Опадчий Ю.Ф., Глудкин О.П., Гуров А.И. Аналоговая и цифровая электроника (2000) (1095415), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Прн этом до момента 1=-Го в нндуктнвпости !.„через замыкающий диод !тс) протекал некоторый ток 1„, [рнс. !2.8), н к силовым выводам транзисторного ключа было приложено напряжение Уз+Од. Под действием управляющего напряжения транзистор начинает открываться. Прн этом, так как т,>Т, можно считать, что 1н= Рнс 12 В Временные анаграммы включения транзнстора на Й1-нагрузку 448 1,х сопя), а ток замыкающего диода по мере увеличения 1к уменьшается по линейному закону 1л=! — (к. Так как замыкающий диод, через который протекает разность токов 1,®,— (х, по- прежнему открыт, увеличение коллекторного тока происходит прн напряжении между выводами эмнттера и коллектора, равном У,+ ;+ Уд.
В момент 1~ ток коллектора достигает значения 1, ио из-за инерционности замыкающего диода последний еще некоторое время, определяемое временем восстановления его обратного сопротивления, будет открыт н напряжение на транзисторе будет по- прежнему равно У„+ Ул, а ток коллектора .будет продолжать расти. В момент 1з диод начнет закрываться и напряжение на транзисторе будет плавно падать до Укэ.„, а ток коллектора уменьшится до 1~к~. В соответствии со сказанным, энергия, выделяющаяся в рассматриваемой схеме прн одном включении транзистора, с.
(Рмм ~ ~~ Уи(кг11 (к пивши~~~)2 В выражении ()2.)7) время 1„,„равно сумме времен фронта коллекторного тока прн его изменении от 0 до Хк „, и времени рассасывания неосиовных носителей области базы замыкающего диода. Следует отметить, что полученное выражение не учитывает энергию, выделяющуюся в транзисторе на интервале 1~ — 1з. Такое допущение справедливо, так как обычно 1г-4;ьгз — 1,.
Рассмотрим процессы, протекающие в схеме прн выключении транзисторного ключа (рис. 12.9). Предположим, что в момент4> ток индуктнвиости нагрузки 1ь„=1к -, и па управляющий переход транзистора подано запирающее напряжение. В течение интервала рассасывания неосновных носителей в области базы, как мы уже говорили ранее, относительно нагрузки транзисторный ключ остается включенным н ток коллектора поддерживается на уровне 1х„, (интервал 1э-4).
После момента 1~ ток коллектора начинает уменьшаться. Будем как и ранее считать, что это изменение происходит по линейному закону. Как только нарушается равенство (к=!к иас, т. е. 1к становится меньше тока 1к иас по за кону электромагнитной индукции напряжение иа интуктнвности 1.. меняет знак, стремясь поддержать тон цепи на неизменном уровне. Прн этом к замыкающему диоду прикладывается напряжение, полярность которого для него является отпнрающей. Замыкающий диод открывается н напряжение на транзисторе скачком увеличивается до У,+Уд, т. е. как и при включении, изменение коллекторного тока происходит прн напряжении иа траинсторе, равном фактически напряжению витания. Энергию, вы- 449 д г, ег г Рне. >29. Временные хнаграммы ныключенне трананетора на йа-нагрузку делающуюся в транзисторе при его одном выключении, аналогично проделанному ранее можно определить нз выражения ь В'„„„яе ) (У„г'кЮ !и „(У„1 Р.
(а.)й) ь Суммарные динамические потери в транзисторе равны сумме потерь иа включение и выключение. С учетом заданной частоты коммутации для них можно записать следуюшее выражение: Риье = (Унтом (УК мезт~м + УК «мт~~~)/2. (12 )й) Подытоживая сказанное, можно выделнть две основные осо. бенности процесса переключения транзисторного ключа при р»- боте на И,-нагрузку: изменение коллекторного (стокового) тока транзисторного ключа при включении †выключен происходит прн напряжении на коллекторе (стоке), равном напряжению питания; максимальный ток коллектора (стока) транзисторного ключа при включении больше тока нагрузки, Из сказанного очевидно, что даже прн использовании безыиер~ ционного замыкающего диода динамические потери в транзистор1 ном ключе при коммутации гЦ:нагрузки превышают аналогичный потери при коммутации активной нагрузки. Это увеличение потерь объясняется необходимостью обеспечения безразрывиостн 450 тока нагрузки, что потребовало замены последовательной СК иа последовательно-параллельную.
Возвращаясь к рнс. )2.5„можно сказать, что движение рабочей точки транзистора прн коммутацки )гЕ-нагрузки будет происходить не по нагрузочной прямой, а по ломаным ВОА или АОВ, т. е. при включении транзистор попадает в точку О, для которой гк=1к, а прн выключении — а точку О', для которой 1к=1к„„, причем в обоих случаях Уиэ= У„что сопряжено с выделением и транзисторе очень большой мгновенной мощности. По этой причине при разработке транзисторных ключей, работающих на Й.- нагрузку, необходимо, чтобы точки «О» и «О'» лежали в области безопасной работы транзистора, оговариваемой в ТУ на его применение. Иначе разрабатываемое устройство может оказаться неработоспособным. Пример !2.2, Определить динамические потери в транзисторе типа КТ8746 при коммутзци~ ~Ы.-нагрузки с параиетрзмн )г =25 Ом; Е.=10-з Ги; 0.=2т В; 1»»»=20 кГц.
