Лекция 4 - Конспекты (1095372)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ГЛАВА 4ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ИСТОЧНИКОВ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯСоставитель:к.т.н. Родин М.В.Москва – 2017Электропитание РЭАГлава 4СОДЕРЖАНИЕ4.1 Введение ............................................................................................................. 34.2 Активные компоненты ....................................................................................

–4.2.1 Общие сведения............................................................................................... –4.2.2 Неуправляемые вентили ................................................................................. –4.2.3 Вентили с неполным управлением ............................................................... 124.2.4 Вентили с полным управлением ...................................................................

174.3 Магнитные и моточные компоненты ......................................................... 324.4 Конденсаторы ................................................................................................. 524.5 Защитные компоненты ................................................................................. 614.5.1 Элементы для ограничения токов ..................................................................

–4.5.2 Элементы для ограничения перенапряжений .............................................. 642Электропитание РЭАГлава 44.1 ВведениеДостигнутыйзапоследниедесятилетияуровеньразвитиятакойнаукоёмкой и быстроразвивающейся области техники как силовая электроникавыдвинул её на передовые рубежи высоких технологий. В частности, это сталовозможным за счёт появления новых и совершенствования известных активныхсиловых приборов, а также магнитных и пассивных компонентов.Целью настоящей лекции является знакомство с элементной базойсовременных источников электропитания (ИЭП) радиоэлектронной аппаратуры(РЭА).4.2 Активные компоненты4.2.1 Общие сведенияВсе современные преобразователи электроэнергии преимущественновыполняют на силовых полупроводниковых вентилях: неуправляемых иуправляемых.

Управляемые вентили разделяют на два класса:- вентили с неполным управлением;- вентили с полным управлением.Одним из условий значительного улучшения качественных показателейИЭПявляетсясовершенствованиесиловыхвентилей.Действительно,исторически прослеживается эволюционная цепочка: электровакуумная лампа,кенотроны, ртутные вакуумные приборы, магнитный усилитель, тиристор,биполярный транзистор, полевой транзистор.

Каждый из этих приборов, посуществу, открывал новые возможности, благодаря которым непрерывно, а вмомент появления нового прибора скачком росли качественные показателиИЭП.4.2.2 Неуправляемые вентилиДиод – это неуправляемый вентиль, проводящий ток в одномнаправлении при приложении к нему прямого напряжения. Различаютэлектровакуумныедиоды(кенотроны),3газонаполненные(газотроны,Электропитание РЭАигнитроны),большинствеГлава 4полупроводниковые.случаеввРЭАВнастоящееприменяютвремявподавляющемполупроводниковыедиоды.Обозначение на схемах, структура, а также внешний вид некоторыхполупроводниковых диодов приведены на рисунке 4.1.а)б)в)Рисунок 4.1 – Обозначение на схеме (а), структура (б) и внешний виднекоторых полупроводниковых диодов (в)Электроды диода носят названия анод и катод.

Если к диоду приложенопрямоенапряжение(тоестьанодимеетположительныйпотенциалотносительно катода), то диод открыт (через диод течёт прямой ток, диод имеетмалоесопротивление).Напротив,если к диоду приложено обратноенапряжение (катод имеет положительный потенциал относительно анода), тодиод закрыт (сопротивление диода велико, обратный ток мал и может считатьсяравным нулю во многих случаях). Типовые вольтамперные характеристики(ВАХ) реального и идеального диодов приведены на рисунке 4.2.В силовой электронике находят широкое применение так называемыевыпрямительные и быстровосстанавливающиеся диоды.Выпрямительныедиоды содержатодинp-n-переходи являютсяотносительно простыми полупроводниковыми приборами.

