А. Черномырдин - Семь шагов в электронику

♦ если деталь установлена на радиаторе — взять радиатор побольше;

♦ добавить принудительный обдув устройства;

♦ заменить сильно греющуюся деталь более «мощной»;

♦ изменить схему устройства или режим работы компонента, чтобы снизить тепловыделение.

Самый первый путь является самым очевидным, но против него есть целый список возражений. Во-первых, большой радиатор нужно еще куда-то установить, а это может потребовать переделки всей платы, поскольку мы на это не рассчитывали. Во-вторых, мы ведь делаем устройство для питания лаповых конструкций, а не устройство для нагрева воздуха. Если бы нам нужно было нагревать воздух, мы бы сделали калорифер и не мучились бы со схемой. Поэтому увеличение радиаторов — это путь, который мы попробуем в самую последнюю очередь.

Добавить принудительный обдув — это хорошая мера, дающая прекрасный результат. Однако пользоваться этой мерой нужно весьма осмотрительно. Применение вентилятора уместно тогда, когда естественный поток воздуха либо отсутствует, либо крайне затруднен, например, в глубине шасси (мы еще вернемся к этому вопросу). Плата, находящаяся на открытом воздухе, должна все-таки, по возможности, остывать сама — без посторонней помощи.

Заменить деталь более «мощной» — хорошая альтернатива, в том числе и в радиолюбительских условиях. Понятно, что более «мощный» компонент будет при прочих равных условиях меньше греться — и за счет меньшего рассеивания мощности, и за счет более эффективного отвода тепла от кристалла полупроводника.

Что у нас там в списочке проблемное? Ах да, ключевые транзисторы конвертора! Ну что же, заменяем их с 2SK2141 на IRFP450, и снова устраиваем получасовой прогон. Не забыли правило — по одному шагу! Не нужно заменять сразу все.

Каков же результат на этот раз? А вот каков:

♦ двухобмоточный дроссель корректора мощности разогрелся выше всяких ожиданий, свечка плавится;

♦ трансформатор всего лишь теплый;

♦ силовой ключ корректора мощности нагрелся вместе с радиатором до плавления свечки;

♦ диод корректора коэффициента мощности нагрелся настолько, что прогон пришлось остановить;

♦ микросхема корректора мощности практически холодная;

♦ выпрямительный мостик ощутимо нагрелся, но свечку не плавит;

♦ микросхема автогенерирующего конвертора уже не теплая, а горячая;

♦ ключевые транзисторы конвертора нагрелись до плавления свечки куда быстрее, чем в прошлый раз;

♦ сдвоенный диод выпрямителя напряжения накала вместе с радиатором нагрелся, но свечку не плавит.

Вот так! Это называется «приехали». Более «мощная» деталь, оказывается, сильнее греется!!!

Неожиданный финал, правда? Вопреки нашим непоколебимым представлениям, замена хороших деталей лучшими привела в итоге к худшим результатам. Лучшее — враг хорошего! Как такое вообще возможно? Где ошибка?

Не беремся судить про все вопросы. Но ответ на последний очевиден — ошибка в наших представлениях о работе конструкции.

Конструкция всегда права, ведь она всегда ведет себя именно так, как и должна вести себя в данной ситуации. Если она должна сгореть, оттого что мы кое-что напутали в расчетах — она непременно сгорит!

И если при замене менее «мощной» детали на более «мощную» устройство стало греться сильнее — значит, именно так и должно было произойти! Конструкция всегда права, а мы — всегда неправы! И потому единственное, что нам остается в этой ситуации — вновь сесть за осциллограф, и шаг за шагом проверить работу конструкции, чтобы найти ошибку — нет-нет, не в конструкции, не обольщайтесь! — в наших с вами представлениях о ее работе. Итак, подключаем к блоку питания осциллограф (см. рис. 8.11) и смотрим сигнал на затворах полевых транзисторов.

Все хорошо, ничего неожиданного мы не видим, но нас отчего-то смущает какая-то округлость вершин импульсов (точка Б), как будто у них немножко срезаны кончики. Да и вертикальные «черточки» импульсов почему-то не выглядят такими уж вертикальными, у них есть довольно заметный наклон. Что-то с микросхемой? Ну-ка, возвратим-ка мы схему в предыдущее состояние, и посмотрим, как дело обстоит там!

Ну да, новый вариант немного отличается от того, что мы видели перед этим — округлостей вершин почти нет, да и сами импульсы куда больше похожи на прямоугольные. И тут же память наша услужливая подсказывает нам — емкость! Емкость затвора!

Чем мощнее транзистор, тем емкость затвора у него больше. А чем больше емкость затвора, тем дольше длится процесс ее перезаряда, тем дольше полевой транзистор находится на активном участке своей характеристики, где нагрев его максимален. Это, да еще и эффект того самого Миллера в придачу, и вызвал такой неожиданный для нас нагрев. А микросхема-то, микросхема! Вот как она старается перезаряжает затвор! Оттого и стала она гораздо горячее, чем была до замены.

Ну вот, огненный дух, кажется, выведен на чистую воду. Теперь самое время заняться «вторым проклятым вопросом» — что делать?

Напрашивается в данной ситуации одно-единственное решение — сократить время перезаряда затвора. Сделать это можно двумя способами:

♦ либо уменьшить сопротивление цепи перезаряда;

♦ либо уменьшить емкость затвора полевого транзистора.

Уменьшить сопротивление цепи перезаряда — хорошая идея. Достаточно поставить на выход микросхемы сдвоенный эмиттерный повторитель — и можно будет перезаряжать емкость затвора с гораздо большей скоростью. Уменьшить емкость затвора мы при всем желании не можем — емкость эта скрыта в недрах полевого транзистора, и уменьшить ее можно разве что подпилив кристалл надфилем! Нет, этот путь отпадает. Хотя…

Ах, опять это радиолюбительское «хотя»! Вдруг ни с того ни с сего на ум приходит одна идея. Каскодный ключ! Ключ, состоящий не из одного, а из двух полевых транзисторов. Нижний по схеме транзистор — низковольтный, но достаточно высокочастотный, включен по, схеме ОИ. Верхний — высоковольтный — по схеме ОЗ. Частотные свойства такой связки определяются нижним транзистором ключа, а ведь низковольтные полевые транзисторы имеют намного лучшие частотные свойства! Допустимое же напряжение такой связки определяется характеристиками верхнего транзистора. И — самое главное, — у нижнего транзистора эффект Миллера практически отсутствует, а это означает, что перезаряжаемая емкость уменьшится чуть ли на порядок. Да, конечно, два транзистора дороже одного, но мы же с вами не завод по производству блоков питания. На хорошее дело можно и потратиться.

Замечательная, конечно идея. Жаль только, что вновь придется переделывать схему (см. рис. 8.12).

Рис. 8.12. Вариант автогенератора с каскодными ключами

Итак, печатная плата разведена и изготовлена, детали с прежней платы благополучно мигрировали на новую, новых проблем с электрической частью не обнаружено, и теперь мы устраиваем нашей схеме второе «длинное» включение. Чтобы не повторяться — сразу озвучим результат:

♦ двухобмоточный дроссель корректора мощности разогрелся выше всяких ожиданий, свечка плавится;

♦ трансформатор всего лишь теплый;

♦ силовой ключ корректора мощности нагрелся вместе с радиатором до плавления свечки;

♦ диод корректора коэффициента мощности нагрелся настолько, что прогон пришлось остановить;

♦ микросхема корректора мощности практически холодная;

♦ выпрямительный мостик ощутимо нагрелся, но свечку не плавит;

♦ микросхема автогенерирующего конвертора практически холодная;

♦ ключевые транзисторы'конвертора слегка нагрелись (причем более теплыми ощущаются «нижние» ключи каскодной схемы);

♦ сдвоенный диод выпрямителя напряжения накала вместе с радиатором нагрелся, но свечку не плавит.

Ну что же, за такой результат можно только искренне порадоваться!

Особенно радует то, что практически перестала нагреваться микросхема автогенератора — чем меньше греется та или иная деталь, тем выше надежность ее работы. Ну а теперь продолжим исправлять проблемы с тепловым режимом в остальных компонентах конструкции. И теперь самое бросающееся в глаза критическое место — корректор коэффициента мощности.

В корректоре коэффициента мощности критическими элементами, как мы определили во время прогона, являются:

♦ двухобмоточный дроссель;

♦ транзисторный ключ;

♦ диод корректора мощности.

 Примечание.