Гл2_06 (1031609), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Внутреннее устройствоээIGBT показано на рис. 2.11 а), а варианэты схемотехнического изображение – нав)г)а)б)рис. 2.11 б), в) и г).Рис. 2.11.При подаче положительного напряжения на затвор формируется токмежду стоком и истоком, поступающий в базу p-n-p транзистора. Открываясь, этот транзистор формирует ток базы n-p-n транзистора, а он дополнительно открывает p-n-p, поскольку включен между его коллектором и базой.
Параметры транзисторов и внутреннегорезистора подобраны так, что при снятии напряжения с затвора IGBT закрывается. Эмиттер p-n-p транзистора выполняет функции коллектора IGBT, поскольку подключен к положительному потенциалу. В различной литературе Вы можете увидеть разные символические обозначения этого транзистора, как показано на рис. 2.11 б)…г).Благодаря тому, что сопротивление канала имеет положительный ТКС, локальногоперегрева переходов p-n-p и n-p-n транзисторов не наблюдается.
При повышении в какомлибо месте перехода плотности тока, возрастающая температура приводит к сокращениюпоступающего туда тока полевого транзистора.Статический коэффициент полезного действия ключа на IGBT рассчитываетсяU − UК.также, как и КПД ключа на биполярном транзисторе: ηK = HUHIGBT широко используются для изготовленияTинтегральных инверторов - двуполярных ключей, споT/2tсобных формировать положительные или отрицательные импульсы.
Трехфазные инверторы применяют длячастотной регулировки скорости вращения асинхронных электродвигателей. В таком инверторе переменноетрехфазное напряжение сначала выпрямляется, затемформируется три последовательности двуполярныхимпульсов, сдвинутых друг относительно друга натреть периода. Период импульсов определяет частотувращения ротора двигателя.
Для регулировки мощности используется скважность импульсов, отношение2t/T. Если посмотреть на реальную осциллограмму напряжений на обмотках двигателя,никаких импульсов там конечно не будет. Индуктивная нагрузка фазовых катушек статора превратит их в три синусоидальных, сдвинутых по фазе на треть периода, напряжения.Рябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э.
Баумана, V_Ryabov@mail.ru67Е. Тиристоры и семисторы.Тиристор представляет из себя прибор с двумя устойчивыми состояниями с чередованием слоев p-n-p-n. На рис. 2.12,а) представлено его схемотехническое обозначение. При подаче на управляющий электрод положительного потенциала, тиристор открывается и сохраняет свое состояние, если управляющий потенциал снят.
Для выключения тиристора необходимо снять анодное напряжение. Проводит ток тиристор, как и диод в одну сторону.На рис. 2.12,б) представлено схемотехническое обозначение семистора, по своей сути,являющегося встречно-параллельным включением двух тиристоров. В нем уже семь слоев,этот прибор проводит в обоих направлениях и прекраснокоммутирует переменный ток.Некоторые тиристоры и семисторы устойчивогоа)в)б)состояния не имеют и выключаются не снятием анодРис.
2.12.ного напряжения, а управляющим сигналом, поэтомуспособны коммутировать постоянный ток. Такие приборы со встроенной оптронной развязкой получили название твердотельных реле.Серийно выпускаются тиристоры и семисторы с током в несколько сотен ампер инапряжением в 1000В. В иностранной литературе тиристоры и семисторы часто обобщенно называют триаками и этот термин используется в переводах и перекочевал и в русскоязычную литературу.Тиристоры и семисторы часто используют для регулирования мощности в нагрузке.Различают фазо-импульсное и широтно-импульсное управление.При фазоимпульсном управлении (рис.1.22) некоторое устройство, называемое сетевым таймером, фиксирует моменты прохождения сетевого напряжения Uc через ноль иформирует последоваUcтельность импульсовSt.
Для формированиятребуемой мощности внагрузкесистемауправления через некоStторую задержку t_здформирует импульсыоткрытия тиристорныхДуили семисторных ключей Ду. Об устройствеtt_здэтихэлементов можноРис. 1.22.посмотреть в гл.2. Чембольше задержка, тем меньше будет уровень мощности, выдаваемой в нагрузку. Недостаток фазоимпульсного управления – нелинейность зависимости мощности от времени задержки, хотя микропроцессорувполне по плечу задача линеаризации.Приширотно-импульсномНагрузка включена Нагрузка отключенауправлении (рис.1.23) выбираетсянекоторый интервал регулироваРис. 1.23.ния Т, в течении которого: навремя То нагрузка подключена к сети, либо источнику постоянного напряжения, на время,оставшееся до конца интервала регулирования – отключена.