В зависимости от4Электропитание РЭАГлава 4рабочей частоты (быстродействия), такие диоды делят на низкочастотные (до1 кГц), высокочастотные и импульсные (быстродействующие).а)б)Рисунок 4.2 – Типовая ВАХ реального (а) и идеального (б) диодаОсновными параметрами выпрямительных диодов являются:- максимально допустимое обратное повторяющееся напряжение URRM;- максимально допустимый выпрямленный прямой средний/прямойэффективный (среднеквадратичный) ток – IF(AV)/IF(RMS);- максимально допустимый импульсный ток IFSM – для повторяющихсяили единичных импульсов диодов;- прямое падение напряжения на включенном диоде UFM;- допустимая рабочая частота fmax.Максимально допустимая мощность рассеяния, как правило, не задаётсяи определяется стандартными типами корпусов диодов (с определённымизначениями теплового сопротивления переход-корпус Rth°C). В большинствеслучаев выпрямительные диоды крепят к теплоотводящему радиатору(охладителю), а при таблеточной конструкции корпуса – с двух сторон.

Отводтепла обеспечивается путём естественной конвекции или принудительнойвентиляции.5Электропитание РЭАГлава 4Для сетевых выпрямителей обычно выбирают диоды (или диодныесборки) с максимально допустимым обратным напряжением URRM = 600-800 Вдля однофазной (~220 В) и 800-1000 В для трёхфазной (~220/380 В) сетипеременного тока.Предельные характеристики на сегодняшний день для выпрямительныхдиодов составляют 10 кВ/8 кА. Примечательно, что их выпускают чаще всего ввиде сборок и модулей, внутри которых диоды соединены тем или инымобразом (рисунок 4.3).

Внешний вид таких сборок приведён на рисунке 4.4а)б)в)г)Рисунок 4.3 – Схемы силовых диодных модулей:одиночного (а); полумостового (б); трёхфазного мостового (в); трёхфазногополумостового (г)Рисунок 4.4 – Внешний вид диодных силовых модулей6Электропитание РЭАГлава 4Совершенно очевидно, что выпрямительные диоды будут игратьзначительную роль для ИЭП и в будущем.

И хотя это достаточнопроработанный класс приборов силовой электроники, их развитие будетнепрерывно продолжаться.Отечественные низкочастотные диоды имеют хорошо отработаннуютехнологию, достаточно надёжны и сравнительно недороги, например, диодысерий Д1ХХ, Д2ХХ, Д3ХХ и т. д. Эти диоды перекрывают диапазоннапряжений URRM = 100-10000 В и токи IF(AV) = 10-9100 А.

Диоды выпускаются вштыревом(металлостеклянныекорпусаSD1-SD3,металлокерамическиекорпуса SD4-SD7), таблеточном и модульном исполнении. Одним из основныхпроизводителейсиловыхдиодовявляютсяАО "Электровыпрямитель"(г. Саранск) и АО "Электрум АВ" (г. Орёл).Быстровосстанавливающиеся диоды (fast recovery diod – FRED) делят надиоды с "тонкой базой" по эпитаксиально-планарной технологии (fast-FRED иultrafast-FRED) и диоды Шоттки.Как правило, FRED-диоды имеют планарную структуру и легируютсяплатиной, чтобы гарантировать высокую производительность, прочность инадёжность характеристик. Максимальная рабочая температура перехода,предусмотренная технологией, составляет 175°C. Используя самые последниеразработки в области эпитаксиальной структуры и передовые технологииобработки, HEXFRED-диоды (запатентованная разновидность FRED-диодов)позволяют разработчикам значительно упростить демпфирующие цепочки,уменьшить количество компонентов схемы и размер радиатора охлаждения.В диодах с барьером Шоттки (диоды Шоттки) вместо p-n-переходаиспользуется контакт металлической поверхности с полупроводником.

В местеконтакта возникают обеднённые носителями заряда слои полупроводника,которые называются запорными.Диоды Шоттки отличаются от диодов с p-n-переходом следующимипараметрами:7Электропитание РЭАГлава 4- более низкое прямое падение напряжение UFM;- более низкое обратное напряжение URRM;- более высокий ток утечки (обратный ток) IR;- почти полностью отсутствует заряд обратного напряжения QR.Главное отличие диодов Шоттки от других диодов состоит в том, что в ихструктуре практически отсутствуют неосновные носители заряда, которые, какраз, и влияют на величину времени обратного восстановления trr.

