мир не идеален. Иногда просто ну очень надо получить напряжение не из стандартного ряда. Например, 9,6 Вольт. Ну ни так ни сяк… Да, здесь нас выручает Блок питания . Но опять же, если использовать готовый блок питания, то наряду с электронной безделушкой придется таскать и его. Как же решить этот вопрос? Итак, я Вам приведу три варианта:

Вариант №1

Сделать в схеме электронной безделушки регулятор напряжения вот по такой схеме (более подробно ):

Вариант №2

На Трехвыводных стабилизаторах напряжения построить стабильный источник нестандартного напряжения. Схемы в студию!


Что мы в результате видим? Видим стабилизатор напряжения и стабилитрон, подключенный к среднему выводу стабилизатора. ХХ – это две последние цифры, написанные на стабилизаторе. Там могут быть цифры 05, 09, 12 , 15, 18, 24. Может уже есть даже больше 24. Не знаю, врать не буду. Эти две последние цифры говорят нам о напряжении, которое будет выдавать стабилизатор по классической схеме включения:


Здесь стабилизатор 7805 выдает нам по такой схеме 5 Вольт на выходе. 7812 будет выдавать 12 Вольт, 7815 – 15 Вольт. Более подробно про стабилизаторы можно прочитать .

U стабилитрона – это напряжение стабилизации на стабилитроне. Если мы возьмем стабилитрон с напряжением стабилизации 3 Вольта и стабилизатор напряжение 7805, то на выходе получим 8 Вольт. 8 Вольт – уже нестандартный ряд напряжения;-). Получается, что подобрав нужный стабилизатор и нужный стабилитрон, можно с легкостью получить очень стабильное напряжение из нестандартного ряда напряжений;-).

Давайте все это рассмотрим на примере. Так как я просто замеряю напряжение на выводах стабилизатора, поэтому конденсаторы не использую. Если бы я питал нагрузку, тогда бы использовал и конденсаторы. Подопытным кроликом у нас является стабилизатор 7805. Подаем на вход этого стабилизатора 9 Вольт от балды:


Следовательно, на выходе будет 5 Вольт, все таки как-никак стабилизатор 7805.


Теперь берем стабилитрон на U стабилизации =2,4 Вольта и вставляем его по этой схеме, можно и без конденсаторов, все-таки делаем просто замеры напряжения.



Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Работает! Так как у меня стабилитроны не высокоточные (прецизионные), то и напряжение стабилитрона может чуточку различаться от паспортного (напряжение, заявленное производителем). Ну, я думаю, это не беда. 0,1 Вольт для нас погоды не сделают. Как я уже сказал, таким образом можно подобрать любое значение из ряда вон.

Вариант №3

Есть также другой подобный способ, но здесь используются диоды. Может быть Вам известно, что падение напряжение на прямом переходе кремниевого диода составляет 0,6-0,7 Вольт, а германиевого диода – 0,3-0,4 Вольта ? Именно этим свойством диода и воспользуемся;-).

Итак, схему в студию!


Собираем по схеме данную конструкцию. Нестабилизированное входное постоянное напряжение также и осталось 9 Вольт. Стабилизатор 7805.


Итак, что на выходе?


Почти 5.7 Вольт;-), что и требовалось доказать.

Если два диода соединять последовательно, то на каждом из них будет падать напряжение, следовательно, оно будет суммироваться:


На каждом кремниевом диоде падает по 0,7 Вольт, значит, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Также и с германиевыми. Можно соединить и три, и четыре диода, тогда нужно суммировать напряжения на каждом. На практике более трех диодов не используют. Диоды можно ставить даже малой мощности, так как в этом случае ток через них все равно будет мал.

Как самому собрать простой блок питания и мощный источник напряжения.
Порой приходится подключать различные электронные приборы, в том числе самодельные, к источнику постоянного напряжения 12 вольт. Блок питания несложно собрать самостоятельно в течении половины выходного дня. Поэтому нет необходимости приобретать готовый блок, когда интереснее самостоятельно изготовить необходимую вещь для своей лаборатории.


Каждый, кто захочет сможет изготовить 12 — ти вольтовый блок самостоятельно, без особых затруднений.
Кому-то необходим источник для питания усилителя, а кому запитать маленький телевизор или радиоприемник…
Шаг 1: Какие детали необходимы для сборки блока питания…
Для сборки блока, заранее подготовьте электронные компоненты, детали и принадлежности из которого будет собираться сам блок….
-Монтажная плата.
-Четыре диода 1N4001, или подобные. Мост диодный.
-Стабилизатор напряжения LM7812.
-Маломощный понижающий трансформатор на 220 в, вторичная обмотка должна иметь 14В — 35В переменного напряжения, с током нагрузки от 100 мА до 1А, в зависимости от того какую мощность необходимо получить на выходе.
-Электролитический конденсатор емкостью 1000мкФ — 4700мкФ.
-Конденсатор емкостью 1uF.
-Два конденсатора емкостью 100nF.
-Обрезки монтажного провода.
-Радиатор, при необходимости.
Если необходимо получить максимальную мощность от источника питания, для этого необходимо подготовить соответствующий трансформатор, диоды и радиатор для микросхемы.
Шаг 2: Инструменты….
Для изготовления блока необходимы инструменты для монтажа:
-Паяльник или паяльная станция
-Кусачки
-Монтажный пинцет
-Кусачки для зачистки проводов
-Устройство для отсоса припоя.
-Отвертка.
И другие инструменты, которые могут оказаться полезными.
Шаг 3: Схема и другие…


Для получения 5 вольтового стабилизированного питания, можно заменить стабилизатор LM7812 на LM7805.
Для увеличения нагрузочной способности более 0,5 ампер, понадобится радиатор для микросхемы, в противном случае он выйдет из строя от перегрева.
Однако, если необходимо получить несколько сотен миллиампер (менее, чем 500 мА) от источника, то можно обойтись без радиатора, нагрев будет незначительным.
Кроме того, в схему добавлен светодиод, чтобы визуально убедиться, что блок питания работает, но можно обойтись и без него.

Схема блока питания 12в 30А .
При применении одного стабилизатора 7812 в качестве регулятора напряжения и нескольких мощных транзисторов, данный блок питания способен обеспечить выходной ток нагрузки до 30 ампер.
Пожалуй, самой дорогой деталью этой схемы является силовой понижающий трансформатор. Напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть на несколько вольт больше, чем стабилизированное напряжение 12в, чтобы обеспечить работу микросхемы. Необходимо иметь в виду, что не стоит стремиться к большей разнице между входным и выходным значением напряжения, так как при таком токе теплоотводящий радиатор выходных транзисторов значительно увеличивается в размерах.
В трансформаторной схеме применяемые диоды должны быть рассчитаны на большой максимальный прямой ток, примерно 100А. Через микросхему 7812 протекающий максимальный ток в схеме не составит больше 1А.
Шесть составных транзисторов Дарлингтона типа TIP2955 включенных параллельно, обеспечивают нагрузочный ток 30А (каждый транзистор рассчитан на ток 5А), такой большой ток требует и соответствующего размера радиатора, каждый транзистор пропускает через себя одну шестую часть тока нагрузки.
Для охлаждения радиатора можно применить небольшой вентилятор.
Проверка блока питания
При первом включении не рекомендуется подключать нагрузку. Проверяем работоспособность схемы: подсоединяем вольтметр к выходным клеммам и измеряем величину напряжения, оно должно составлять 12 вольт, или значение очень близко к нему. Далее подключаем нагрузочный резистор 100 Ом, мощностью рассеивания 3 Вт, или подобную нагрузку — типа лампы накаливания от автомобиля. При этом показание вольтметра не должно изменяться. Если на выходе отсутствует напряжение 12 вольт, отключите питание и проверьте правильность монтажа и исправность элементов.
Перед монтажом проверьте исправность силовых транзисторов, так как при пробитом транзисторе напряжение с выпрямителя прямиком попадает на выход схемы. Чтобы избежать этого, проверьте на короткое замыкание силовые транзисторы, для этого измерьте мультиметром по раздельности сопротивление между коллектором и эмиттером транзисторов. Эту проверку необходимо провести до монтажа их в схему.

Блок питания 3 — 24в

Схема блока питания выдает регулируемое напряжение в диапазоне от 3 до 25 вольт, при токе максимальной нагрузки до 2А, если уменьшить токоограничительный резистор 0,3 ом, ток может быть увеличен до 3 ампер и более.
Транзисторы 2N3055 и 2N3053 устанавливаются на соответствующие радиаторы, мощность ограничительного резистора должно быть не менее 3 Вт. Регулировка напряжения контролируется ОУ LM1558 или 1458. При использовании ОУ 1458 необходимо заменить элементы стабилизатора, подающие напряжение с вывода 8 на 3 ОУ с делителя на резисторах номиналом 5.1 K.
Максимальное постоянное напряжение для питания ОУ 1458 и 1558 36 В и 44 В соответственно. Силовой трансформатор должен выдавать напряжение, как минимум на 4 вольт больше, чем стабилизированное выходное напряжение. Силовой трансформатор в схеме имеет на выходе напряжение 25.2 вольт переменного тока с отводом посредине. При переключении обмоток выходное напряжение уменьшается до 15 вольт.

Схема блока питания на 1,5 в

Схема блока питания для получения напряжения 1,5 вольта, используется понижающий трансформатор, мостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром и микросхема LM317.

Схема регулируемого блока питания от 1,5 до 12,5 в

Схема блока питания с регулировкой выходного напряжения для получения напряжения от 1,5 вольта до 12,5 вольт, в качестве регулирующего элемента применяется микросхема LM317. Ее необходимо установить на радиатор, на изолирующей прокладке для исключения замыкания на корпус.

Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением

Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением напряжением 5 вольт или 12 вольт. В качестве активного элемента применяется микросхема LM 7805, LM7812 она устанавливается на радиатор для охлаждения нагрева корпуса. Выбор трансформатора приведен слева на табличке. По аналогии можно выполнить блок питания и на другие выходные напряжения.

