Герман-Галкин С.Г. - Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0 (1057404), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Нскоторыс из перечисленных рекомендаций противоречивы. По этому проектировщику необходимо идти на компромисс в удовлст. воронин всех требований. Характер этого компромисса в полной мере определяется частотой коммутации и величиной тока и напра жсния, а также конкрстнылш условиями эксплуатации. В низковольтных СТК (до 200 В) при невысокой частоте коммута цин 1до 1кГц) основнос внимание уделяется снижению квазистатических потерь как в самом СТК, так и в цепях сто управления. При этом имеется в виду, что энергия вторичного пробоя низковольтных СТ довольно велика и, следовательно, для надежной работы СТК достаточно выполнение рекомендаций, предложенных в пунктах 2, 3, 4.
В случае более высокой частоты коммутации и значительных динамических потерях в СТК, целесообразно воспользоваться пув. лтами 1, 2, 3, 4. Следует заметить, что псречисленныс решения, улучшающие надежность работы силовых транзисторных ключей, в настоящее время пракгичсски решены на технологическом уровне. Поэтому рассмотренные выше схемотехнические решения и рекомендации являются, скорей, историческим обзором разработок, которые широко проводились в различных научных школах и которые в сильной степени пс. влияли на развитие новых технологий в разработках полупроводниковых ключей.
3.4.4. Современное соспзояние и перспективы развития синовых попупрово9никовых кпючей !291 В настоящее врслся основными приборами силовой электроника в области коммутируемых токов до 50 А являются: диоды (13!оде ) сс!): тиристоры (Таус!з!оз, ЯСК); биполярныс транзисторы 1ВРТ); бип ' ипа евьк лярныс транзисторы с изолированным затвором (10ВТ); полее транзисторы с изолированным затвором (МОБРЕТ); силовые иит ' итст' ральныс схслтьт(Роснсг 1С); интеллсктуальныс силовые интегРа аяь' ныс схемы (Ятпагт Росчсг !С).
тсое В области коммутируемых токов более 50 А основными пртс с бк рами силовой электроники являются: силовые модули на базе Силовые пол и оео ников ые и еоб азователи полярных тРанзисторов; силовые м дущ запттрасмыс тиристоры т0ТО .,юды ВТ; ристоры; , диоды амую значительную часть приборов в диапазоне до 50 А ставляют полевыс транзнсторь сознсторы МОЯЕЕТ. ры с изолированным затв рь р затвором — тран- Эти приборы, обладая малыми статическими и ина поте ямн с мини л ми и динамическими имальнымн затратами на уп авленис, к шими в еме» р нами псрсключсния, что позволило им аб нис, краине небольтотах до 1 МГ , п олнло им ра отать на часных п с ц, практически полностью вытесни , п ли из ннзковольтпрсобразоватсльных устройств (<200 В все остальные типы силовых полупроводниковых приборов.
Прорыв, соверш ф овершснный фирв о ласти создания высоковольтных МОЯЕЕТ с е. ным сопротивлением около 3 Ом.ммз е е б с удельо м.мм-, еще больше расширит область применения приборов этого класса в областях комм из этих В и мощностей до 10 кВт и позволит областей применения силовые бс вытеснить пполярные транзисторы.
Силовыс биполя н 1 п и л рные транзисторы в диапазоне 0 А р мсненне в основном в массовом и л н до 5 находят овом и дешеволт ытовом и промышленном оборудовании. В областя и е и бластях средних напряжений !500 — б00 В т — и выше) наиболсс редпочтитсльными для применения ня являются биполярные транзисторы с изолированным затвором 10ВТ. — !п ром . — !пзо!а!ос! Оа!с В!Ро!аг дикальные изменения в силовой э влекло за со ой столь агапа!з!огз).
Появлснис этого прибора повлек Р и оной электроникс, что люжно говорить о второй революции„пс сживас с " Р мой этим научно-техническим направлением. астояптее время 10ВТ !800 А о сспечивают коммутацию токов до и напряжений до 4,5 кВ. П ри этолт времена переключения иполярных транзисторов с нзоли ованным з р . затвором лежат в диансек. Появление в последние годы ГОВТ с нап яжснием более 1,2 кВ 4,5 кВ п с напряжсрнсторов 0ТО в к, кВ привело к вытеснению запи асмых т т- 1!- ( ) в устроиствах мощностью до 1 МВт и до 3,5 кВ.