Выделяемая в нагрузке мощность составит:TN = Nm O ,TРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru68здесь Nm – мощность, выделяемая в нагрузке при подключении к сети либо источнику постоянного напряжения. Таким образом, аналоговое управление реализуется через выдачудискретного управления в заданные периоды времени.Ж. Свето и фотодиоды, фототранзисторы, оптопары.При определенных условиях энергия рекомбинации электронов и дырок в p-n переходе выделяется в виде света, а не тепла, как в обычных диодах. Для этих целей используются не монокристаллы кремния, а сложные композитные полупроводники на основесоединений галлия (Ga), мышьяка (As), фосфора (Р), индия (In), алюминия (Al) и другихэлементов.
Излучение p-n перехода может быть когерентно, такие приборы называют полупроводниковыми лазерами.Вольтамперная характеристика светодиода напоминает приведенную на рис. 1 характеристику кремниевого диода. Напряжение прямого падения составляет от 1.6В до2.2В (меньшие значения у красных светодиодов). Номинальный ток от нескольких миллиампер. Безинерциальность и хорошая светоотдача обеспечили современным светодиодамширокое применение в качестве различных индикаторов (начиная от простейших точечных и семисегментных символьных индикаторов и заканчивая цветными дисплеями и даже светофорами).Но главное применение таких приборов в САУ - в качестве оптронных развязок влиниях связи с объектом вычислительного ядра и плат УСО. При облучении p-n переходасветом в нем образуются пары носителей зарядов и вырабатывается ЭДС (вспомните солнечную батарею).
Так устроен фотодиод. Если облучать базовую область транзистора, онможет быть переведен в открытое состояние – это фототранзистор. Сочетание светодиодаи какого либо фотоприбора называют оптопарой.На рис. 2.13. приведены различные типы оптопар. Диодная оптопара (рис. 2.13, а)отличается наибольшим быстродействием, но выходной сигнал ее слаб и требует усиления для дальнейшего использования в качестведискретного сигнала.
Наибольшее распространение в качестве оптронных развязок получилитранзисторные оптопары. На рис. 2.13, б) приведена транзисторная оптопара без базового ота)б)в)г)вода. Типовыми параметрами транзисторнойРис. 2.13.оптопары является ток зажигания светодиода(около 10мА), предельное значение коллекторного напряжения и тока фототранзистора(около 30В и 30мА) и значение темнового тока фототранзистора, т.е. коллекторного тока,когда светодиод выключен.
Для компенсации темнового тока, когда его наличие критично, применяют оптопары с выводом от базы фототранзистора (рис. 2.13, в). Подключениебазового вывода к земле дополнительно запирает фототранзистор и ограничивает темновой ток. Тиристорные оптопары (рис. 2.13, г) на выходе имеют фототиристор.Ранее, при рассмотрении ключевых схем мы уже сталкивались с оптопарами. В нихисточник и приемник сигнала гальванически развязаны и могут питаться разными уровнями напряжения. Типовое напряжение, которое способна выдержать изоляция междувходными и выходными линиями оптопары составляет от 1.5 и более кВ.
Кроме того, оптопара является хорошей защитой от помех, возникающих от внешних электромагнитныхполей. Для зажигания светодиода требуется достаточно высокая мощность (несколькомилливатт) и не всякая помеха в состоянии обеспечить такую мощность. Кроме того, использование в качестве линий связи витых пар приводит к взаимному уничтожению индуцированных электромагнитной волной ЭДС.Следует помнить, что светодиод, стоящий на входе оптопары является токовымприбором, т.е. питается током, а не напряжением и требует при своем подключении к источнику напряжения балластного резистора (R1, R4 на рис. 2.8, R1 на рис.
2.10). СопроРябов Владимир Тимофеевич. Кафедра «Электронные технологии в машиностроении»МГТУ им. Н. Э. Баумана, V_Ryabov@mail.ru69тивление этого резистора рассчитывается исходя из напряжения питания цепи UП, падения напряжения на светодиоде UСД и номинального тока светодиода IСД:U − U СДRБ = П.I СДЗ. Силовые приборы с оптронной развязкойСиловые приборы с оптронной развязкой широко используют в качестве периферийных компонентов САУ для управления энергетическими потоками. Явно выраженнаятенденция интеграции электронных компонентов привела к созданию интегральных ключей на биполярных и униполярных транзисторах, IGBT-транзисторах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
