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AB類放大器push-pull電路之熱補償工作原理

電子設計 ? 來源: EEWorld ? 作者: EEWorld ? 2021-01-29 16:13 ? 次閱讀

廣泛應用的AB類放大器push-pull電路如圖1,但是現在有了一些改進。首先,我們來看看它的熱補償是如何工作的。Q1和Q2表示輸出晶體管的捷徑,因為通常這些輸出器件是達林頓或互補對。Q1和Q2的偏置電壓與齊納(D1)電壓和Q4和Q5晶體管的Vbe壓降相加,后者與溫度有關。通常Q4和Q5與晶體管Q1和Q2位于同一散熱片上。

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圖1 AB類放大器電路有一些改進

首先,我們來看看它的熱補償是如何工作的。Q1和Q2表示輸出晶體管的捷徑,因為通常這些輸出器件是達林頓或互補對。Q1和Q2的偏置電壓與齊納(D1)電壓和Q4和Q5晶體管的Vbe壓降相加,后者與溫度有關。通常Q4和Q5與晶體管Q1和Q2位于同一散熱片上。

通常Vbe(在我們的上下文中是Uk)的值約為0.8V(如果使用達林頓配置,則為1.8-2.5V)。

通過晶體管Q1和Q2的靜態電流為:

i1 = i2 = ((Vz +n*U4)*R3 / (2*(R1+R3)) – U1) / R5

其中n是補償鏈中晶體管的數量(圖1中的2個晶體管Q4和Q5)和Uk,其中k=1,2,3,4是晶體管Qk的Vbe。

設 K = R1/R3, 則:

i1 = i2 = ((Vz +n*U4) / (2*(K+1)) – U1) / R5

取導數:

di1/dT = ( n / (2*(K+1)) * dU4/dT – dU1/dT) / R5

其中導數dUk/dT表示晶體管Qk的Vbe的熱依賴性,k=1,2,3,4。

因此,例如,如果晶體管U1和U4的熱依賴性接近,則最佳條件如下:

K=n/2–1,這明顯是或多或少的,但我們必須得出它。

通過串聯更多的晶體管可以增加補償:使用兩個串聯的晶體管Q4和Q5,而不是只使用一個。所以電壓變化可以加倍。當晶體管Q1和Q2不共用一個散熱器時,這也會有所幫助。然后,將Q4(Q5)與Q1(Q2)放置在同一個散熱器上以控制溫度。

在這種設計中,齊納二極管電阻的優點是熱反饋的衰減更低,因此可以實現更精確的補償。TL431優于普通齊納二極管,因為TL431具有更低的動態電阻和更低的工作電流。

所有這些類型的熱補償都有相同的缺點:由于熱傳感器(在我們的例子中是Q4、Q5)需要放置在輸出晶體管的散熱器上(即遠程放置,而不是放置在公共PCB上),一些連接布線(帶或不帶插座)幾乎是不可避免的(注意圖1中Q4和Q5的布線)。

如果熱傳感器的鏈(在我們的例子中,該鏈是D1、Q4、Q5)由于插座中的接觸不良或僅僅是導線中的斷裂而斷裂,這將不可避免地在晶體管Q1和Q2中產生大而不可控的通電。這些晶體管會被電流破壞,相應的熱失控也會發生。

高質量互補功率晶體管Q4/Q5,可能相當昂貴,但瀕危負載可能更昂貴!

此外,這種電路可以包括一個電位器來調節靜態電流,這使得這種電路容易受到電位器質量的影響。應該采取措施防止這種災難。

圖2中的電路可以解決所有這些問題。它保護昂貴的輸出晶體管和負載不受大的不可控電流的影響。

o4YBAGATw3GALR6BAAB2Wt1P164689.png

圖2該電路保護昂貴的輸出晶體管和負載免受不可控的大電流影響。

以下是保護工作原理:晶體管Q3控制鏈D1、Q4、Q5的完整性。如果該鏈是開放的,Q3的柵極上的電壓就會升高,從而使Q1和Q2的基極偏置幾乎為零。如果完整性被破壞,這確保了非常低的靜態電流i1和i2。

為了計算元件,讓我們考慮Q3的最大柵極閾值電壓,該FET為開(關);我們將該值指定為Vgso:

Vgso=0.8V(適用于BS170和BSS138)

在正常工作期間,當鏈D1、Q4、Q5沒有斷開時,晶體管Q3斷開(關閉),點A和點B之間的電壓由鏈D1、Q4、Q5決定:

Vab=Vz+n*U4,其中,如上所述,U4代表Q4的Vbe。

如果出現以下情況,則為真:

i0 * (R1+ R2 + R3 + R4) > Vz + n * U4

通過R1、R2、R3、R4的電流為:

i14 = Vab / (R1+ R2 + R3 + R4)

假設我們確實知道電流i0,它的值不僅可以由上面的不等式決定,而且還可以知道輸出功率、輸出晶體管Q1/Q2的增益、頻率范圍和電路的寄生電容

現在,差值i0–i14不應小于齊納二極管的最小容許電流:

i0–i14>=Izmin(該值可在數據表中找到,對于TL431為1 mA)

那么,對于R2:

R2 <= (n * U4 – Vgso / 2) / (i0 – Izmin)

為了確保晶體管是開(關)的,我們只取一半Vgso:

i14*R2+Vgso/2<=n*U4 R3(R4)的值以及熱反饋鏈(Q4、Q5、D1)應為Q1(Q2)提供必要的偏差:R3=R4>=(U1+i1*R5)/i14

現在讓我們研究當鏈D1,Q4,Q5斷裂時會發生什么。

當Q3關閉(on)時,我們指定Vgsc為Vgs的最小值。

那么,我們對Vz來說:

i0 * (R1 + R3 + R4) – Vz > Vgsc

所以我們對Vz有:

Vz < min((i0 * (R1 + R3 + R4) – Vgsc), (i0 * (R1+ R2 + R3 + R4) – n * U4 ))

圖2中的電路使用綠色LED代替齊納二極管。這種電路的優點是:

1.LED指示鏈D1、Q4、Q5的完整性。

2.通過LED的電流可能遠小于通過齊納或TL431的電流。

這里使用綠色LED是因為它具有最合適的壓降(約2.2V)。注:下降取決于制造技術,某些類型的綠色LED可能超過3V,因此請注意。

在R7、R8鏈的幫助下,我們可以控制通過電流i1(i2)。該鏈也將有助于一個壞的LED的情況下,限制a和B之間的電壓和通過電流i1(i2)。

電容器C1確保在電路通電期間通過晶體管Q1和Q2的靜態電流為零。它還消除了基于Q1和Q2的交流差異,消除了可能的失真源。

注:電阻對R1和R2、R3和R4具有相同的值。這種對稱性降低了輸出級的總諧波失真(THD)。
編輯:hfy

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