Розанов Ю.К. Основы силовой электроники (1992) (1096750), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Так, например, в условном обозначении диода Д!61-200- 11 5-1,25-1,35 буква Д соответствует виду прибора (если диод имеет лавинную вольт-амперную характеристику в зоне обратного напряжения, то к букве Д добавляется буква Л, а цифры 161 указывают на определенные конструктивные признаки. Остальные цифровые обозначения указывают на то, что максимально допустимый средний прямой ток 200 А, повторяющееся импульсное обратное напряжение 500 В (5-й класс прибора по напряжению), пределы изменения импульсного прямого напряжения от 1,25 В до 1,35 В. Информация о знанениях прямого напряжения является важной для диодов, предназначенных для параллельной работы. Для диодо)1 с нормируемым значением времени обратного восстановления (быстровосстанавливающихся) в обозначение добавляется цифра 4 и указывается группа, соответствующая конкретному значению времени восстановления. Например, обозначение Д4- 161-200-5-2, в отличие от Д-161-200-5, свидетельствует о том, что диод нормирован не' только по току (200 А) и классу обратного напряжения (500 В), но и имеет гарантированное значение времени обратного восстановления не менее 4 мкс, что соответствует группе 2 11].
В настоящее время созданы силовые диоды на токи свыше 1000 А и напряжения свыше 1000 В. При последовательнбм и параллельном соединениях диодов из-за несовпадения их вольт-амперных характеристик ' возникают неравномерные распределения напряжений или токов между отдельными диодами. На рис. 1.3 представлены схемы: последовательного (рис.
1.3,а) и параллельного (рис, 1.3,6) соединения двух диодов. Там же представлены прямые (рис. 1.З,г) и обратные (рис. 1.З,в) ветви вольтамперных характеристик соединяемых диодов. Согласно приведенным вольт-амперным характеристикам при последовательном соединении диодов, приложенное к ним обратное напряжение с1д при одинаковых обратных токах (а распределяется между диодами неравномерно: к диоду ~'23, прикладывается напряжение Уд,, а к диоду $'юг — напряжение Уиг (рис. 1.3, в). При параллельном соединении диодов протекающий через них общий ток ! при одинаковых прямых падениях напряжения У распределяется также неравномерно: через диод и'13, протекает ток Уг,, а через 'диод )г23г ток Уг, (рис.
1.3, г). Для исключения выхода из строя диодов из-за перегрузки по току или перенапряжений принимаю~ специальные меры по выравниванию указанных параметров между отдельными диодами. Прн последовательном соединении диодов для выравнивания напряжений обычно используются резисторы, включенные параллельно диодам, а при параллельном соединении— индуктивные делители различных типов, 12 гг гл ° ггг и ,у) 1 г/~ Рис. 1.3. Последовательное и параллельное соединение диодов Значительно более высоким быстродействием при сравнении с обычными кремниевыми диодами обладают диоды Шоттки (для могцных приборов десятки наносекунд).
В основе механизма их дййствия лежат электрофизические процессы, возникающие при контакте между металлом и полупроводником. Основным преимуществом по сравнению с обычными диодами с р-и переходом является отсутствие инжекции неосиовных носителей при прямом смещении перехода. В результате этого накопление и рассасывание основных носителей имеют малую инерционность, обусловленную только барьерной емкостью контакта. Современные мощные диоды Шоттки выпускаются на низкие (десятки вольт) напряжения и токи (сотни ампер).
Кроме диодов Шоттки разработаны еще две группы быстродействующих диодов: диффузионные р-и диоды и эпитаксиальные, в зависимости от технологии их изготовления. Эти приборы рассчитаны на более высокие напряжения, Наиболее высоковольтными (800 — 1600 В) являются диоды, изготовленные по диффузионной технологии. По значению прямого напряжения быстродействующие силовые диоды распределяются следую1цим образом: диоды Шоттки 0,5 — 0,9,В; эпитаксиальные 0,8 — 1,3 В; диффузионные 1,1 — 1,6 В.
13 1.1.2. СИЛОВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Бинолириые транзисторы. Этот тип приборов длительный период времени был практически единственным полностью управляемым силовым полупроводниковым ключевым элементом. Основой биполярного транзистора является трехслойная полупроводниковая структура„ в которой чередуются слои с электропроводностью р- и л-типа. Наличие в структуре двух типов полярностей и обусловило термин «биполярный». Средний слой структуры биполярного транзистора может быть изготовлен как с электропроводностью р-, так и л-типа (тогда соответственно транзисторы называются р-и-р или и-р-и типа). На рис. 1.4а,б представлены структура, символические обозначения и внешние цепи транзисторов р-и-р и л-р-и типов.