Сами 0ТО в последние го д годы были модернизированы (АВВ нав ий) и появился новый кл 0 ! руемый по затво 0СТ— " класс приборов — тиристор, коммути- РУ ! — Оате Т!тупа!от или 10СТ вЂ” !птсяга!ес! а!е Соспсттцтагсс! Т!тупа!от). Каковы тенденции азвитня р ня различных приборов силовой полупроводниковой техники? Силовые пол и ово пиковые и еоб и Компьютерное моделирование полулроводниковых систем е пираемые тириспзоры (ОТО, (ОСТ) Бипоппрные пзранзиспзоры (ВРТ) Из-за сложности и большой стоимости схем управления (драйве ров), ов), низкого быстродействия и стойкости к перегрузкам на ссгодн они уже устарели; Однако, быстродействующие ВРТ пока инск, важное преимущество перед МОБРЕТ по показателю «коммутиру, щая мощность/цена» для диапазона напряжений более 400 В.
Поэт„ му биполярные силовыс транзисторы останутся эффективным ком понснтом для дешевых массовых применений (например, ключсвы источники питания — ИМРЕ). Тириспзоры (ЗСй) Несмотря на такис очевидныс достоинства, как низкое падевав напряжения (1,2 — 1,5 В для среднего диапазона напряжений и нсмнс. гим более для высоковольтного диапазона), высокая плотность тока, наивысшее значение показателя «коммутируемая мощность/площадь кремния», высокие коммутируемые напряжения (сегодня 8 кВ) я токи (4 кА), простота и низкая стоимость схем управления, стол- б скость к перегрузкам по току, высокая надежность прижимной та лсточной конструкции — этот класс приборов силовои электроника се~одна можно отнести к устаревшим из-за одного существеннога недостатка — невозможности выключения по управляющему электроду.
Этот прибор все больше и больше будет вытесняться полисе тью управляемыми приборами: 1ОВТ и!ОСТ. Так как БСК имеет ви жс наивысшее значение показателя «коммутирующая мощность' цена», то две области применения останутся предпочтительными даь их применения: 1.) бытовые приборы, где цена является опрсдсляюшил ф ' им фаз. тором; (.) свсрхмощныс и сверхсильноточныс применения в пр Р еоб азо ватслях с естественной коммутациси (высоковольтнь ьс лия'" передач постоянного тока, компснсаторы реактивно" й мошна сти, выпрямители для гальваники, металлургии и т. и.). язаью с обье улучшение характеристик и развитие ИСК будет связано с обь ' динснием некоторых вспомогательных функций в в ю ь оковольтнв" тиристорс (подобно защите от перенапряжений), созданием иитсг м" ральных двух-, четырех- и шсстиключсвых тиристорных схем одном кристалле. Модернизация ОТО за счет прнл1снсния новых технологий, позволили в 1ОСТ повысить быстродействие, значительно сократить статические и динамические потери.
Поэтому в высоковольных (>3,5 кВ ) областях доминирующее положение займут 1ОСТ. ((соевые гпранзиспзоры с изопированным затвором (МОЗРЕТ) Имея все преимущества по высоким скоростям коммутации, низким статическим и динамическим потерям, л1алой мощности управления, высокой стойкости к перегрузкам (прямоугольная ОБР), МОЗГУЕТ являются и будут главным компонентом для низковольт- в; ных применений и использования в «интеллектуальных» силовых ) интегральных схемах (Б1паг1 1С).
Использование и внедрение новых технологий (1гспс!з-яа1с, Соо! )позволит сщс больше расширить обла- " сти применения МОБРЕТ в днскретнолц модульном и интегральном исполнении для диапазона мощностей в десятки киловатт. Бцпоппрные пзранзисторы с изопированным затвором ((ОВТ) На сегодняшний день и в ближайшем будущем этот класс приборов силовой электроники занимает и будет занимать доминирующее положение для диапазона мощностей от единиц киловатт до единиц мегаватт.
