نکات مهم در انتخاب ترانزیستور

سایت دیفراست www.defrost.ir مرجع تعمیرکاران لوازم خانگی

کانال تلگرام گروه تولیدی دیفراست

Telegram.me/defrostgrop

باما همراه شوید

 

 

 

 

انتخاب ترانزیستور :

پارامترهای طراحی اولیه ی یک ترانزیستور برای استفاده در یک مبدل غیر خطی، اول توانایی بلوکه کردن ولتاژ آن در هنگام خاموش بودن و دوم

ظرفیت تحمل جریان آن که در هنگام روشن بودن است. هردوی این پارامترها توسط نوع مبدل مشخص میشوند.

تصمیم مهم دیگری که طراح با آن روبه روست استفاده از ترانزیستور دوقطبی یا ماسفت در طراحی است.

هرکدام از این ترانزیستورها مزایای متمایزی را نسبت به دیگری ارائه میدهند، ترانزیستور دوقطبی در حال حاضر ارزان است درحالیکه

ماسفت به خاطر مدارهای تحریک ساده تر، مدار ساده ای دارد.

کاربرد نیمه هادی ها نقش بسیار بزرگی در قابلیت تحمل مدارات تغذیه سوئیچینگ برعهده دارد. درحالت سوئیچینگ ترانزیستورها در

حالت اشباع یا نزدیک آن کار میکنند. در این حالت مقدار حداقل مقدار خود را خواهد داشت و درنتیجه تلفات به حداقل خواهد رسید.

لذا طراح باید بدترین حالت یعنی در سلف حداقل و حداکثر جریان کلکتور را درنظر بگیرد.

 

 

عوامل موثر در این جریان:

امپدانس موثر دیده شده از سوی کلکتور، ولتاژ ورودی حداکثر دوره هدایت و بار می باشد.

درصورتیکه از کوپلاژ ترانسفورماتوری استفاده شود تلفات مذکور کاهش قابل ملاحظه ای پیدا میکند. اشکال این کار افزایش زیاد زمان خاموش

سازی ترانزیستور در رابطه با فرو رفتن در حالت هدایت فوق العاده است.

 

اشکالات عمده ترانزیستورهای دوقطبی :

1- شکست بهمنی، هنگامی که ترانزیستور خاموش است و یک موج ولتاژ فوق العاده به پیوند کلکتور بیس میرسد، رخ میدهد.

2- پدیده شایع ترو پیچیده تر، پدیده شکست ثانویه و ازدحام جریان است. این حالت در طی پروسه روشن وخاموش سازی رخ میدهد.

و اینها پدیده های وابسته به ولتاژ هستند. هنگامی که جریان جاری است و ولتاژ نسبتا زیادی بین کلکتور و آمیتر وجود دارد رخ میدهد، و این

به تلفات لحظه ای نسبتا زیادی که به صورت یکنواخت هم توزیع نشده منجر میشود.

یکی از عواملی که ترانزیستور را به نواحی غیرمجاز کاری وارد میکند، Snubbing است که در ادامه مورد بحث قرار میگیرد.

سرعت سوئیچ اثر مستقیمی در تلفات سوئیچ دارد و این تلفات رابطه مستقیمی با فرکانس کاری مدار دارد. تلفات سوئیچینگ از جریان

کلکتور به آمیتر هنگامیکه Vcc از اشباع به قطع میرود ( یا برعکس ) نشات میگیرد، در این زمان جریان بار کلکتور به جهت خاصیت القایی

بار کماکان جاری است. که به تلفات قابل توجهی متناسب با فرکانس کاری منتهی میشود. در این حالت بهتر است به بیس به عنوان خازن

کوچکی بین پایه بیس و آمیتر نگاه شود، سرعت شارز و دشارژ شدن این خازن تعیین کننده فرکانس کاری بین قطع و اشباع است. وجود

این خازن طرح را کمی پیچیده میکند.

 

یک خازن به مقدار 200pF تا 50nF به موازات مقاومت بیس نصب میشود. این خازن سرعت دهنده، که انباره نامیده میشود شارز و دشارژ

خازن بیس را سرعت میدهد. این خازن عملا یک ولتاز منفی در بیس هنگام خاموش کردن ترانزیستور ایجاد میکند. و اثرات ازدحام جریان را

می کاهد. به علاوه ولتاز بیس آمیتر را در طی خاموش کردن منفی میکند.

نکته دیگری که باید در انتخاب ترانزیستور دقت شود، سرعت کلید زنی ویا فرکانس کار آن می باشدو زمان کلید زنی ترانزیستورها باید

بسیار کوچک (کمتر) باشد. این زمان شامل تاخیر در روشن شدن، صعود و زمان نزول جریان میباشد. در غیر این صورت ترانزیستور زمان

کافی برای پاسخگویی به پالس های اعمالی از مدار کنترل نخواهد داشت درنتیجه علاوه بر کاهش کیفیت خروجی باعث افزایش بسیار

شدید تلفات در ترانزیستور میشود.