Схема блока питания мощностью 20 Ватт с защитой

Схема предназначена для небольшого трансивера самодельного изготовления, автор DL6GL. При разработке блока ставилась задача иметь КПД не менее 50%, напряжение питания номинальное 13,8V, максимум 15V, на ток нагрузки 2,7а.
По какой схеме: импульсный источник питания или линейный?
Импульсные блоки питания получается малогабаритный и кпд хороший, но неизвестно как поведет себя в критической ситуации, броски выходного напряжения…
Несмотря на недостатки выбрана схема линейного регулирования: достаточно объемный трансформатор, не высокий КПД, необходимо охлаждение и пр.
Применены детали от самодельного блока питания 1980-х годов: радиатор с двумя 2N3055. Не хватало еще только µA723/LM723-регулятор напряжения и несколько мелких деталей.
Регулятор напряжения напряжения собран на микросхеме µA723/LM723 в стандартная включении. Выходные транзисторы Т2, Т3 типа 2N3055 для охлаждения устанавливаются на радиаторы. При помощи потенциометра R1 устанавливается выходное напряжение в пределах 12-15V. При помощи переменного резистора R2 устанавливается максимальное падение напряжение на резисторе R7, которое составляет 0,7В (между контактами 2 и 3 микросхемы).
Для блока питания применяется тороидальный трансформатор (может быть любой по вашему усмотрению).
На микросхеме MC3423 собрана схема срабатывающая при превышении напряжения (выбросах) на выходе блока питания, регулировкой R3 выставляется порог срабатывания напряжения на ножке 2 с делителя R3/R8/R9 (2,6V опорное напряжение), с выхода 8 подается напряжение открывающее тиристор BT145, вызывающее короткое замыкание приводящее к срабатыванию предохранителя 6,3а.

Для подготовки блока питания к эксплуатации (предохранитель 6,3а пока не участвует) выставить выходное напряжение например, 12.0В. Нагрузите блок нагрузкой, для этого можно подключить галогенную лампу 12В/20W. R2 настройте, что бы падение напряжение было 0,7В (ток должен быть в пределах 3,8А 0,7=0,185Ωх3,8).
Настраиваем срабатывание защиты от перенапряжения, для этого плавно выставляем выходное напряжение 16В и регулируем R3 на срабатывание защиты. Далее выставляем выходное напряжение в норму и устанавливаем предохранитель (до этого ставили перемычку).
Описанный блок питания можно реконструировать для более мощных нагрузок, для этого установите более мощный трансформатор, дополнительно транзисторы, элементы обвязки, выпрямитель по своему усмотрению.

Самодельный блок питания на 3.3v

Если необходим мощный блок питания, на 3,3 вольта, то его можно изготовить, переделав старый блок питания от пк или используя выше приведенные схемы. К примеру, в схема блока питания на 1,5 в заменить резистор 47 ом большего номинала, или поставить для удобства потенциометр, отрегулировав на нужное напряжение.

Трансформаторный блок питания на КТ808

У многих радиолюбителей остались старые советские радиодетали, которые валяются без дела, но которые можно с успехом применить и они верой и правдой вам долго будут служить, одна из известных схем UA1ZH, которая гуляет по просторам интернета. Много копий и стрел сломано на форумах при обсуждении, что лучше полевой транзистор или обычный кремниевый или германиевый, какую температуру нагрева кристалла они выдержат и кто из них надежнее?
У каждой стороны свои доводы, ну а вы можете достать детали и смастерить еще один несложный и надежный блок питания. Схема очень простая, защищена от перегрузки по току и при параллельном включении трех КТ808 может выдать ток 20А, у автора использовался такой блок при 7 параллельных транзисторов и отдавал в нагрузку 50А, при этом емкость конденсатора фильтра была 120 000 мкф, напряжение вторичной обмотки 19в. Необходимо учитывать, что контакты реле должны коммутировать такой большой ток.

При условии правильного монтажа, просадка выходного напряжения не превышает 0.1 вольта

Блок питания на 1000в, 2000в, 3000в

Если нам необходимо иметь источник постоянного напряжения на высокое напряжение для питания лампы выходного каскада передатчика, что для этого применить? В интернете имеется много различных схем блоков питания на 600в, 1000в, 2000в, 3000в.
Первое: на высокое напряжение используют схемы с трансформаторов как на одну фазу, так и на три фазы (если имеется в доме источник трехфазного напряжения).
Второе: для уменьшения габаритов и веса используют бестрансформаторную схему питания, непосредственно сеть 220 вольт с умножением напряжения. Самый большой недостаток этой схемы — отсутствует гальваническая развязка между сетью и нагрузкой, как выход подключают данный источник напряжения соблюдая фазу и ноль.

В схеме имеется повышающий анодный трансформатор Т1 (на нужную мощность, к примеру 2500 ВА, 2400В, ток 0,8 А) и понижающий накальный трансформатор Т2 — ТН-46, ТН-36 и др. Для исключения бросков по току при включении и защите диодов при заряде конденсаторов, применяется включение через гасящие резисторы R21 и R22.
Диоды в высоковольтной цепи зашунтированы резисторами с целью равномерного распределения Uобр. Расчет номинала по формуле R(Ом)=PIVх500. С1-С20 для устранения белого шума и уменьшения импульсных перенапряжений. В качестве диодов можно использовать и мосты типа KBU-810 соединив их по указанной схеме и, соответственно, взяв нужное количество не забывая про шунтирование.
R23-R26 для разряда конденсаторов после отключения сети. Для выравнивания напряжения на последовательно соединенных конденсаторах параллельно ставятся выравнивающие резисторы, которые рассчитываются из соотношения на каждые 1 вольт приходится 100 ом, но при высоком напряжении резисторы получаются достаточно большой мощности и здесь приходится лавировать, учитывая при этом, что напряжение холостого хода больше на 1,41.

Еще по теме

Трансформаторный блок питания 13,8 вольта 25 а для КВ трансивера своими руками.

Ремонт и доработка китайского блока питания для питания адаптера.

способы и приборы. Блок питания Делитель напряжения на индуктивностях

Как получить нестандартное напряжение, которое не укладывается в диапазон стандартного?

Стандартное напряжение – это такое напряжение, которое очень часто используется в ваших электронных безделушках. Это напряжение в 1,5 Вольта, 3 Вольта, 5 Вольт, 9 Вольт, 12 Вольт, 24 Вольт и тд. Например, в ваш допотопный МР3 плеер вмещалась одна батарейка в 1,5 Вольта. На пульте дистанционного управления ТВ используются уже две батарейки по 1,5 Вольта, включенные последовательно, значит уже 3 Вольта. В USB разъеме самые крайние контакты с потенциалом в 5 Вольт. Наверное, у всех в детстве была Денди? Чтобы питать Денди нужно было подавать на нее напряжение в 9 Вольт. Ну 12 Вольт используется практически во всех автомобилях. 24 Вольта используется уже в основном в промышленности. Также для этого, условно говоря, стандартного ряда “заточены” различные потребители этого напряжения: лампочки, проигрыватели, и тд.

Но, увы, наш мир не идеален. Иногда просто ну очень надо получить напряжение не из стандартного ряда. Например, 9,6 Вольт. Ну ни так ни сяк… Да, здесь нас выручает Блок питания . Но опять же, если использовать готовый блок питания, то наряду с электронной безделушкой придется таскать и его. Как же решить этот вопрос? Итак, я Вам приведу три варианта:

Вариант №1

Сделать в схеме электронной безделушки регулятор напряжения вот по такой схеме (более подробно ):

Вариант №2

На Трехвыводных стабилизаторах напряжения построить стабильный источник нестандартного напряжения. Схемы в студию!


Что мы в результате видим? Видим стабилизатор напряжения и стабилитрон, подключенный к среднему выводу стабилизатора. ХХ – это две последние цифры, написанные на стабилизаторе. Там могут быть цифры 05, 09, 12 , 15, 18, 24. Может уже есть даже больше 24. Не знаю, врать не буду. Эти две последние цифры говорят нам о напряжении, которое будет выдавать стабилизатор по классической схеме включения:


Здесь стабилизатор 7805 выдает нам по такой схеме 5 Вольт на выходе. 7812 будет выдавать 12 Вольт, 7815 – 15 Вольт. Более подробно про стабилизаторы можно прочитать .

U стабилитрона – это напряжение стабилизации на стабилитроне. Если мы возьмем стабилитрон с напряжением стабилизации 3 Вольта и стабилизатор напряжение 7805, то на выходе получим 8 Вольт. 8 Вольт – уже нестандартный ряд напряжения;-). Получается, что подобрав нужный стабилизатор и нужный стабилитрон, можно с легкостью получить очень стабильное напряжение из нестандартного ряда напряжений;-).

Давайте все это рассмотрим на примере. Так как я просто замеряю напряжение на выводах стабилизатора, поэтому конденсаторы не использую. Если бы я питал нагрузку, тогда бы использовал и конденсаторы. Подопытным кроликом у нас является стабилизатор 7805. Подаем на вход этого стабилизатора 9 Вольт от балды:


Следовательно, на выходе будет 5 Вольт, все таки как-никак стабилизатор 7805.


Теперь берем стабилитрон на U стабилизации =2,4 Вольта и вставляем его по этой схеме, можно и без конденсаторов, все-таки делаем просто замеры напряжения.



Опа-на, 7,3 Вольта! 5+2,4 Вольта. Работает! Так как у меня стабилитроны не высокоточные (прецизионные), то и напряжение стабилитрона может чуточку различаться от паспортного (напряжение, заявленное производителем). Ну, я думаю, это не беда. 0,1 Вольт для нас погоды не сделают. Как я уже сказал, таким образом можно подобрать любое значение из ряда вон.

Вариант №3

Есть также другой подобный способ, но здесь используются диоды. Может быть Вам известно, что падение напряжение на прямом переходе кремниевого диода составляет 0,6-0,7 Вольт, а германиевого диода – 0,3-0,4 Вольта ? Именно этим свойством диода и воспользуемся;-).

Итак, схему в студию!


Собираем по схеме данную конструкцию. Нестабилизированное входное постоянное напряжение также и осталось 9 Вольт. Стабилизатор 7805.


Итак, что на выходе?


Почти 5.7 Вольт;-), что и требовалось доказать.

Если два диода соединять последовательно, то на каждом из них будет падать напряжение, следовательно, оно будет суммироваться:


На каждом кремниевом диоде падает по 0,7 Вольт, значит, 0,7+0,7=1,4 Вольта. Также и с германиевыми. Можно соединить и три, и четыре диода, тогда нужно суммировать напряжения на каждом. На практике более трех диодов не используют. Диоды можно ставить даже малой мощности, так как в этом случае ток через них все равно будет мал.