Дальнейшее развитие!ОВТ будет идти по пути: Ы повышения диапазона предельных коммутируемых токов и напряжений (единицы килоампер, 5 — 7 кВ); 'ь.) повышения быстродействия; 'ы) повышения стойкости к перегрузкам и аварийным режимам; 'ьэ снижения прямого падения напряжения; (м' разработки новых структур с плотностями токов, приближающихся к тиристорным; 1-) развитие «интеллектуальных» 1ОВТ (с встроенными функциями диагностики и защит) и модулей на их основе; (м' создание новых высоконадежных корпусов, в том числе прижимной конструкции. Системная интеграция, т.
е. объединение в одном устройстве силовых коммутационных элементов с элементами управления, диаг- 6 зк .звв ' ткз ! ! о! ! тк4 ! ! ! ! о2 о! о2 ,4 % оз 1 о4 аие 3.28. Транзисторный ШИЛ Компьютерное моделирование полупроводниковых систем ностпки и защит, является одним нз путей развития силовой элскт„ ники. Таким образом, для создания современного, надбжного, высок эффскп!вного энерго рссурсосбсрсгасмо! о полупроводниково„ элсктропривода, имеется несколько типов приборов силовой алек ролики, каждый нз которых занимает свои области наиболее цел, сообразного применения.
Наиболсс псрспсктивныкш приборами е„ ловой электроники являются МОКНЕТ и 1ОВТ для схем прообраз вателей мощностью от единиц вагг до единиц мегаватт. 3.6. Транзисторные преобразоватепи Япя управпения Явиаатепями яостоянноао тока [7, 301 3.6.1. Принципы построения и управпения Как уже отмечалось, в этом случае используется шнротно-пв. пульспый преобразователь.
Упрощенная принципиальная схеьв ШИП представлена на рпс. 3.28. Она содержит четыре транзио торных ключа ТК1 — ТК4. В диагональ люста, образованного транзисторными ключами, вкл!очсна нагрузка. Нщрузкой в приковав постоянного тока является двигатель постоянного тока. В электроприводах двигатель постоянного тока управляется, как правила по цепи якоря, поскольку только при таком управлении мог1т быть получены требуемые качсственныс показатели привода.
Вв' танис ШИП осуществляется от источника постоянного тока, шУ"' тированного конденсатором. Наиболес простой способ управления ШИП по цепи якоря симметричный. При симметричном способе управления в состо"' нин переключения находятся вес четыре транзисторных клю" оч! моста, а напряжение на выходе ШИП представляет собой зна"в' переменные импульсы, длительность которых регулируется вхоз !гв ным сигналом. В И1ИП с симметричным управлением среднее '' ьн1" пряжснис ля на выходе ШИП равно нулю, когда относитслыы мгя продолжительность включения у„= 0,5. Врсмснныс днаграм !!! И1ИП прп симметричном способе управлснця приведены на Р' ся В 3.28.
Симмстричньш способ управления обычно использустс" малолющных приводах постоянного тока. Силовые пал и ово никовые и еоб азователи Его преимушеством я!властев простота реализации и отсутствие зоны нечувствителя ности в регулировочной характеристике. Недостатком ШИП с сю гмстричным управлением является двухполярнос напряжение на нагрузке и, в'связи с этим, повышенные пульсации тока в якоре яасполнитсльного двигателя. Стремление исключить этот недостаток привело к разработке способов, обеспечивающих однополярное напряжение на выходе ШИП. Простейшим из нг.гх является нссимл!стричный. Несимметричное управление представлено на рис. 3.29 а, В этом случае перскл!оча!отея транзисторные ключи фазной группы ТКЗ и ТК4 (ключи ТК1 и ТК2 при противоположной полярности входного сип!ала), транзисторный ключ ТК! постоянно открыт и СУ ь2 о2 из из и4 о4 оаь б) Компьютерное моделирование полупроводниковых систем насыщен, а ключ ТК2 постоянно закрыт.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
