СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ
Общие сведения из теории
В настоящее время в области коммутируемых токов до 50 А и напряжений до 500 В еще используются силовые ключи на биполярных транзисторах
(рис. 2.1, д), уступающие место идущим на смену им полевым транзисторам
с индуцированным затвором (MOSFET, рис. 2.1, е). Нишу силовых высоковольтных ключей с большими уровнями токов и напряжениями до 5 кВ заняли биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT, рис. 2.1, ж).
В замкнутом состоянии транзисторы находятся в режиме насыщения и пропускают токи с малыми потерями напряжения. В разомкнутом состоянии транзисторы находятся в режиме отсечки тока и имеют практически бесконечное сопротивление.
Силовые транзисторные ключи обычно характеризуются набором статических, предельно допустимых и динамических параметров. К статическим параметрам относятся остаточное напряжение в замкнутом состоянии 
и сопротивление в режиме насыщения 
для биполярных и IGBT-транзисторов, сопротивление сток-исток в открытом состоянии 
для MOSFET- транзисторов. В качестве предельно допустимых параметров в паспортных данных на транзисторы приводятся следующие: максимальный ток коллектора 
и ток стока 
в проводящем состоянии, максимальное напряжение коллектор-эмиттер 
и напряжение сток-исток 
в непроводящем состоянии, максимальное значение мощности рассеяния на коллекторе 
и стоке 
при
заданной температуре корпуса и др. К динамическим параметрам силовых транзисторных ключей относятся параметры их инерционности, характеризующие длительность этапов переключения в ключе с резистивной нагрузкой: 
– время задержки включения, 
– время нарастания тока, 
– время рассасывания для биполярных транзисторов, 
– время задержки выключения для MOSFET- и IGBT-транзисторов и 
– время спада тока.
|
|
|
Потери мощности в транзисторных ключах складываются из потерь 
в проводящем состоянии и динамических потерь 
, возникающих на этапе коммутации. При работе транзисторного ключа в режиме периодической коммутации тока I потери проводимости можно рассчитать как
, (3.1)
где 
– отношение продолжительности проводящего состояния транзисторного ключа к периоду его коммутации; 
– остаточное напряжение на проводящем транзисторе; 
– сопротивление ключа в замкнутом положении. Коммутационные потери мощности в транзисторе определяются выражением [2]
, (3.2)
где 
– частота коммутации транзистора.
Силовые ключи на биполярных транзисторах (рис. 2.1, д)являются коммутаторами с токовым управлением. При подаче в базу транзистора прямоугольного импульса тока с крутым фронтом и с амплитудой
|
|
|
, (3.3)
где 
– коэффициент усиления тока базы; 
– степень насыщения (обычно составляет 2…3), ток коллектора достигает установившегося значения не сразу, а после некоторого времени задержки 
, спустя время нарастания тока 
. Таким образом, время включения
(3.4)
При выключении транзистора на его базу подается обратное напряжение, и после времени рассасывания неосновных носителей 
происходит спад тока коллектора в течение времени . Таким образом, время выключения
= 
. (3.5)
Силовые ключи на биполярных транзисторах можно разделить на низковольтные и высоковольтные. Особенностью высоковольтных ключей является эффект динамического насыщения, затягивающий процесс включения, и низкий коэффициент усиления – от нескольких единиц. Поэтому высоковольтные ключи выпускаются составными (по схеме Дарлингтона), а также в виде модулей [3]: последовательно соединенные сборки, мостовые и полумостовые схемы на диапазон токов до 600 А и напряжений до 1200 В (табл. 3.1).
Таблица 3.1
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 134; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!