Для работы транзисторов в усилительном или ключевом режиме к р-п переходам прикладываются внешние напряжения. ' В транзисторе типа р-и-р левая область является источником потока дырок и называется эмитгером (Е), а правая, которая собирает ннжектированные дырки,— коллектором (С). Средняя область называется базой (В). В Транзисторе п-р-п, наоборот, правая область является эмиттером, а левая коллектором. Для того чтобы в цепях коллектора и эмиттера начал протекать ток, необходимо на эмиттерный р-и переход подач ь прямое напряжение, а на коллекторный — обратное, 1~ри этом значение коллекторного тока зависит от значения.
тока базы. Следовательно, транзистор является полностью управляемым прибором. Вольт-амперные характеристики тока коллектора гс в функции напряжения между коллектором и эмиттером 11ск прн разных значениях тока базы приведены на рис. 1.5. В преобразовательных устройствах силовые транзисторы обычно используются в качестве ключевых элементов, т. е. работают в режиме переключения из области насыщения (соответствует включенному состоянию — кривая А) в область о~сечки (вы- с с Рис 14. Структуры и внешние цепи биполярных транзисторов 14 гс псе гс Рг гасе Рис.
! .5. Вольт-амперные харак теристнки биполярного транзи егора Рис. 1.б. Диаграммы изменения тока, напряженна и мощности транзистора при переключении: а — диаграммы тока коллектора 1с и иапряжеши коллектор.змиттср ггсв; Š— анаграмма мгновенного значения мощности Рг ключенное состояние — кривая Б). Рабочая точка при этом находится либо на кривой А, либо на кривой Б; соответственно ее положение определяет в первом случае падение напряжения на полностью открытом транзисторе, а во втором — ток утечки закрыгого транзистора.
Основными параметрами, используемыми при выборе типа силовогс1,.биполярного транзистора, являются следующие: макснмЪльно допустимый импульсный ток коллектора; максимально допустимое импульсное напряжение коллек-- тор — эмиттер; статический коэффициент передачи тока; максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коилектора; времена включения и выключения, определяющие быстродействие транзистора в ключевых режимах. Силовые биполярные транзисторы обычно изготавливаются на основе кремния и обозначаются по действующим стандартам буквами ТК и далее набором цифр, характеризующих конструктивное исполнение, допустимые значения токов и нацряжений, значение напряжения насыщения н т. д.
[2 1. Например, транзистор ТК152-80-3-1 имеет штыревое исполнение с жестким выводом, допустимый импульсный ток коллектора 80 А, класс напряжения 3 (300 В) и группу по напряжению насыщения 1 (О,б В). При использовании силовых транзисторов в качестве ключевых элементов следует учитывать, что на интервалах переключения из открытого состояния в закрытое и наоборот в структуре транзистора выделяется повышенная мощность. Это обусповлено конечными значениями времен спадания и нарастания тока и напряжения на транзисторе (рис. 1.ба,б).
Зависимости, характеризующие изменения токов и напряжений 15 Рис. 1.7. Включение дополнительных цепей, формируюпгих траекгорию переключении транзйстора на интервалах коммутации, называются траекториями переключения. Для исключения выхода из строя транзистора из-за превышения выделяемой при переключениях мощности принимают специальные схемотехнические меры, изменяющие траектории переключения таким образом, 'что выделяемая при переключениях мощность уменьшается.
Кроме того, при использовании транзистора в импульсном режиме, особенно при повышенных частотах, значения коммутируемых токов и напряжений должны быть значительно меньше предельно допустимых. Обычно они соответствуют 50 — 60% от предельно допустимых значений. В целом указанные меры принимаются для обеспечения работы транзисторов в так называемой области безопасной работы. Эта область обычно определяется экспериментально для определенного типа транзистора с учетом конкретных условий его использования.
В качестве примера на рис. 1.7 представлена схема транзистора УЮ с цепью, формирующей траекторию переключения. Конденсатор С этой цепи затягивает нарастание напряжения на транзисторе, а реактор Ь ограничивает скорость нарастания тока при включении. Резисторы Яг и Яг поглощают энергию, накопленную в этих элементах при коммутации. Диод ~М отделяет цепь сброса энергии реактора Ь от ЯС-цепи. Увеличение длительности фронтов нарастания напряжения и тока при выключении и включении транзистора приводит к уменьшению мгновенных значений мощности, выделяемой при коммутации. При определенных параметрах цепи мощность может быть равна нугпо.
Однако очевидно, что этот эффект достигается ухудшением частотных свойств ключевого элемента. Кроме того, наличие ЯС-цепи усложняет ключевой элемент и приводит к выделениго активной мощности в активных ее элементах. В настоящее время разработано много типов силовых биполярных транзисторов в монокристальном ' исполнении, В то же время некоторые зарубежные фирмы продолжают направлять свои усилия, на дальнейшее совершенствование этих приборов. В результате в настоящее время появились 1б новые образцы транзисторов с коммутируемой мощностью до 100 кВт при напряжениях до 1000 В, Силовые МОП-транзисторы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