Нужно знать, как понизить напряжение в цепи, чтобы не повредить электрические приборы. Всем известно, что к домам подходит два провода — ноль и фаза. Это называется однофазной крайне редко используется в частном секторе и многоквартирных домах. Необходимости в ней просто нет, так как вся бытовая техника питается от сети переменного однофазного тока. Но вот в самой технике требуется делать преобразования — понижать переменное напряжение, преобразовывать его в постоянное, изменять амплитуду и прочие характеристики. Именно эти моменты и нужно рассмотреть.

Снижение напряжения с помощью трансформаторов

Самый простой способ — это использовать трансформатор пониженного напряжения, который совершает преобразования. Первичная обмотка содержит большее число витков, чем вторичная. Если есть необходимость снизить напряжение вдвое или втрое, вторичную обмотку можно и не использовать. Первичная обмотка трансформатора используется в качестве индуктивного делителя (если от нее имеются отводы). В бытовой технике используются трансформаторы, со вторичных обмоток которых снимается напряжение 5, 12 или 24 Вольта.

Это наиболее часто используемые значения в современной бытовой технике. 20-30 лет назад большая часть техники питалась напряжением в 9 Вольт. А ламповые телевизоры и усилители требовали наличия постоянного напряжения 150-250 В и переменного для нитей накала 6,3 (некоторые лампы питались от 12,6 В). Поэтому вторичная обмотка трансформаторов содержала такое же количество витков, как и первичная. В современной технике все чаще используются инверторные блоки питания (как на компьютерных БП), в их конструкцию входит трансформатор повышающего типа, он имеет очень маленькие габариты.

Делитель напряжения на индуктивностях

Индуктивность — это катушка, намотанная медным (как правило) проводом на металлическом или ферромагнитном сердечнике. Трансформатор — это один из видов индуктивности. Если от середины первичной обмотки сделать отвод, то между ним и крайними выводами будет равное напряжение. И оно будет равно половине напряжения питания. Но это в том случае, если сам трансформатор рассчитан на работу именно с таким питающим напряжением.

Но можно использовать несколько катушек (для примера можно взять две), соединить их последовательно и включить в сеть переменного тока. Зная значения индуктивностей, несложно произвести расчет падения на каждой из них:

  1. U(L1) = U1 * (L1 / (L1 + L2)).
  2. U(L2) = U1 * (L2 / (L1 + L2)).

В этих формулах L1 и L2 — индуктивности первой и второй катушек, U1 — напряжение питающей сети в Вольтах, U(L1) и U(L2) — падение напряжения на первой и второй индуктивностях соответственно. Схема такого делителя широко применяется в цепях измерительных устройств.

Делитель на конденсаторах

Очень популярная схема, используется для снижения значения питающей сети переменного тока. Применять ее в цепях постоянного тока нельзя, так как конденсатор, по теореме Кирхгофа, в цепи постоянного тока — это разрыв. Другими словами, ток по нему протекать не будет. Но зато при работе в цепи переменного тока конденсатор обладает реактивным сопротивлением, которое и способно погасить напряжение. Схема делителя похожа на ту, которая была описана выше, но вместо индуктивностей используются конденсаторы. Расчет производится по следующим формулам:

  1. Реактивное сопротивление конденсатора: Х(С) = 1 / (2 * 3,14 *f * C).
  2. Падение напряжения на С1: U(C1) = (C2 * U) / (C1 + C2).
  3. Падение напряжения на С2: U(C1) = (C1 * U) / (C1 + C2).

Здесь С1 и С2 — емкости конденсаторов, U — напряжение в питающей сети, f — частота тока.

Делитель на резисторах

Схема во многом похожа на предыдущие, но используются постоянные резисторы. Методика расчета такого делителя немного отличается от приведенных выше. Использоваться схема может как в цепях переменного, так и постоянного тока. Можно сказать, что она универсальная. С ее помощью можно собрать понижающий преобразователь напряжения. Расчет падения на каждом резисторе производится по следующим формулам:

  1. U(R1) = (R1 * U) / (R1 + R2).
  2. U(R2) = (R2 * U) / (R1 + R2).

Нужно отметить один нюанс: величина сопротивления нагрузки должна быть на 1-2 порядка меньше, чем у делительных резисторов. В противном случае точность расчета будет очень грубая.

Практическая схема блока питания: трансформатор

Для выбора питающего трансформатора вам потребуется знать несколько основных данных:

  1. Мощность потребителей, которые нужно подключать.
  2. Значение напряжения питающей сети.
  3. Значение необходимого напряжения во вторичной обмотке.

S = 1,2 * √P1.

А мощность Р1 = Р2 / КПД. Коэффициент полезного действия трансформатора никогда не будет более 0,8 (или 80%). Поэтому при расчете берется максимальное значение — 0,8.

Мощность во вторичной обмотке:

Р2 = U2 * I2.

Эти данные известны по умолчанию, поэтому произвести расчет не составит труда. Вот как понизить напряжение до 12 вольт, используя трансформатор. Но это не все: бытовая техника питается постоянным током, а на выходе вторичной обмотки — переменный. Потребуется совершить еще несколько преобразований.

Схема блока питания: выпрямитель и фильтр

Далее идет преобразование переменного тока в постоянный. Для этого используются полупроводниковые диоды или сборки. Самый простой тип выпрямителя состоит из одного диода. Называется он однополупериодный. Но максимальное распространение получила мостовая схема, которая позволяет не просто выпрямить переменный ток, но и избавиться максимально от пульсаций. Но такая схема преобразователя все равно неполная, так как от переменной составляющей одними полупроводниковыми диодами не избавиться. А понижающие трансформаторы способны преобразовать переменное напряжение в такое же по частоте, но с меньшим значением.

Электролитические конденсаторы используются в блоках питания в качестве фильтров. По теореме Кирхгофа, такой конденсатор в цепи переменного тока является проводником, а при работе с постоянным — разрывом. Поэтому постоянная составляющая будет протекать беспрепятственно, а переменная замкнется сама на себя, следовательно, не пройдет дальше этого фильтра. Простота и надежность — это именно то, что характеризует такие фильтры. Также могут применяться сопротивления и индуктивности для сглаживания пульсаций. Подобные конструкции используются даже в автомобильных генераторах.

Стабилизация напряжения

Вы узнали, как понизить напряжение до нужного уровня. Теперь его нужно стабилизировать. Для этого используются специальные приборы — стабилитроны, которые изготовлены из полупроводниковых компонентов. Они устанавливаются на выходе блока питания постоянного тока. Принцип работы заключается в том, что полупроводник способен пропустить определенное напряжение, излишек преобразуется в тепло и отдается посредством радиатора в атмосферу. Другими словами, если на выходе БП 15 вольт, а установлен стабилизатор на 12 В, то он пропустит именно столько, сколько нужно. А разница в 3 В пойдет на нагрев элемента (закон сохранения энергии действует).

Заключение

Совершенно другая конструкция — это стабилизатор напряжения понижающий, он делает несколько преобразований. Сначала напряжение сети преобразуется в постоянное с большой частотой (до 50 000 Гц). Оно стабилизируется и подается на импульсный трансформатор. Далее происходит обратное преобразование до рабочего напряжения (сетевого или меньшего по значению). Благодаря использованию электронных ключей (тиристоров) постоянное напряжение преобразуется в переменное с необходимой частотой (в сетях нашей страны — 50 Гц).

Как самому собрать простой блок питания и мощный источник напряжения.
Порой приходится подключать различные электронные приборы, в том числе самодельные, к источнику постоянного напряжения 12 вольт. Блок питания несложно собрать самостоятельно в течении половины выходного дня. Поэтому нет необходимости приобретать готовый блок, когда интереснее самостоятельно изготовить необходимую вещь для своей лаборатории.


Каждый, кто захочет сможет изготовить 12 — ти вольтовый блок самостоятельно, без особых затруднений.
Кому-то необходим источник для питания усилителя, а кому запитать маленький телевизор или радиоприемник…
Шаг 1: Какие детали необходимы для сборки блока питания…
Для сборки блока, заранее подготовьте электронные компоненты, детали и принадлежности из которого будет собираться сам блок….
-Монтажная плата.
-Четыре диода 1N4001, или подобные. Мост диодный.
-Стабилизатор напряжения LM7812.
-Маломощный понижающий трансформатор на 220 в, вторичная обмотка должна иметь 14В — 35В переменного напряжения, с током нагрузки от 100 мА до 1А, в зависимости от того какую мощность необходимо получить на выходе.
-Электролитический конденсатор емкостью 1000мкФ — 4700мкФ.
-Конденсатор емкостью 1uF.
-Два конденсатора емкостью 100nF.
-Обрезки монтажного провода.
-Радиатор, при необходимости.
Если необходимо получить максимальную мощность от источника питания, для этого необходимо подготовить соответствующий трансформатор, диоды и радиатор для микросхемы.
Шаг 2: Инструменты….
Для изготовления блока необходимы инструменты для монтажа:
-Паяльник или паяльная станция
-Кусачки
-Монтажный пинцет
-Кусачки для зачистки проводов
-Устройство для отсоса припоя.
-Отвертка.
И другие инструменты, которые могут оказаться полезными.
Шаг 3: Схема и другие…


Для получения 5 вольтового стабилизированного питания, можно заменить стабилизатор LM7812 на LM7805.
Для увеличения нагрузочной способности более 0,5 ампер, понадобится радиатор для микросхемы, в противном случае он выйдет из строя от перегрева.
Однако, если необходимо получить несколько сотен миллиампер (менее, чем 500 мА) от источника, то можно обойтись без радиатора, нагрев будет незначительным.
Кроме того, в схему добавлен светодиод, чтобы визуально убедиться, что блок питания работает, но можно обойтись и без него.