توجه به این نکته ضروری است که ترانزیستور دوقطبی دارای فرکانس قطع کار محدودی است، حدود 50KHz ، درحالیکه ماسفت برای

فرکانس سوئیچینگ بالاتر از 200KHz نیز میتواند استفاده شود. البته فرکانس های بالاتر به معنی اندازه کوچکتر اجزا و بنابراین منابع

تغذیه ی فشرده تر است، واقعیتی که به نظر میرسدطراحی منبع تغذیه، امروزه به سمت آن گرایش دارد.

 

استفاده قدرت از ترانزیستور دوقطبی به عنوان یک سوئیچ ترانزیستور دوقطبی وسیله این است که اساسا با جریان کار میکند، در واقع

با تزریق جریان به پایه ی بیس آن جریان در کلکتور ساخته میشود.

اندازه ی جریان گذرنده از کلکتور به مقدار گین ترانزیستور بستگی دارد. اساسا دو مد کاری در یک ترانزیستور دوقطبی وجود دارد:

مد خطی و مد اشباع؛ که برای روشن یا خاموش کردن ترانزیستور به کار میرود.

در کاربردهای سوئیچینگ واقعی یک جریان محرکه ی بیس آن برای روشن کردن ترانزیستور، و یک جریان بیس با پلاریته ی معکوس برای خاموش

کردن ترانزیستور مورد نیاز است. به علت ذخیره مشخصی با کاربرد آن همراه است.

یکسو کننده ها، سلف ها و خازن ها عموما قسمت خروجی هر منبع تغذیه سوئیچینگ از یک یا چند ولتاژ مستقیم تشکیل شده است که

با یکسو کردن مستقیم ولتازهای ثانویه ترانس.

این خروجی ها معمولا ولتاژ پایین و جریان مستقیم هستند و میتوانند سطح توان مشخصی را برای فرمان وسایل و مدارهای

الکترونیکی تحویل دهند.

ولتاز معمول خروجی، 24،15،12،5 و 18 ولت جریان مستقیم هستند و توان آنها میتواند از چند وات تا چند کیلووات متغیر باشد.

متداول ترین نوع ولتاژهای ثانویه که در منبع تغذیه سوئیچینگ یکسو میشوند، موجهای مربعی فرکانس بالا هستند که به اجزا مخصوصی مانند

یکسو کننده های سریع یا شاتکی، خازن های ESR کوچک و سلف های ذخیره کننده انرژی نیاز دارند تا بتوانند خروجی هایی با نویز کم

ایجاد کنند، که در اغلب ابزارهای الکترونیکی قابل استفاده باشد.

 

 

رگولاتورهای سوئیچینگ :

اکثر منابع تغذیه سوئیچینگ امروزی از نوع پهنای باند مدوله شده هستند. این تکنیک، زمان هدایت ترانزیستور سوئیچینگ را در طول دوره ی

روشن بودن ، تغییر میدهد تا ولتاژ خروجی را به میزان مشخصی، کنترل و تنظیم کند. اگرچه روش های دیگری نیز برای کنترل و رگولاسیون

به کار میروند، اما نوع پهنای باند مدوله شده کارایی بهتری دارد، ازجمله رگولاسیون دقیق خط و بار و پایداری در هنگام تغییرات دما.

 

 

نحوه محاسبه جریان مورد نیاز ورودی در منبع تغذیه سوئیچینگ :

مقدار جریان ورودی در منبع تغذیه سوئیچینگ که دارای ورودی خازنی است را میتوان از فرمول زیر محاسبه نمود ⇐

Lin = Pout / (E*PF*Vin

Lin : جریان ورودی مورد نیاز

Pout : توان خروجی ⇐ حاصلضرب ولتاژ خروجی منبع تغذیه  در جریان مورد استفاده شده جهت بار منبع تغذیه

E : راندمان – بازده ⇐ توان خروجی به توان ورودی

PF : پاور فکتور ، مقدار 0.7 وات برای منابع تغذیه سوئیچینگ و 0.8 برای نوع خطی آن میباشد.

Vin : ولتاژ ورودی ⇐ مقدار حقیقی آن بستگی به نوع آمپدانس منبع میباشد.

 

برای حداکثر جریان مورد نیاز ازفرمول زیر استفاده میشود :

Lin, max = Pout,max / (Emin*PFmin*Vin,min

مهمترین قطعاتی که در یک منبع تغذیه سوئیچینگ بکار میروند، ترانزیستورهای سرعت بالا ویا کلید زنی، MOSFET های قدرت سوئیچینگ،

سلف و سیم پیچ و خازن های فرکانسی باکیفیت می باشند.