Считать, что время рассасывания диода в два раза меньше длительности фронта коллскториого тока транзистора Решение. 1. Постоянная времени нагрузки т, б»1Л,=10"'/2,5=4 1О-" с 2. Твк кзк т»»Т»»» 50 1О' с, то момно считать, что прп иензмениом коэффициенте заполнения ток нагрузки практически постоянен и равен своему среднему значению: 1„,„= (Г,К,11( =21 К,12,5= 10 8 К . 3. Согласно справочным данным на трепак«тор КТ824В, прн 1«Пв 6 в (1»=30 В для 1к=б Л время фронта коллекторного тока прн включении 1е 10 е с, для 1к=)0 Л время ге 071.10-» с, причем зависимость 1е чг(1к) близка к линейной.
При изменении 1» от 5 до 1О Л время среза коллекторного тока при выключении уменьшается примерно линейно от 0,18 10-з до 0,15 !О-' с. Лппрокспмнруя данные зависимости прямыми линиями, получаем гф !О"з(1,23 — 46.10 ~1»), 1»р 10 ~(021 — 6 10 »1к). 4. Считая, что ток транзистора при включении увеличивается по линейному закону прв условии 1...=1,5 1е, максимальный ток коллектора равен 1» и».=1,5 1. и» 5.
Суммарные динамические потери в транзисторе согласно выражению (!2,19) равны Рз»» 2т 20,10з12 (! 5 108К» ГО е(1.23 — 46 1О г 108 К»)+ +!ОЗК,.!О-е(021-6 1О ц108К,)) К,(599 — 235К,). При К,— 1 Р...=збз Вт. Прн К.=0,5 Р =Хй Вт. 451 20 0,2 !21 !)01 7 5 пт 07 3050 аз) 0кт»0 Рис. 12Л0. Область безопасной работы биполярного транзистора КТ874Б Рис. !2,!1. Транзисторный клю г с непянк уиеньвения потерь иа включение 1а) и выключение(б) Методы сннження дннамнческнх потерь.
Как было показаяо ранее, мощность, рассеиваемая в транзисторном ключе в режиме переключения, определяется пронзведеннем мгновенных значений тока н напряжения на интервалах фронта и среза импульса тока транзистора. Позтому радикальным методом уменьшения динамнческнх потерь является разнесенне во времени интервалов нз- 452 6. Опрелелин, не выходит ли траектория переключения транзистора из области его безопасной работы. )т)аксггмальный ток коллектора прн включении соответствует режиму К» 1 и равен )ко 1.5 10,$=!6,2 А На рис. 12.!О приведена заимствованная из справочнила область безопасной работы транзистора КТ874Б, иа которув нанесена точка »0» с коордииатаин !к= 16,2 А, Укз 27 В.
Очевидно, что зта ~очка выходит кз области /, соответствувгдей статическому режину работы, ио лежггт внутри области И для 'динамического режима работы прн Ч» 60 1О» с, Следовательно, во всех режимах работы парамегры транзистора не превышают предельно допустимые значения. менення его тока и иапрязкеиня. Это предполагает, что иа ннт вале изменения тока транзисторного ключа напряжение на ~ должно быть близко к нулевому нлн, наоборот, при измеиеипи пряження на транзисторном ключе ток, протекающий через н~ должен быть близок к нулю. Такого режима работы можно биться двумя принципиально различными способами.
Первый пользуется когда существует возможность и некотором диапазон произвольно варьировать параметры нагрузки. Тогда парамет нагрузки транзисторного ключа выбираются таким образом, ч бы к моменту коммутации автоматически выполнялось услсн У„О или /„„=О. Такой режим возможен, если нагрузка по с нм эквивалентным параметрам представляет резонансный к~ тур, а период коммутации кратен резонансной частоте этого к< тура. Второй способ используется, если параметры нагрузки стрс заданы, и состоит во введении в схему дополнительных цеж искусственна разносящих во времени перепады тока н напрял ния на переключающемся ключе. Рассмотрим примеры таких и ническнх решений.
На рис. !2,П. а приведена схема транзисторного ключа, в э торой обеспечивается уменьшение нли полное устранение поте на включение транзистора. Идея ее построения достаточно просз Для того чтобы на интервале изменения коллекторного тока н пряжение нз транзисторе было близко к нулю, в силовую це необходимо ввести элемент, реальная скорость изменения тока котором меньше скорости изменения коллектариого тока транэн тора при его включении. Такое ограничение скорости увеличен1 тока в силовой цепи может быть достигнуто, например, включ иием последовательно с кЕ-нагрузкой дополнительной нндуктн ности Ех,.
Она рассчитывается из вышеуказанного условия, именно Шк~ж>М,, (УС плп Е„.: ЕЕ„г,„„~дк..„П2.2 При выполнении этого условия, так как скорость реально~ изменения коллекторного тока ограничена дополнительной пнду| тнвиостью, напряжение иа включающемся транзисторе вплоть х момента окончания фронта коллекторного тока практически ра1 но пулю. В момент, когда ток дополнительного дросселя достн нет!к „, силовой транзистор будет уже насыщен и напряжен~ питания полностью ярнкладывается к ЙЕ-нагрузке.
При выключении транзистора, если не применять специальны меры, поведение дополнительной индуктивности будет аиалогнчн поведению индуктивностн нагрузки. Возникающая иа Ех,„прот~ воЭДС, складываясь с напряженнем питания, ухудшает условя выключения транзистора. В пределе наличие противоЭДС можг 1" привести к пробою транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