Схема блока питания 12в 30А .
При применении одного стабилизатора 7812 в качестве регулятора напряжения и нескольких мощных транзисторов, данный блок питания способен обеспечить выходной ток нагрузки до 30 ампер.
Пожалуй, самой дорогой деталью этой схемы является силовой понижающий трансформатор. Напряжение вторичной обмотки трансформатора должно быть на несколько вольт больше, чем стабилизированное напряжение 12в, чтобы обеспечить работу микросхемы. Необходимо иметь в виду, что не стоит стремиться к большей разнице между входным и выходным значением напряжения, так как при таком токе теплоотводящий радиатор выходных транзисторов значительно увеличивается в размерах.
В трансформаторной схеме применяемые диоды должны быть рассчитаны на большой максимальный прямой ток, примерно 100А. Через микросхему 7812 протекающий максимальный ток в схеме не составит больше 1А.
Шесть составных транзисторов Дарлингтона типа TIP2955 включенных параллельно, обеспечивают нагрузочный ток 30А (каждый транзистор рассчитан на ток 5А), такой большой ток требует и соответствующего размера радиатора, каждый транзистор пропускает через себя одну шестую часть тока нагрузки.
Для охлаждения радиатора можно применить небольшой вентилятор.
Проверка блока питания
При первом включении не рекомендуется подключать нагрузку. Проверяем работоспособность схемы: подсоединяем вольтметр к выходным клеммам и измеряем величину напряжения, оно должно составлять 12 вольт, или значение очень близко к нему. Далее подключаем нагрузочный резистор 100 Ом, мощностью рассеивания 3 Вт, или подобную нагрузку — типа лампы накаливания от автомобиля. При этом показание вольтметра не должно изменяться. Если на выходе отсутствует напряжение 12 вольт, отключите питание и проверьте правильность монтажа и исправность элементов.
Перед монтажом проверьте исправность силовых транзисторов, так как при пробитом транзисторе напряжение с выпрямителя прямиком попадает на выход схемы. Чтобы избежать этого, проверьте на короткое замыкание силовые транзисторы, для этого измерьте мультиметром по раздельности сопротивление между коллектором и эмиттером транзисторов. Эту проверку необходимо провести до монтажа их в схему.

Блок питания 3 — 24в

Схема блока питания выдает регулируемое напряжение в диапазоне от 3 до 25 вольт, при токе максимальной нагрузки до 2А, если уменьшить токоограничительный резистор 0,3 ом, ток может быть увеличен до 3 ампер и более.
Транзисторы 2N3055 и 2N3053 устанавливаются на соответствующие радиаторы, мощность ограничительного резистора должно быть не менее 3 Вт. Регулировка напряжения контролируется ОУ LM1558 или 1458. При использовании ОУ 1458 необходимо заменить элементы стабилизатора, подающие напряжение с вывода 8 на 3 ОУ с делителя на резисторах номиналом 5.1 K.
Максимальное постоянное напряжение для питания ОУ 1458 и 1558 36 В и 44 В соответственно. Силовой трансформатор должен выдавать напряжение, как минимум на 4 вольт больше, чем стабилизированное выходное напряжение. Силовой трансформатор в схеме имеет на выходе напряжение 25.2 вольт переменного тока с отводом посредине. При переключении обмоток выходное напряжение уменьшается до 15 вольт.

Схема блока питания на 1,5 в

Схема блока питания для получения напряжения 1,5 вольта, используется понижающий трансформатор, мостовой выпрямитель со сглаживающим фильтром и микросхема LM317.

Схема регулируемого блока питания от 1,5 до 12,5 в

Схема блока питания с регулировкой выходного напряжения для получения напряжения от 1,5 вольта до 12,5 вольт, в качестве регулирующего элемента применяется микросхема LM317. Ее необходимо установить на радиатор, на изолирующей прокладке для исключения замыкания на корпус.

Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением

Схема блока питания с фиксированным выходным напряжением напряжением 5 вольт или 12 вольт. В качестве активного элемента применяется микросхема LM 7805, LM7812 она устанавливается на радиатор для охлаждения нагрева корпуса. Выбор трансформатора приведен слева на табличке. По аналогии можно выполнить блок питания и на другие выходные напряжения.

Схема блока питания мощностью 20 Ватт с защитой

Схема предназначена для небольшого трансивера самодельного изготовления, автор DL6GL. При разработке блока ставилась задача иметь КПД не менее 50%, напряжение питания номинальное 13,8V, максимум 15V, на ток нагрузки 2,7а.
По какой схеме: импульсный источник питания или линейный?
Импульсные блоки питания получается малогабаритный и кпд хороший, но неизвестно как поведет себя в критической ситуации, броски выходного напряжения…
Несмотря на недостатки выбрана схема линейного регулирования: достаточно объемный трансформатор, не высокий КПД, необходимо охлаждение и пр.
Применены детали от самодельного блока питания 1980-х годов: радиатор с двумя 2N3055. Не хватало еще только µA723/LM723-регулятор напряжения и несколько мелких деталей.
Регулятор напряжения напряжения собран на микросхеме µA723/LM723 в стандартная включении. Выходные транзисторы Т2, Т3 типа 2N3055 для охлаждения устанавливаются на радиаторы. При помощи потенциометра R1 устанавливается выходное напряжение в пределах 12-15V. При помощи переменного резистора R2 устанавливается максимальное падение напряжение на резисторе R7, которое составляет 0,7В (между контактами 2 и 3 микросхемы).
Для блока питания применяется тороидальный трансформатор (может быть любой по вашему усмотрению).
На микросхеме MC3423 собрана схема срабатывающая при превышении напряжения (выбросах) на выходе блока питания, регулировкой R3 выставляется порог срабатывания напряжения на ножке 2 с делителя R3/R8/R9 (2,6V опорное напряжение), с выхода 8 подается напряжение открывающее тиристор BT145, вызывающее короткое замыкание приводящее к срабатыванию предохранителя 6,3а.

Для подготовки блока питания к эксплуатации (предохранитель 6,3а пока не участвует) выставить выходное напряжение например, 12.0В. Нагрузите блок нагрузкой, для этого можно подключить галогенную лампу 12В/20W. R2 настройте, что бы падение напряжение было 0,7В (ток должен быть в пределах 3,8А 0,7=0,185Ωх3,8).
Настраиваем срабатывание защиты от перенапряжения, для этого плавно выставляем выходное напряжение 16В и регулируем R3 на срабатывание защиты. Далее выставляем выходное напряжение в норму и устанавливаем предохранитель (до этого ставили перемычку).
Описанный блок питания можно реконструировать для более мощных нагрузок, для этого установите более мощный трансформатор, дополнительно транзисторы, элементы обвязки, выпрямитель по своему усмотрению.

Самодельный блок питания на 3.3v

Если необходим мощный блок питания, на 3,3 вольта, то его можно изготовить, переделав старый блок питания от пк или используя выше приведенные схемы. К примеру, в схема блока питания на 1,5 в заменить резистор 47 ом большего номинала, или поставить для удобства потенциометр, отрегулировав на нужное напряжение.

Трансформаторный блок питания на КТ808

У многих радиолюбителей остались старые советские радиодетали, которые валяются без дела, но которые можно с успехом применить и они верой и правдой вам долго будут служить, одна из известных схем UA1ZH, которая гуляет по просторам интернета. Много копий и стрел сломано на форумах при обсуждении, что лучше полевой транзистор или обычный кремниевый или германиевый, какую температуру нагрева кристалла они выдержат и кто из них надежнее?
У каждой стороны свои доводы, ну а вы можете достать детали и смастерить еще один несложный и надежный блок питания. Схема очень простая, защищена от перегрузки по току и при параллельном включении трех КТ808 может выдать ток 20А, у автора использовался такой блок при 7 параллельных транзисторов и отдавал в нагрузку 50А, при этом емкость конденсатора фильтра была 120 000 мкф, напряжение вторичной обмотки 19в. Необходимо учитывать, что контакты реле должны коммутировать такой большой ток.

При условии правильного монтажа, просадка выходного напряжения не превышает 0.1 вольта

Блок питания на 1000в, 2000в, 3000в

Если нам необходимо иметь источник постоянного напряжения на высокое напряжение для питания лампы выходного каскада передатчика, что для этого применить? В интернете имеется много различных схем блоков питания на 600в, 1000в, 2000в, 3000в.
Первое: на высокое напряжение используют схемы с трансформаторов как на одну фазу, так и на три фазы (если имеется в доме источник трехфазного напряжения).
Второе: для уменьшения габаритов и веса используют бестрансформаторную схему питания, непосредственно сеть 220 вольт с умножением напряжения. Самый большой недостаток этой схемы — отсутствует гальваническая развязка между сетью и нагрузкой, как выход подключают данный источник напряжения соблюдая фазу и ноль.

В схеме имеется повышающий анодный трансформатор Т1 (на нужную мощность, к примеру 2500 ВА, 2400В, ток 0,8 А) и понижающий накальный трансформатор Т2 — ТН-46, ТН-36 и др. Для исключения бросков по току при включении и защите диодов при заряде конденсаторов, применяется включение через гасящие резисторы R21 и R22.
Диоды в высоковольтной цепи зашунтированы резисторами с целью равномерного распределения Uобр. Расчет номинала по формуле R(Ом)=PIVх500. С1-С20 для устранения белого шума и уменьшения импульсных перенапряжений. В качестве диодов можно использовать и мосты типа KBU-810 соединив их по указанной схеме и, соответственно, взяв нужное количество не забывая про шунтирование.
R23-R26 для разряда конденсаторов после отключения сети. Для выравнивания напряжения на последовательно соединенных конденсаторах параллельно ставятся выравнивающие резисторы, которые рассчитываются из соотношения на каждые 1 вольт приходится 100 ом, но при высоком напряжении резисторы получаются достаточно большой мощности и здесь приходится лавировать, учитывая при этом, что напряжение холостого хода больше на 1,41.

Еще по теме

Трансформаторный блок питания 13,8 вольта 25 а для КВ трансивера своими руками.

Ремонт и доработка китайского блока питания для питания адаптера.

Кремниевые выпрямительные диоды

  • Изучив этот раздел, вы сможете:
  • • Опишите типичные применения выпрямителя.
  • • Распознавайте маркировку полярности выпрямителя.
  • • Опишите типовые параметры выпрямителя.
  • • Переход п.д.
  • • Средний прямой ток.
  • • Повторяющийся пиковый прямой ток.
  • • Обратный ток утечки.
  • • Повторяющееся пиковое обратное напряжение.
  • • Время обратного восстановления.
  • • Опишите влияние температуры на выпрямители.
  • • Температурный разгон.