Также вдиодах Шоттки прямое падение напряжения является функцией обратногонапряжения.УсовременныхдиодовШотткимаксимальноеобратноенапряжение составляет около 150-200 В, а прямое падение напряжения меньше,чем у диодов с p-n-переходом, на 0,2-0,35 В.Диоды Шоттки незаменимы при проектировании мощных низковольтных(на практике до 27-48 В) и сильноточных высокочастотных выпрямителейблагодаря более низкому прямому падению напряжения и отсутствию зарядаобратного напряжения.Время восстановления обратного сопротивления диода trr являетсяосновным параметром быстровосстанавливающихся диодов, определяющих ихинерционные свойства.

При изменении полярности приложенного к диодунапряжения обратный ток диода может увеличиваться в десятки раз. Величинаtrr в определённой степени зависит от "мягкости" ("плавности") характеристикивосстановления и нормируется при конкретной величине прямого тока иобратного тока. При некорректном выборе диодов в части величины trr ичастоты коммутации fк в устройствах силовой электроники с увеличениемчастоты существенно возрастают динамические потери. Особенно это важно втаких устройствах, как импульсные ИЭП.На рисунке 4.5 показана типовая кривая обратного восстановлениябыстровосстанавливающегосядиода.Вмоментоткрыванияключевоготранзистора начинается спадание тока диода iD, затем ток достигает нулевогозначения, меняет знак и далее достигает значение IRmax, называемое в8Электропитание РЭАГлава 4технической документации пиковым током обратного восстановления (peakreverse recovery current).

Процесс спадания и нарастания тока обратноговосстановлениязанимаетвремяtrr,называемоевременемобратноговосстановления диода.Рисунок 4.5 – К определению времени обратного восстановления диодаВ таблице 4.1 приведены характеристики и особенности некоторыхсовременных быстровосстанавливающихся диодов. Отечественные диоды исборки представлены продукцией АО "Воронежский завод полупроводниковыхприборов – Сборка" (АО "ВЗПП-С") и ЗАО "Группа Кремний-Эл".Таблица 4.1 – Характеристики современных диодов№п/п12Тип диода,производитель2Д678БС93(АО "ВЗПП-С")MEO 450-12 DAFRED модуль("IXYS")9URRM, ВIF, Аtrr, нс60060-1200453450Электропитание РЭА№п/п345678910111213Тип диода,производитель2Д272И1Диод Шоттки(АО "ВЗПП-С")2ДШ2134АС4Диод Шоттки(АО "ВЗПП-С")HFA04TB120HEXFRED(ex-"International Rectifier","Vishay")249NQ150Диод Шоттки("Vishay")MBR7030WTGДиод Шоттки("Fairchild")IDW100E60Emitter Controlled Diode("Infineon")МКД2-100-17SiC модуль(ЗАО "Группа Кремний-Эл")IDH03SG60CSiC диод Шоттки("Infineon")IDW40G120C5BSiC диод Шоттки("Infineon")PCFFS20120AFSiC диод Шоттки("Fairchild")DSA300I200NAДиод Шоттки("IXYS")Глава 4URRM, ВIF, Аtrr, нс30015-10040-1200626150240-3070-6001001201200100-6003<10120040<10120020-200300-В последние годы замедлился процесс улучшения характеристикбыстровосстанавливающихся диодов на базе кремния (Si).

Текущее состояние ивозможности быстровосстанавливающихся диодов определяют "канавочные"(траншейные – trench) структуры, ячеистые pin-диоды Шоттки и некоторыедругие технологии.Также в последние годы ведутся широкие исследования новыхматериалов для приборов силовой электроники – арсенида галлия, карбида10Электропитание РЭАГлава 4кремния, III-нитридов. Диоды из арсенида галлия (GaAs) заняли своюспецифическую нишу на рынке и будут оставаться там.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций