Эффективная защита транзисторов выходного каскада УМЗЧ
Предлагаемая для рассмотрения электрическая схема защиты транзисторов выходного каскада (ВК) УМЗЧ позволяет точно учесть их статическую и импульсные области безопасной работы (ОБР) в широком диапазоне температур и при работе на произвольную комплексную нагрузку.
Благодаря этому в отличие от традиционных схем защит отпадает необходимость в двух-, трёх- и даже четырёхкратном запасе по мощности транзисторов ВК.
Основные особенности:
- Высокая точность;
- Непосредственное и непрерывное измерение мгновенной рассеиваемой мощности на транзисторном кристалле, что позволяет адекватно работать на любую реактивную нагрузку (учёт эллиптической нагрузочной кривой);
- Динамическое измерение температуры перехода кристалла (Tj) и тока стока (коллектора) (учёт импульсной ОБР);
- Зависимость ОБР от температуры корпуса (Tc);
- Гарантированная и правильная работоспособность в широких пределах изменения напряжения питания ВК;
- Малый температурный дрейф параметров полупроводниковых элементов защиты;
- Простая настройка (отсутствует надобность экспериментального подбора большого числа номиналов схемы).
Электрическая схема защиты
Основным элементом схемы является четырёхквадрантный аналоговый умножитель AD633, который обладает высокими показателями по быстродействию, точности и термостабильности. Напряжение с резистивного датчика тока R4 предварительно усиливается УН на ОУ X3 в 10 раз и поступает на дифференциальный вход X умножителя на X4. Напряжение сток-исток (коллектор-эмиттер) через резистивный делитель 1:10 подаётся на вход Y умножителя. Таким образом, с учётом математической формулы умножителя получаем на 100 Ватт рассеиваемой мощности приращение в 1 Вольт выходного напряжения умножителя. Далее сигнал с выхода умножителя идёт на интегрирующую цепочку R8С1, которая учитывает динамику разогрева кристалла. Напряжение с конденсатора С1 поступает на компаратор X2, который срабатывает при превышении заданного порога по мощности. Контроль за превышением максимально допустимого тока стока (коллектора) осуществляет компаратор X6. Сигнал «тревоги» с выхода компараторов X2 и X6 складывается диодным «ИЛИ» и поступает, например, на вход «Мute» усилителя (разумеется через логическую развязку «ИЛИ» с других плеч ВК).
Результат моделирования схемы , оптимизированной под транзистор типа 2SC5200
Зависимость ОБР от температуры корпуса транзистора
Pmax=f(Tc)=(Tj-Tc)/Rt, (1)
где Pmax – максимально допустимая рассеиваемая мощность транзистора;
Tj – максимально допустимая температура перехода;
Tc – температура корпуса транзистора;
Rt – тепловое сопротивление переход-корпус.
Эта зависимость учитывается, с помощью термодатчика на транзисторе Q1, сигнал с которого подаётся на вход суммирования Z умножителя.
Например по формуле (1) для транзистора 2SC5200 максимальная рассеиваемая мощность Pmax составляет 150 Ватт при Tc=25 C (Rt=0,833 С/Ватт), а при Tc=100 С она уменьшается до 60 Вт. Учитывая, что при Pmax=150 Вт на выходе умножителя должно быть приращение напряжения на 1,5 В, а при Pmax=60 Вт соответственно на 0,6 В, нужно делителем R1R2 добиться такого ТКН термодатчика, чтобы при повышении температуры с 25 С до 100 С напряжение Uэк транзистора Q1 изменялось на 1,5-0,6=0,9 В.[свернуть]
Сообщение от shkal
). И наконец, ОБР не является исчерпывающе точной, что если за нее вышел - то транзистору конец. С одной стороны, еще запас производителя есть, и если при воспроизведении музыки на пиках ненамного вылезет за ОБР - ничего страшного. С другой - ценность работы на максимальной мощности вплотную к ОБР весьма сомнительна - транзистор умрет не от превышения ОБР, а от усталости от большого количества циклов нагрева-охлаждения.
- мегагерцы были, но это ни кому ни нужно, просто вообще тупиковый путь.
И без высоковольтного участка ваша защита мне не подойдет. На этом участке и возникает основная сложность в измерении - на высоких напряжениях Uкэ приходится ловить токи 0.3...1А, и та погрешность в 1-2А, которая приемлема на больших токах, оказывается недопустима.
Социальные закладки