Рисунок 2.1.1. Кремниевые выпрямительные диоды

Кремниевые выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды, подобные тем, что показаны на рис. 2.1.1 обычно используются в таких приложениях, как источники питания, использующие как высокое напряжение, так и большой ток, где они выпрямляют входящее сетевое (линейное) напряжение и должны пропускать весь ток, необходимый для любой цепи, которую они питают, который может составлять несколько ампер. или десятки ампер.

Как показано на рис. 2.1.2, для прохождения таких токов требуется большая площадь перехода, чтобы прямое сопротивление диода оставалось как можно более низким. Даже в этом случае диод может сильно нагреться. Черный полимерный корпус или даже болт на радиаторе помогают рассеивать тепло.

Сопротивление диода в обратном направлении (когда диод выключен) должно быть высоким, а изоляция, обеспечиваемая обедняющим слоем между слоями P и N, чрезвычайно хороша, чтобы избежать возможности обратного пробоя, когда изоляция обедненного слоя выходит из строя, и диод необратимо выходит из строя из-за высокого обратного напряжения на переходе.

Рисунок 2.1.2. Кремниевый выпрямитель


Конструкция

Маркировка полярности диодов

На полимерном кожухе диодов катод обычно обозначается линией вокруг одного конца кожуха диода. Однако существуют альтернативные указания: на некоторых выпрямительных диодах, залитых смолой, закругленный конец корпуса указывает на катод, как показано на рис. 2.1.2. На выпрямительных диодах с металлическими стержнями полярность диода может быть обозначена символом диода, напечатанным на корпусе.Штифт диода часто является катодом, но на него нельзя полагаться, как показано на рис. 2.1.1, это может быть анод! На диодах мостового выпрямителя символы + и — (плюс и минус), показанные на корпусе выпрямителя, указывают полярность выхода постоянного тока, а не анода или катода устройства, входные клеммы переменного тока обозначены маленькими синусоидальными символами. Один угол корпуса на некоторых линейных мостовых выпрямителях также часто скошен, но это не следует воспринимать как надежный указатель полярности, поскольку доступны выпрямители, которые используют эту индикацию как выходную клемму + или -.

Кремниевые выпрямительные диоды

бывают самых разных форм с сильно различающимися параметрами. Они различаются по токонесущей способности от миллиампер до десятков ампер, некоторые из них имеют обратное напряжение пробоя в тысячи вольт.

Параметры выпрямителя

Что означают параметры.

Слой истощения (соединение) p.d.

Слой истощения или стык p.d. представляет собой разность потенциалов (напряжение), которая естественным образом создается на обедненном слое за счет комбинации дырок и электронов во время изготовления диода.Этот п.д. необходимо преодолеть, прежде чем диод с прямым смещением станет проводящим. Для кремниевого перехода p.d составляет около 0,6 В.

Обратный ток утечки (I

R ).

Когда PN-переход смещен в обратном направлении, будет течь очень небольшой ток утечки (I R ), в основном из-за тепловой активности в полупроводниковом материале, встряхивая свободные электроны. Именно эти свободные электроны образуют небольшой ток утечки. В кремниевых устройствах это всего несколько наноампер (нА).

Максимальный повторяющийся прямой ток (I

FRM ).

Это максимальный ток, который может пропустить диод с прямым смещением без повреждения устройства при выпрямлении повторяющейся синусоидальной волны. I FRM обычно указывается с диодом, выпрямляющим синусоидальную волну с максимальным рабочим циклом 0,5 на низкой частоте (например, от 25 до 60 Гц), чтобы представить условия, возникающие, когда диод выпрямляет сетевое (линейное) напряжение.

Средний прямой ток (I

FAV ).

Это средний выпрямленный прямой ток или выходной ток (I FAV ) диода, обычно это прямой ток при выпрямлении синусоидальной волны 50 Гц или 60 Гц, усредненный между периодами, когда (полуволновой) выпрямительный диод срабатывает. проводимость, и период волны при обратном смещении диода. Обратите внимание, что это среднее значение будет значительно меньше повторяющегося значения, указанного для I FRM . Этот (и другие параметры) также во многом зависят от температуры перехода диода.Взаимосвязь между различными параметрами и температурой перехода обычно указывается в виде сносок в технических паспортах производителей.

Повторяющееся пиковое обратное напряжение (В

RRM )

Максимальное пиковое напряжение, которое может повторно подаваться на диод при обратном смещении (анод — катод +) без повреждения устройства. Это важный параметр, обычно относящийся к работе от сети (линии). Например. диод, используемый в качестве полуволнового выпрямителя для выпрямления сетевого напряжения 230 В переменного тока, будет проводить в течение положительного полупериода сигнала сети и отключаться во время отрицательного полупериода.В схеме источника питания катод выпрямительного диода обычно подключается к большому электролитическому накопительному конденсатору, который будет поддерживать катодное напряжение выпрямителя на уровне, близком к пиковым напряжениям формы волны сети. Помните, что волна 230 В переменного тока относится к среднеквадратичному значению волны, поэтому пиковое значение будет примерно 230 В x 1,414 = приблизительно + 325 В. Во время отрицательного полупериода сигнала сети анод диода упадет до максимального отрицательного значения около -325 В.Следовательно, будут повторяющиеся периоды (50 или 60 раз в секунду, когда обратное напряжение на диоде будет 325 В x 2 = 650 В. Поэтому для этой задачи необходимо использовать выпрямительный диод с параметром V RRM на минимум 650 В, и для обеспечения надежности должен быть запас прочности для такого важного компонента, поэтому было бы разумнее выбрать диод с V RRM 800 или 1000 В.

Максимальное рабочее пиковое обратное напряжение (В

RWM )

Это максимально допустимое обратное напряжение.Обратное напряжение на диоде в любое время, независимо от того, является ли обратное напряжение изолированным переходным всплеском или повторяющимся обратным напряжением.

Рис. 2.1.3 Подавление выбросов

Максимальное обратное напряжение постоянного тока (В

R )

Этот параметр устанавливает допустимый предел для обратного напряжения и обычно имеет то же значение, что и V RRM и V RWM . Теоретически эти максимальные параметры могут быть разными, но поскольку любое напряжение (мгновенное, повторяющееся или постоянное), которое не более чем на 5% больше любого из этих параметров, может потенциально разрушить диод, всегда рекомендуется проявлять осторожность при установке. диоды и предусмотреть разумный запас на случай неожиданных скачков напряжения.Одной из распространенных мер безопасности для защиты выпрямителей источника питания от внешних всплесков является подключение небольшого емкостного высоковольтного конденсатора, обычно дискового керамического типа, к каждому из четырех диодов в мостовом выпрямителе, как показано на рис. 2.1.3.

Время обратного восстановления (t

rr )

Рис. 2.1.4 Обратное


Время восстановления (t rr )

Время, необходимое для того, чтобы ток упал до заданного низкого уровня обратного тока при переключении с заданного прямого тока (диод включен) на заданный обратный ток (диод выключен, обычно <10% от значения 'on ' Текущий).Типичное значение t rr раз для выпрямительных диодов, хотя и не такое быстрое, как у малосигнальных диодов, и в некоторой степени зависит от задействованных напряжений и токов, можно найти в десятках наносекунд (нс), например 30 нс для выпрямителя BYV28 3.5A I AF 50 В и <60 нс для двойного выпрямителя BYV44 30A I AF 500 В.

Когда выпрямительный диод используется в высокоскоростной операции переключения, например в импульсном источнике питания, в идеале обратный ток должен мгновенно упасть до нуля.Однако, когда диод является проводящим (до выключения), по обе стороны от перехода будет большая концентрация неосновных носителей; это будут дырки, которые только что перешли на слой N-типа, и электроны, которые только что перешли на слой P-типа, до того, как они были нейтрализованы путем присоединения к основным носителям. Если теперь внезапно прикладывается обратное напряжение (V R ), как показано на рис. 2.1.4, диод должен быть выключен, но вместо того, чтобы ток через диод мгновенно падал до нуля, обратный ток (I R ) устанавливается, поскольку эти неосновные носители притягиваются обратно через переход (дырки обратно в P-слой и электроны обратно в N-слой).Этот обратный ток будет продолжать течь, пока все эти носители заряда не вернутся на свою естественную сторону перехода.

Максимальная температура

На каждый из этих параметров могут влиять другие факторы, такие как температура окружающей среды, в которой работает диод, или температура перехода самого устройства. Любой полупроводник выделяет тепло, особенно те, которые используются в источниках питания. Поэтому важно, чтобы при проектировании таких цепей учитывались температурные эффекты.Одной из самых больших проблем является предотвращение теплового разгона, когда диод (или любой другой полупроводник) увеличивает свою температуру, что приводит к увеличению тока через устройство, что приводит к дальнейшему повышению температуры и так далее, пока устройство не будет разрушено. . Чтобы предотвратить эту проблему, каждый из параметров диода ссылается на температуру, например, обратный ток утечки кремниевого PN-диода обычно указывается при температуре окружающей среды 25 ° C, но, вероятно, примерно удвоится на каждые 10 ° C выше этого значения.Также повышение температуры вызовет уменьшение потенциала прямого перехода примерно на 2–3 мВ на каждый 1 ° C повышения температуры. Еще большее влияние на выпрямители Шоттки оказывает температура.

Начало страницы

Характеристики идеального кремниевого диода

В этой статье мы обсудим некоторые характеристики идеального диода, а также научимся анализировать схемы, содержащие более одного идеального диода в сочетании с резисторами и источниками питания постоянного тока.

Характеристики тока и напряжения идеального диода

Идеальный диод может быть одним из самых фундаментальных компонентов нелинейной схемы. Сам диод имеет два вывода. Символ элемента показан на Рисунке 1.1 (A).

Рисунок 1.1 (A)

Вольт-амперные характеристики (i-v) показаны на Рисунке 1.1 (B).

Рисунок 1.1 (B)

Есть две важные характеристики идеального диода: с прямым смещением и с обратным смещением.«Обратно-смещенный» означает, что если на диод подается отрицательное напряжение (то есть относительно только указанного направления потока напряжения), то ток не протекает, и диод действует как разомкнутая цепь, как показано на рисунке. 1.1 (С). Идеальный диод, который имеет обратное смещение или работает в обратном направлении, называется «отключенным» или просто «выключенным».

