功率晶體管的電壓/電流都選得足夠大,除了注意自己的人身安全,一般不用擔(dān)心功率晶體管會(huì)損壞。但是在實(shí)際產(chǎn)品實(shí)驗(yàn)中,功率晶體管技術(shù)規(guī)格的裕量不可能選得這么大,大電流、高電壓環(huán)境下工作的諸多因素在實(shí)驗(yàn)狀態(tài)并不可知,上電即燒管子的現(xiàn)象屢見不鮮。
有些管子的現(xiàn)象比較溫和,但是更多的是過流、過壓造成的激烈損壞,使功率晶體管“爆炸”,除了自身碎裂,還會(huì)導(dǎo)致“放煙花”、“放炮”,這會(huì)給實(shí)驗(yàn)者的心理造成壓力。更為不利的是,炸管往往發(fā)生在瞬間,我們沒有時(shí)間來觀察損壞的原因;盲目上電會(huì)損壞很多管子,卻不能解決問題。
如果經(jīng)常需要做功率電路實(shí)驗(yàn),如何避免炸管是個(gè)很現(xiàn)實(shí)的問題。要避免炸管,工程師們自然各有各的方法,下面推薦的是一種較為業(yè)余的方法,供入門者參考。
1、用接觸式調(diào)壓器構(gòu)建實(shí)驗(yàn)電源
接觸式調(diào)壓器又稱為自耦調(diào)壓器(圖1),雖然與市電不隔離,卻可以獲得連續(xù)可調(diào)的電壓;加上整流濾波電路后,還可以獲得直流電壓連續(xù)可調(diào)的電源,電源功率取決于自耦調(diào)壓器和整流濾波電路。
自耦調(diào)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)設(shè)備,功率從0.5kW到幾kW、數(shù)十kW。需要注意的是,自耦調(diào)壓器的功率指的是輸入功率,或者是指變壓比為1:1時(shí)的輸出功率,當(dāng)輸出電壓比較低的時(shí)候,輸出功率會(huì)大幅度減少。
自耦調(diào)壓器有單相的,也有三相的,可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況準(zhǔn)備。用單相自耦調(diào)壓器構(gòu)建的功率實(shí)驗(yàn)電源的電路原理圖如圖2所示,電路采用搭焊即可;K1、K2為機(jī)械式電源開關(guān),不限于圖中的形式;電源開關(guān)和自耦調(diào)壓器要放在自己觸手可及的地方。
之所以要準(zhǔn)備這樣一臺(tái)功率實(shí)驗(yàn)電源,是因?yàn)楣β示w管發(fā)生炸管,無非是主電路的電流過大或者電壓過高(同樣會(huì)引起電流過大);對(duì)于IGBT而言,就是流過集電極—發(fā)射極的電流太大了;柵極(基極)驅(qū)動(dòng)不當(dāng)也會(huì)導(dǎo)致主電路的電流過大或者電壓過高。無論是何種原因?qū)е抡ü埽灰麟娫吹碾妷翰桓撸筒粫?huì)引起炸管。有了自耦調(diào)壓器構(gòu)建的實(shí)驗(yàn)電源,實(shí)驗(yàn)時(shí)主電路上電可以從0逐漸升高,不會(huì)炸管;即使炸管,我們也有時(shí)間找到炸管的電壓臨界點(diǎn),在該臨界點(diǎn)以下調(diào)試電路即可。
換言之,有了這樣的實(shí)驗(yàn)電源,做電路實(shí)驗(yàn)時(shí),一般不會(huì)炸管,即使發(fā)生了炸管,我們也有時(shí)間和條件找出炸管的原因來。
2、為驅(qū)動(dòng)電路和控制電路準(zhǔn)備單獨(dú)的直流電源
為了做電路實(shí)驗(yàn)的方便,僅僅有實(shí)驗(yàn)電源是不夠的,這只滿足了主電路的需要。功率晶體管一般工作在高速開關(guān)狀態(tài),驅(qū)動(dòng)與控制電路的電源(輔助電源、副電源)是必不可少的。
如果輔助電源在系統(tǒng)中是完全獨(dú)立的,當(dāng)然比較方便。不過,很多時(shí)候,輔助電源會(huì)和主電源都有著這樣、那樣的聯(lián)系。在做電路調(diào)試時(shí),為了避免主電路和驅(qū)動(dòng)控制電路互相干擾,應(yīng)該同時(shí)準(zhǔn)備獨(dú)立的輔助電源。
驅(qū)動(dòng)和控制電路一般需要12~25V的直流電源;如果有數(shù)字控制電路,可能需要5V的電源。因此,我們最好準(zhǔn)備一臺(tái)5~30V的可調(diào)直流電源,能同時(shí)輸出5V、12V、24V并且各自獨(dú)立可調(diào)。市場(chǎng)上各種現(xiàn)成的維修電源,可以滿足上述要求。
如果條件有限,也可以自制,用工頻變壓器和常見的LM317即可以方便地搭建直流可調(diào)電源。本節(jié)介紹的是更為簡(jiǎn)單的一種方法,用2~3臺(tái)閑置的PC電源來搭建輔助電源。即使手中沒有閑置的電腦電源,在電腦市場(chǎng)上花10元錢也可以淘到適用的二手電腦電源,搭建成我們所需要的輔助電源的成本不超過30元。
PC電源有3組主輸出:3.3V、5V、12V,電流輸出能力都相當(dāng)樂觀。這里,我們不是奔著輸出功率來的,而是其低廉的價(jià)格,還易于購買。另一優(yōu)點(diǎn)是,PC電源是非常成熟而且生產(chǎn)批量很大的產(chǎn)品,其保護(hù)功能完善,標(biāo)準(zhǔn)化程度艮高。
圖3是用2臺(tái)PC電源搭建輔助電源的關(guān)鍵步驟。
(1)將兩臺(tái)PC電源疊加起來,中間墊一層木板或者其他絕緣物,保證二者的外殼絕對(duì)不會(huì)碰觸,然后捆扎起來。當(dāng)然,讓二者分開放置,能保證外殼不會(huì)接觸也可。
(2)讓PC電源上電即處于工作狀態(tài)。目前常見的PC電源為ATX電源,上電即處于待機(jī)狀態(tài),需要主板配合才能工作。按圖3處理一下,PC電源即可上電處于工作狀態(tài)。
(3)將電源輸入線(接市電的電源線)的地線插頭去掉。兩臺(tái)PC電源需要兩條電源線,不要用那種1分2的電源線。
經(jīng)過上述處理,兩臺(tái)PC電源各自任意一組輸出就可以串聯(lián)了。假設(shè)兩臺(tái)PC電源為電源A、B。如果電源A的5V與電源B的3.3V串聯(lián),就可以得到8.3V的直流電源;電源A的12V與電源B的12V串聯(lián),就可以得到24V的直流電源,依次類推。
需要特別注意的是,只能將兩臺(tái)電源之間的各一組輸出相串聯(lián),一臺(tái)電源的各組輸出不能串聯(lián)。這樣,我們最高可以得到1組24V的直流電源,足以滿足多數(shù)情況下我們對(duì)輔助電源的需要了。
如果需要更高的電壓規(guī)格,可以用3臺(tái)PC電源實(shí)現(xiàn),得到最高36V的直流電源,花費(fèi)的成本也不會(huì)超過100元。
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