Рисунок 1.1 (C)

Однако, если к идеальному диоду приложен положительный ток (который также зависит от направления потока напряжения), падение напряжения на диоде будет нулевым.Проще говоря, диод действует как короткое замыкание при работе в прямом направлении, что показано на рисунке 1.1 (D). При таком режиме работы диод пропускает любой ток с нулевым падением напряжения. Эта операция с прямым смещением, как известно, «включена» или просто «включена».

Рисунок 1.1 (D)

Идеальный диод — это также диод с фиксированным постоянным падением напряжения. Эта модель очень упрощена и наиболее широко используется в инженерной сфере.Это основано на том факте, что диод, который называется «прямой проводкой», имеет падение напряжения, которое колеблется на небольшую величину от 0,6 до 0,8 В. Эта модель постоянного падения напряжения предполагает, что значение напряжения находится на постоянном уровне 0,7 В. В следующей статье мы подробно рассмотрим эту конкретную модель.

При таком описании характеристик идеального диода мы можем отметить, что любая внешняя цепь должна ограничивать прямой ток, протекающий через диод, а также обратное напряжение на запирающем диоде до заданных значений.На рисунке 1.2 есть два диода, которые представляют эти концепции. Глядя на диод на рисунке 1.2 (A), мы видим, что диод проводит ток. Если диод является проводящим, падение напряжения будет нулевым, и ток, протекающий через него, будет установлен источником питания +20 В, а также $$ 2 k \ Omega $$ равным 10 мА.

Рисунок 1.2 (A)

На рисунке 1.2 (B) показан отсекающий диод с нулевым током: следовательно, полные 20 В будут выглядеть как обратное смещение при прохождении через диод.

Рисунок 1.2 (B)

На диоде две клеммы: положительная и отрицательная. Положительный вывод называется анодом, а отрицательный вывод — катодом. Эти термины пришли из того времени, когда использовались ламповые диоды. Направление символов диодов на Рисунке 1.2 (A) и Рисунке 1.2 (B) определяется i-v характеристикой идеального диода, то есть, если проводимость присутствует в одном направлении, а не в другом.

Из этой характеристики идеального диода мы видим, что он очень нелинейный. Однако диод ведет себя так, потому что прямолинейные сегменты расположены под углом 90 ° друг к другу. Эта нелинейная кривая «напряжение-ток», состоящая из прямолинейных сегментов, известна как «кусочно-линейная». Рассмотрим устройство, имеющее кусочно-линейные характеристики: если оно реализуется в приложении так, что сигнал напряжения, передаваемый через клеммы, колеблется в одном направлении через линейные сегменты, то это устройство считается линейным элементом схемы.Однако, если сигнал напряжения не проходит через одну или несколько точек разрыва, мы больше не сможем анализировать эту схему линейно.

Схема выпрямителя: применение диода

Одно из самых популярных применений диода, выпрямитель, использует его нелинейную кривую i v , которая проиллюстрирована на рисунке 1.3 (A).

Рисунок 1.3 (A)

Это устройство преобразует переменный ток (который иногда меняет свое направление) в постоянный ток (который течет только в одном направлении).Этот процесс известен как исправление, отсюда и название устройства. Выпрямители могут иметь форму полупроводниковых диодов, ламповых диодов и даже ртутно-дуговых вентилей.

Сама схема состоит из последовательного соединения диода и резистора ( D и R соответственно). Во-первых, нам нужно позволить входному напряжению v l иметь синусоидальную форму волны, показанную на рисунке 1.3 (B), и предположить, что диод имеет идеальные характеристики.

Рисунок 1.3 (В)

Во время этой части циклов входной синусоиды (от 0 до v p ) положительная часть v l заставит ток течь в прямом направлении через диод. Следовательно, напряжение на диоде, v, , D, , чрезвычайно мало (в идеале равно нулю). Когда напряжение на диоде равно нулю, схема упрощается, как показано на рисунке 1.3 (C), и, таким образом, выходное напряжение v 0, будет эквивалентно входному напряжению.

Рисунок 1.3 (C)

Однако для той части входного синусоидального сигнала, когда она ниже нуля, диод не будет иметь проводимости. Опять же, схема упростится, что показано на Рисунке 1.3 (D).

Рисунок 1.3 (D)

В этом случае выходное напряжение v 0 будет иметь нулевое значение из-за отсутствия проводимости через диод.Учитывая эту схему, выходное напряжение будет генерировать сигнал, показанный на рисунке 1.3 (E).

Рисунок 1.3 (E)

Также есть еще одна точка на этом графике, которую необходимо отметить: когда v l переключает полярность, v 0 работает в одном направлении (или однонаправленном) и, таким образом, имеет конечное среднее значение напряжения. Это конечное среднее напряжение также известно как составляющая постоянного тока, которая представляет собой постоянное напряжение, добавляемое к чистой форме волны переменного тока.Следовательно, диодная схема выпрямляет сигнал напряжения и, таким образом, называется выпрямителем. Эта схема в основном используется для генерации сигнала постоянного тока из входного сигнала переменного тока.

Заключение

В этой статье мы обсудили и проанализировали идеальный элемент диодной схемы. Надеюсь, вы узнали о его характеристиках тока и напряжения, а также о схеме выпрямителя, которая является применением диода. Вы должны уметь идентифицировать две важные характеристики, диод с прямым смещением и диод с обратным смещением, и понимать разницу между ними.

В следующей статье мы подробнее поговорим о характеристиках диода с точки зрения клеммных характеристик переходных диодов. Из этих характеристик мы узнаем, как анализировать диодные цепи, которые работают в прямом, обратном и пробивном смещении. Если у вас есть вопросы или комментарии, оставьте их ниже!

Диоды — конструкция, функции, типы, испытания

Диод — это полупроводниковый прибор. Диоды играют важную роль в электронных схемах.Они используются в основном в неуправляемых выпрямителях для преобразования переменного тока в фиксированное постоянное напряжение и в качестве обратных диодов для обеспечения пути прохождения тока в индуктивных нагрузках.

Строительство

Диоды могут быть изготовлены из двух полупроводниковых материалов: кремния и германия. Силовые диоды обычно изготавливаются из кремния. Кремниевые диоды могут работать при более высоких токах и температурах перехода, и они имеют большее обратное сопротивление.

Структура полупроводникового диода и его обозначение показаны на рисунке ниже.Диод имеет два вывода: анодный вывод A (P-переход) и катодный вывод K (N-переход). Когда напряжение на аноде больше положительного, чем на катоде, диод считается смещенным в прямом направлении, и он легко проводит ток с относительно низким падением напряжения. Когда напряжение на катоде больше положительного, чем на аноде, диод считается смещенным в обратном направлении и блокирует прохождение тока. Стрелка на символе диода показывает направление обычного тока, протекающего при проводящем диоде.

Диоды и символ

Функция диодов

Диоды позволяют электричеству течь только в одном направлении.Стрелка символа цепи показывает направление, в котором может течь ток. Диоды — это электрическая версия клапана, и ранние диоды на самом деле назывались клапанами.

Падение прямого напряжения

Электричество потребляет немного энергии, проталкивая диод, подобно тому, как человек толкает дверь с помощью пружины. Это означает, что на проводящем диоде имеется небольшое напряжение, оно называется прямым падением напряжения и составляет около 0,7 В для всех обычных диодов, которые сделаны из кремния.Прямое падение напряжения на диоде почти постоянно, независимо от тока, протекающего через диод, поэтому они имеют очень крутые характеристики (график вольт-амперной характеристики).

обратное напряжение

Когда приложено обратное напряжение, идеальный диод не проводит, но все настоящие диоды пропускают очень крошечный ток в несколько мкА или меньше. Этим можно пренебречь в большинстве схем, потому что он будет намного меньше, чем ток, текущий в прямом направлении. Однако все диоды имеют максимальное обратное напряжение (обычно 50 В или более), и если оно будет превышено, диод выйдет из строя и пропустит большой ток в обратном направлении, это называется пробоем .
Обычные диоды можно разделить на два типа: сигнальные диоды, пропускающие небольшие токи 100 мА или меньше, и выпрямительные диоды, пропускающие большие токи. Кроме того, есть светодиоды (у которых есть своя страница) и стабилитроны (внизу этой страницы).

Подключение и пайка

Подключение диодов

Диоды должны быть подключены правильно, на схеме может быть указано a или + для анода и k или для катода (да, это действительно k, а не c, для катод!).Катод отмечен линией, нарисованной на корпусе. Диоды обозначены своим кодом мелким шрифтом; вам может понадобиться увеличительное стекло, чтобы прочитать это на небольших сигнальных диодах!

Маленькие сигнальные диоды могут быть повреждены нагреванием при пайке, но риск невелик, если вы не используете германиевый диод (коды начинаются с OA …), и в этом случае вы должны использовать радиатор, закрепленный на проводе между стык и корпус диода. В качестве радиатора можно использовать стандартный зажим типа «крокодил».

Выпрямительные диоды достаточно прочные, и при их пайке не требуется специальных мер предосторожности.

Испытательные диоды

Вы можете использовать мультиметр или простой тестер (аккумулятор, резистор и светодиод), чтобы проверить, проводит ли диод в одном направлении, а не в другом. Лампу можно использовать для проверки выпрямительного диода, но НЕ используйте лампу для проверки сигнального диода, потому что большой ток, пропускаемый лампой, разрушит диод!

Диоды сигнальные (малоточные)

Сигнальные диоды используются для обработки информации (электрических сигналов) в цепях, поэтому они должны пропускать только небольшие токи до 100 мА.

Сигнальные диоды общего назначения, такие как 1N4148, изготовлены из кремния и имеют прямое падение напряжения 0,7 В.

Германиевые диоды , такие как OA90, имеют меньшее прямое падение напряжения 0,2 В, что делает их пригодными для использования в радиосхемах в качестве детекторов, которые выделяют аудиосигнал из слабого радиосигнала.

Для общего использования, где величина прямого падения напряжения менее важна, лучше подходят кремниевые диоды, потому что они менее легко повреждаются нагревом при пайке, они имеют более низкое сопротивление при проводимости и очень низкие токи утечки при обратном токе. приложено напряжение.

Защитные диоды для реле

Диод Максимум
Ток
Максимум
Обратное
Напряжение
1N4001 1A 50 В
1N4002 1A 100 В
1N4007 1A 1000 В
1N5401 3A 100 В
1N5408 3A 1000 В

Сигнальные диоды также используются с реле для защиты транзисторов и интегральных схем от кратковременного высокого напряжения, возникающего при отключении катушки реле.На схеме показано, как защитный диод подключается к катушке реле, обратите внимание, что диод подключен «в обратном направлении», поэтому он обычно НЕ проводит. Проводимость возникает только тогда, когда катушка реле выключена, в этот момент ток пытается продолжать течь через катушку и безвредно отводится через диод. Без диода ток не мог бы течь, и катушка произвела бы разрушительный «всплеск» высокого напряжения, пытаясь удержать ток.

Выпрямительные диоды (большой ток)

Выпрямительные диоды используются в источниках питания для преобразования переменного тока (AC) в постоянный (DC), процесс, называемый выпрямлением.Они также используются в других схемах, где через диод должен проходить большой ток.

Все выпрямительные диоды изготовлены из кремния и поэтому имеют прямое падение напряжения 0,7 В. В таблице указаны максимальный ток и максимальное обратное напряжение для некоторых популярных выпрямительных диодов. 1N4001 подходит для большинства цепей низкого напряжения с током менее 1 А.

Семиген | Ступенчатые восстанавливающие диоды

Semigen | Ступенчатые восстановительные диоды Серия SSR-диодов

SemiGen SSR представляет собой эпитаксиальные кремниевые варакторы, которые обеспечивают высокую выходную мощность и эффективность в генераторах гармоник.Используя специальные эпитаксиальные пластины, наш процесс обеспечивает высокую воспроизводимость. Процесс пассивации диоксидом кремния обеспечивает большую стабильность и низкие токи утечки при повышении температуры. Равномерная емкость обеспечивает повторяемость от устройства к устройству. Эти диоды доступны в виде микросхем или в упаковке.

ПК 11

ПК 19

ПК 20

ПК 25

ПК 28

ПК 31

ПК 32

ПК 33

ПК 35

ПК 36

ПК 37

ПК 38

ПК 43

ПК 75

ПК 105

Ступенчатые восстанавливающие диоды

Деталь
Число
Переход
Емкость
C j 1 @ -6V,
1 МГц
(пФ)
Максимум
Разбивка
Напряжение
Vb @ 10 мкА
(В)
Максимум
Перевозчик
Срок службы
T л л r 6 мА
l f = 10 мА
(нС)
Максимум
Переход
Время
Т т
(пс)
Максимум
Серии
Сопротивление
R s 2 l f = 25
мА
рупий (Ом)
Максимум
Тепловой
Сопротивление 3
Θ C j ° C / Вт
SSR700 0.2 — 0,4 15 8 ​​ 60 1,20 125
SSR701 0,4 — 0,6 15 8 ​​ 60 1,00 100
SSR702 0,6 — 0,8 15 8 ​​ 60 0.70 100
SSR703 0,8 — 1,0 15 8 ​​ 60 0,50 75
SSR704 1,0 — 1,4 15 8 ​​ 60 0,40 75
SSR705 1,4 — 2.0 15 8 ​​ 60 0,30 60
SSR706 2,0 — 3,0 15 8 ​​ 60 0,25 60
SSR710 0,2 — 0,4 20 11 70 1.00 100
SSR711 0,4 — 0,6 20 11 70 0,70 75
SSR712 0,6 — 0,8 20 11 70 0.60 75
SSR713 0,8 — 1.0 20 11 70 0,50 75
SSR714 1,0 — 1,4 20 11 70 0,40 75
SSR715 1,4 — 2,0 20 11 70 0.30 60
SSR716 2,0 — 3,0 20 11 70 0,25 60
SSR720 0,2 — 0,4 30 17 100 0,80 75
SSR722 0,6 — 0.8 30 17 100 0,50 60
SSR723 0,8 — 1,0 30 17 100 0,40 60
SSR724 1,0 — 1,4 30 17 100 0.30 60
SSR725 1,4 — 2,0 30 17 100 0,25 50
SSR726 2,0 — 3,0 30 17 100 0,20 50
SSR730 0,2 — 0.4 40 21 150 0,80 50
SSR731 0,4 — 0,6 40 21 150 0.60 50
SSR732 0,6 — 0,8 40 21 150 0.50 50
SSR733 0,8 — 1,0 40 21 150 0,40 50
SSR734 1,0 — 1,4 40 21 150 0,30 50
SSR735 1,4 — 2.0 40 21 150 0,25 40
SSR736 2,0 — 3,0 40 21 150 0,20 40

Максимальные рейтинги

Эксплуатация
Температура
Хранилище
Температура
Минимальное напряжение
Разбивка
от -55 ° C до + 150 ° C от -65 ° C до + 200 ° C 15, 20, 30 и 40 В при 10 мА

Характеристики:

  • Широкий выбор диапазонов жесткой емкости
  • Низкое время перехода
  • Высокая эффективность

Приложения:

Для использования в волноводах, коаксиальных и полосковых линиях.

Загрузки:

  1. Емкость перехода измерена на частоте 1 МГц.
  2. Сопротивление серии
  3. измеряется с помощью анализатора импеданса Agilent модели 4291A.
  4. Термическое сопротивление измеряется в импульсном режиме при измерении прямого падения напряжения на диоде, установленном в бесконечном радиаторе.
  5. Все характеристики указаны в корпусе PK37

Resource

Tech Brief описывает лучший эвтектический метод крепления матрицы для MMIC в гибридных сборках

Resource

Tech Brief описывает, как склеить небольшие микросхемы Mesa

Мы используем файлы cookie для улучшения вашего пользовательского опыта.Продолжая просматривать этот сайт, вы даете согласие на использование файлов cookie. Для получения дополнительной информации, пожалуйста, обратитесь к нашей Политике конфиденциальности.

Пороговое напряжение кремниевого диода 0,7

Чуть более ответ ELI5:

Когда мы соприкасаемся с двумя разными металлами вместе, они заряжаются, один становится положительным, а другой отрицательным. Они образуют самозарядный конденсатор или что-то вроде низковольтной батареи. Этот эффект был обнаружен на заре физики, обнаружен при чувствительных измерениях электростатического заряда.Это было похоже на контактную зарядку шелка, натертого о резину. Но с металлами трение не требовалось. Позже выяснилось, что два разных металла всегда создают между собой одинаковое напряжение. (Ну, то же самое при комнатной температуре. Напряжение немного меняется в зависимости от температуры.)

Но это напряжение никогда не может быть обнаружено обычными вольтметрами. Мы можем построить наши схемы из меди, алюминия, железа и т. Д., И для каждого перехода медь-алюминий всегда будет где-то еще соединение алюминий-медь.Эффект зарядки металлов может быть очень большим, но в замкнутой цепи он равен нулю. Отрицательный вывод одной «батареи» всегда обращен к отрицательному выводу другой. Это не источник энергии (не вечный двигатель, который, как думал Алессандро Вольта, он обнаружил!).

Что, если мы ударим пластину кремния p-типа о пластину кремния n-типа? Это самозарядный конденсатор, и он выдает примерно 0,7 В между кремниевыми пластинами. Одна пластина крадет электроны у другой, но до тех пор, пока разница в орбитальных энергиях мобильных носителей не компенсируется.Обратите внимание, что диоды не нужно формировать в точке контакта. Вместо этого мы могли бы использовать высоколегированный ++ p и —n «металлический» кремний, который не может образовывать диоды, но при соприкосновении друг с другом пластины по-прежнему производят эту самопроизвольную зарядку и такую ​​же разность потенциалов. Мы могли бы даже припаять кремний p и n вместе (сначала наложите серебряную пластину на концы, чтобы припой их смочил), и все равно появится тот же самый потенциал 0,7 В.

Почему диоды включаются при 0,7 В, а не при нулевом напряжении? Это потому, что истощающий слой диода всегда содержит этот спонтанный «контакт различных металлов» 0.7 вольт внутри. Напряжение держит диод выключенным. На отключенном диоде это , а не измеримое напряжение (вы никогда не обнаружите его напрямую, если только вы не начнете измерять электронные поля, окружающие выводы диода). Хех, если бы мы могли сформировать диоды из железа и меди, тогда вместо этого 0,7 В, эти диоды будут включаться при естественной разности потенциалов железо-медь, которую демонстрируют все переходы железо-медь.

Когда мы прикладываем внешнее напряжение для прямого смещения диодного перехода, диод включается, когда внешнее напряжение компенсирует постоянное встроенное невидимое напряжение.Другими словами, диоды включаются только тогда, когда мы уменьшаем «невидимое» напряжение перехода почти до нуля: закорачиваем его, применяя противоположную разность потенциалов.


Все это связано со многими другими физическими эффектами. Если мы сделаем замкнутое металлическое кольцо, полукольцо из меди, соединенное с полукольцом из железа, затем нагреем один из переходов, потечет много мА или, возможно, ампер, поскольку два «невидимых» напряжения больше не одинаковы. , а небольшая разница вызывает в цепи большой ток.Другими словами, напряжения термопары — лишь крошечный остаток этого волшебного «невидимого напряжения», термо-напряжение возникает только из-за дисбаланса . Мы обнаруживаем только дисбаланс, но не исходную разность потенциалов, которая всегда возникает между двумя металлами.

Мы можем создать «источник холода» — полупроводниковый холодильник. Если мы припаяем кремний p-типа к n-типу, а затем протолкнем обратный ток через переход, где дырки уходят от электронов, тогда соединение p-to-n станет холодным, а металлические контакты в других местах станут одинаково теплыми.Обратите внимание, что диод не был сформирован, так как два отдельных кремниевых блока были соединены припоем. Поменяйте полярность, и вместо этого металлические контакты станут холодными, в то время как переход pn-припоя нагревается одинаково.

Кроме того, это означает, что солнечные элементы работают не так, как думает большинство людей. Внутри темного солнечного элемента pn переход имеет естественную разность потенциалов 0,7 В. В другом месте схемы мы находим противоположные различия (вероятно, в основном на металлических контактах с полупроводником). Все они составляют один и тот же 0.7V, что нейтрализует напряжение pn перехода. Итак, когда свет попадает на соединение, носители перетекают через него, и потенциал соединения замыкается! Затем все остальные разности потенциалов от других частей схемы будут обеспечивать электронные поля, которые затем заставят заряды течь по цепи. Освещенный pn переход в солнечном элементе не обеспечивает управляющее напряжение. Странный! Вместо этого металлические контакты проводов обеспечивают напряжение возбуждения, а освещенный pn переход обеспечивает пропущенное напряжение , которое в противном случае остановило бы ток.Отсутствие потенциалов соединения — это странность, которой нет ни в одной нормальной цепи. Когда вольтметр (сделанный из меди, припоя, кремния и т. Д.) Подключается к освещенному солнечному элементу, недостающий потенциал pn-перехода позволяет нам измерить общий потенциал всех других присутствующих проводниковых переходов. (Или вместо этого мы могли бы взять микровзор и сказать, что поглощенные фотоны повышают уровень энергии мобильных зарядов в переходе, позволяя им пересекать его, независимо от сильного электронного поля естественного 0.7 В, пытаясь отразить их снова.) Поток высокоэнергетических мобильных носителей закоротил переход, разряжая самозарядный конденсатор. Но это также означает, что Vout солнечного элемента НЕ будет связан с энергией фотона. Вместо этого Vout — это всего лишь (теперь отсутствующий) потенциальный барьер pn-перехода.


Но почему два разных металла заряжаются при прикосновении друг к другу?

Это потому, что даже два одиночных атома металла также заряжаются при соприкосновении.Уровни энергии орбиталей разных атомов металла не совпадают. При соприкосновении один атом стремится украсть электроны у другого … но этого достаточно, чтобы компенсировать разницу в орбитальных уровнях. Если вместо отдельных атомов мы будем использовать две длинные цепочки из атомов металла, одну из меди и одну из железа, то при соприкосновении их концов одна цепочка будет красть электроны у другой, пока между цепями не появится невидимая магическая величина напряжения. . Это самозаряжающийся двухпластинчатый конденсатор.Работы по металлам, работы по полупроводникам. Поисковый запрос: работа выхода металлов и разность работы выхода металлов (и потенциалы Вольта или Гальвани в электрохимии).

[Осторожно, это ответ ELI5 для начальной школы в первом приближении. Как упоминалось в другом месте здесь, потенциалы включения диодов пропорциональны только разнице работы выхода, а не равны ей. Отключенные диоды на самом деле не имеют тока нулевого перехода, вместо этого они имеют эффекты подвижности носителей, равные и противоположные токи диффузии носителей и т. Д.]

Как выбрать кремниевый диод TVS

Версия для печати

Переходные процессы напряжения и тока являются основной причиной отказа твердотельных компонентов электронных систем. Эти переходные процессы являются результатом внезапного высвобождения накопленной энергии. Переходные процессы могут возникать из множества источников, как внутренних, так и внешних по отношению к системе. Наиболее частыми причинами переходных процессов являются нормальные операции переключения источников питания и электромеханических устройств, колебания в сети переменного тока, грозовые скачки и электростатический разряд (ESID).

MDE Semiconductor, Inc. предлагает широкий выбор кремниевых лавинных диодов (TVS-диодов), предназначенных для обеспечения высокого уровня надежной защиты от этих разрушительных скачков напряжения.

Кремниевые лавинные диоды

производятся с переходами большой площади для обеспечения устойчивости к высоким импульсным токам. Кроме того, они характеризуются чрезвычайно быстрым временем отклика и низким динамическим сопротивлением в лавинном режиме. Кремниевые TVS имеют несколько преимуществ, в том числе:

  1. Низкое напряжение фиксации
  2. Без ограничения износа
  3. Малый физический размер
  4. Широкий диапазон напряжений
  5. Высокая рассеиваемая мощность в переходных процессах

Эти устройства доступны в большом количестве корпусов с аксиальными выводами и для поверхностного монтажа с пластиковым корпусом.В приложениях, требующих чрезвычайно высоких уровней способности поглощения переходных процессов, MDE Semiconductor, Inc. предлагает полную линейку специализированных и стандартных сборных сборок для сильноточных TVS.

Однако, независимо от области применения, определенные параметры устройства и рекомендации составляют основу для выбора ограничителей переходного напряжения.

Прежде чем обсуждать, как выбрать текущую TVS, необходимо определить некоторые ключевые термины.

Типичная кривая V-I однонаправленного ограничителя переходных процессов показана на рисунке 1A.Кривая, показанная для двунаправленного TVS, показана на рисунке 1B.

Ключевые параметры TVS:

  1. Минимальное напряжение пробоя (VBR) — это точка, в которой TVS становится низкоомным путем для переходного процесса (т. Е. Устройство переходит в лавинный пробой).
  2. Испытательный ток (IT) — это ток, при котором напряжение пробоя равно
  3. .
  4. Обратное напряжение выдержки (VRWM) — это максимальное номинальное рабочее напряжение постоянного тока. На этом уровне TVS будет в непроводящем режиме.Этот параметр также называют рабочим напряжением.
  5. Максимальный ток обратной утечки (lR) — это максимальный ток, измеренный на рабочем
  6. Максимальный пиковый импульсный ток (IPP) — это максимально допустимый импульсный ток для
  7. .

  1. Максимальное напряжение ограничения (Vc) — это максимальное падение напряжения на TVS, когда на него действует максимальный пиковый импульсный ток. Это максимальное напряжение, которому будет подвергаться цепь.Ограничивающее напряжение составляет примерно 3xVBR.

Одной из наиболее широко известных форм всплесков является двойной экспоненциальный импульс, показанный на рисунке 2. Импульс определяется временем нарастания (tr) и длительностью (tp). Длительность импульса (tp) определяется как точка, в которой импульсный ток спадает до 50% от lpp. Например, импульс 10 X 1000 мкс будет иметь время нарастания 10 мкс и спадет до 50% от пикового значения за 1 м.

Номинальная мощность подавителя — это произведение значений Vc и lpp.

Pp = Vc X lpp

Хотя импульсы 8 x 20 мкс и 10 x 1000 мкс используются в качестве эталона для многих доступных TVS-диодов, номинальная мощность устройства может быть увеличена для более коротких импульсов, как показано на рисунке 3.

Следующие рекомендации рекомендуются для выбора устройства, которое обеспечит оптимальное подавление переходных процессов в цепи:

  1. Определите максимальное постоянное или продолжительное рабочее напряжение цепи. Используйте номинальное напряжение цепи и «высокую сторону»
  2. Рабочее напряжение (VRWM) — выберите TVS с обратным запорным напряжением, равным или превышающим рабочее напряжение цепи, которое было определено на этапе
  3. .
  4. Это гарантирует, что TVS будет потреблять незначительное количество тока при нормальных условиях работы цепи.Если выбрано слишком низкое рабочее напряжение, устройство может выйти из строя или повлиять на работу цепи из-за слишком большого тока утечки
  5. Пиковая импульсная мощность (Pp) — Определите переходные режимы цепи. Определите форму волны или источник переходных процессов и длительность импульса. Выберите TVS, который способен рассеивать ожидаемый пиковый импульс
  6. Максимальное напряжение ограничения (Vc) — Выберите TVS с напряжением ограничения меньше, чем напряжение, которое может вызвать повреждение цепи.

Также часто неправильно понимают, что двунаправленный TVS необходим для подавления отрицательных переходных импульсов. Однако это не так. Двунаправленный TVS необходим в приложениях переменного тока или если сигналы линии передачи данных качаются с плюсом и минусом. Кроме того, для уменьшения емкости иногда используется двунаправленный TVS. Если схема имеет только положительные уровни сигнала, обычно достаточно однонаправленного TVS.

TVS будет работать следующим образом: При положительных переходных режимах устройство сойдет лавинообразно и, как и ожидалось, проведет в обратном направлении пробоя.В условиях отрицательного перенапряжения устройство будет вести себя как диод с прямым смещением и по-прежнему поглощать переходную энергию. Однако это НЕ верно для устройств с малой емкостью. Они всегда подключаются в двунаправленном режиме, чтобы защитить внутренний диод с низкой емкостью от повреждения обратным перенапряжением.

Ограничители переходного напряжения предназначены для работы в широком диапазоне температур, обычно от -55 ° C до +155 ° C. Если приложение требует, чтобы TVS работал при различных температурах, необходимо учитывать характеристики устройства при ожидаемых экстремальных температурах.

  1. Обратный ток (IR) — Обратный ток увеличивается с температурой. См. Технический паспорт тока утечки при высоких температурах
  2. Рассеиваемая мощность — По мере увеличения температуры перехода устройства рассеиваемая мощность снижается. Пиковая мощность линейно снижается от +25 C до T (макс.). Пример кривой снижения мощности показан на Рисунке
  3. .
  4. Температурный коэффициент напряжения пробоя (Tcbv) — это значение указано в техническом паспорте как процентное изменение VBR на градус Цельсия.

ступенчатых восстанавливающих диодов (SRD) | Microsemi

Обзор

Th Ступенчатые восстанавливающие диоды серии GC2500 представляют собой эпитаксиальные кремниевые варакторы, которые обеспечивают высокую выходную мощность и эффективность в генераторах гармоник. Строгий контроль материалов и процессов обеспечивает высокую воспроизводимость. Уникальный процесс пассивирования диоксидом кремния обеспечивает большую надежность и низкие токи утечки при высоких температурах.Доступны диоды с различными диапазонами емкости для каждого из 4 номиналов напряжения. Эти диоды представляют наименьшее время перехода (время переключения), доступное для каждого номинального напряжения. Если не указано иное, емкость каждого типа будет в пределах указанного ниже диапазона. Допуск емкости ± 10% доступен за дополнительную плату. Диоды могут быть оптимизированы под индивидуальные электрические или механические характеристики. Пользовательские параметры для емкости, напряжения, времени перехода
, последовательного сопротивления и т. Д.доступны по запросу. Все указанные выше характеристики основаны на упаковке style 30. Доступно множество вариантов корпусов, включая 150A, 35, 36, 42 и 56. Также доступны микросхемы, установленные на держателях с золотыми проводами / ленточными выводами. Доступны другие стили пакетов для удовлетворения особых требований. Действуют некоторые ограничения. Свяжитесь с Microsemi для получения подробной информации.

Лист данных доступных деталей

Параметрический поиск

  • «Предыдущая
  • {{n + 1}}
  • Следующий »
  • Показано 2550100 на страницу
Детали Статус детали упаковка Тип Перевозчик пакетов Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *