Диссертация (1137078), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Данные параметры определяются маркой прибора(размерами и толщиной кристалла) и типом корпуса транзистора. Их величинынормируются производителями и могут иметь значения от 1мОм до единиц Ом.Рис. 3.4. Зависимость тока выходного электрода от напряжений UGS, UDS.70IDS(t, UGS, UDS) - источник тока через канал транзистора. Величина токаопределяется напряжениями UGS и UDS. На рисунке 3.4 приведена типоваязависимость IDS(UGS, UDS) для транзистора марки SPW17N80 (Infineon, США) [71].Эквивалентное сопротивление транзисторов в открытом состоянии имеетзначения от 1 мОм до десятков Ом. UGSпорог - пороговое напряжение открытиятранзистора. Значение этого параметра для серийно выпускаемых приборовлежит в диапазоне от 1 до 5 В.R P - внутреннее сопротивление транзистора, характеризующее токи утечки взакрытом состоянии.
Имеет значения от 1 МОм до 10 ГОм.DINT - встроенный в транзистор паразитный диод-стабилитрон, образованныйвнутреннейструктуроймаксимальнымрабочимтранзистора.напряжениемВАХданноготранзисторадиодаиопределяетсяаппроксимируетсявыражением:0, приU DS U D ( INT ) ;U DS MAX I ( DINT ) RD ( INT ) (U DS U D ( INT ) ), при U DS ; U D ( INT ) , RD ( ZVS ) (U DS U D ( ZVS ) ), при U DS ;U D ( ZVS ) (3.1)где U D( INT ) - порог прямого "открытия" диода, U D( ZVS ) - порог обратного пробоядиода, RD ( INT ) - дифференциальное сопротивление прямой ветви ВАХ диода,RD ( ZVS ) - дифференциальное сопротивление обратной ветви ВАХ диода.
ТиповаяВАХ встроенного диода приведена на рисунке 3.5.Рис. 3.5. ВАХ встроенного диода МОП полевого транзистора.71CGS - паразитная емкость затвора на исток. Эта емкость слабо зависит отвеличин напряжений, приложенных к выводам транзисторов, ее величинанормируется в документации на приборы и может иметь значение 0,01…20 нФ.CDG (U DS ), CDS (U DS ) - проходная и выходная емкости транзистора. Величиныэтих емкостей нелинейно связаны с напряжением, приложенным между стоком иистоком, и могут принимать значения от единиц пФ до десятков нФ. В литературе[41]приводятсяразличныеспособыаппроксимациивольт-фарадныххарактеристик данных емкостей, обеспечивающие точность до 10%.
Однако врезультате практических измерений этих емкостей в выборке транзисторов одноймарки из нескольких партий была выявлена неоднородность вольт-фарадныххарактеристик при напряжениях между стоком и истоком меньших 0,5 отмаксимально допустимого значения. Этанеоднородность заключается визменении от транзистора к транзистору не только величины емкостейCDG (U DS ), CDS (U DS ) , но и характера изменения этих емкостей от напряжения,приложенного между стоком и истоком, как внутри одной партии, так и в разныхпартиях.
Таким образом, не представляется возможным задать универсальнуюаналитическую зависимость этих емкостей от приложенного напряжения. Дляболее точного численного анализа процессов, протекающих в твердотельныхключах, представляется необходимым практическое измерение вольт-фарадныххарактеристик емкостей CDG (U DS ), CDS (U DS ) в некоторых контрольных точках споследующей интерполяцией.Часто для упрощения расчета энергетических параметров транзисторовпользуются значением эффективной по энергии выходной емкости транзистора CВЫХ-eff. Величина этой емкости численно равна постоянной емкости, на зарядкоторой до напряжения 0,8· U DS MAX затрачивается столько же энергии, скольконеобходимо для заряда выходной емкости транзистора до того же напряжения.Значение этого параметра приводится в документации на приборы.Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ) сочетают в себенизкое внутреннее сопротивление в открытом состоянии биполярных72транзисторов и высокое входное сопротивление, свойственное полевымтранзисторам.
На рисунке 3.6 приведена эквивалентная схема БТИЗ [39, 76],поясняющая структурные отличия от полевых и биполярных транзисторов.Рис. 3.6. Эквивалентная схема БТИЗ.БТИЗ, как и обычному биполярному транзистору, свойственны эффекты,связанныестранзисторарассасываниемприегонеосновныхперекоммутации.носителейПоэтомузарядапривструктурематематическоммоделировании этих приборов следует учитывать инерционность физическихпроцессов в структуре транзистора.
В настоящей работе не рассматриваютсяособенности составных твердотельных ключей, построенных на БТИЗ.3.2.2 Схемы управления силовыми транзисторами ключаСледуетразделятьсхемууправлениямодуляторомнадвечасти:низкопотенциальную часть, формирующую общий сигнал управления составнымключом, и высокопотенциальные схемы управления отдельными транзисторами.Общий сигнал управления ключом формируется в специальном устройстве подмодуляторе,которыйпредставляетпреобразовательлогическогосигнала,собойимпульсныйвырабатываемогоусилитель-формирователемимпульсов, в сигнал с требуемыми для передачи к высоковольтной части схемыпараметрами.Низкопотенциальная часть схемы управления и схемы управленияотдельными транзисторами должны быть гальванически изолированы друг отдруга на полное напряжение питания модулятора, так как каждый транзистор в73процессе работы модулятора может находиться под потенциалом, отличным оттого, под которым находятся другие транзисторы.
При этом соседниетранзисторы должны быть изолированы друг от друга на напряжение, равноемаксимально допустимому для одного транзистора.Схемы управления отдельными транзисторами должны удовлетворятьследующим условиям: одновременно (синхронно) формировать требуемыеуправляющие напряжения на входных электродах транзисторов; поддерживатьзаданное напряжение на входных электродах транзистора во время импульса; поокончании управляющего импульса сформировать на входных электродахтранзистора запирающее напряжение и поддерживать его неограниченное время.Для обеспечения надежного замыкания транзисторов, как правило, необходимозарядить их входные емкости до напряжения 10 В для МОП полевыхтранзисторов и до 15 В для БТИЗ. Для перевода транзисторов в закрытоесостояние необходимо полностью разрядить их входные емкости. С цельюувеличения помехоустойчивости в двухтактных схемах, а также ускоренияпроцесса размыкания транзисторов, целесообразно в закрытом состоянииприкладывать к их входным емкостям отрицательное напряжение от -5 В до -15В.
Для обеспечения высокой скорости переключения транзисторов требуетсяперезаряжать входную емкость за время порядка 5...100 нс, что требуетобеспечить ток перезаряда порядка 1...20 А.Одновременное (синхронное) управление отдельными транзисторами ключанеобходимо для того, чтобы исключить ситуацию, когда часть транзисторовключа находится в открытом состоянии, а остальные - в закрытом.
Привозникновении такой ситуации напряжение, приложенное к ключу, будетраспределяться между закрытыми транзисторами, и в случае превышениянапряжения, приложенного к отдельному транзистору, максимально допустимогодля него значения, он может выйти из строя. Синхронность управлениятранзисторами определяется разбросом задержек передачи управляющего сигналаот низкопотенциальной части схемы управления ключом (подмодулятора) квходным цепям транзисторов.
Эти задержки различаются для различных видов74схем управления. Для обеспечения синхронности напряжений на управляющихэлектродах транзисторов необходимо обеспечить равенство путей прохождениясигналов управления от подмодулятора до каждого транзистора.
В разделе 4.2.4проведен расчет допустимой относительной задержки появления управляющегосигнала на входных электродах транзисторов.Сформированный в подмодуляторе управляющий сигнал передается ксхемамуправленияотдельнымитранзисторами.Поспособупередачиуправляющего сигнала различают схемы: а) оптические; б) емкостные в)трансформаторные.
Так же различают схемы с непосредственным управлением,когда сформированный в подмодуляторе сигнал используется в качествеисточника энергии для формирования напряжения переключения транзистора, исхемы со вспомогательным питанием, когда маломощный информационныйсигнал подается на вход специальной схемы управления - драйвера, которыйвырабатываетсигналыуправлениятранзисторомприпитанииегоотдополнительного источника питания.Оптические схемы управления построены по принципу передачи световойэнергииотсхемыуправленияключомкзатворутранзисторачерездиэлектрические световоды. Для обеспечения требования синхронности длинысветоводов должны быть равны друг другу.
Так как для управлениятранзисторами не требуется поддерживать постоянное протекание тока черезвходные электроды, то сравнительно маломощный световой сигнал преобразуетсяв электрическое напряжение и постепенно заряжает входную емкость транзисторадо требуемого значения и поддерживает транзистор в открытом состоянии. Поокончании импульса световой поток прерывается, входная емкость транзистораразряжается, и он закрывается. Оптические схемы обладают низкой мощностью,так как КПД преобразования электрической энергии в световую и обратно весьмамал (<10%). Поэтому, как правило, оптическое управление используется в схемахсо вспомогательным питанием. Такие схемы удовлетворяют всем предъявляемымтребованиям, но проявляют недостаточную устойчивость ко внутреннимэлектромагнитным помехам.
Использование буферных усилителей в условиях75высокого уровня внутренних электромагнитных помех, вызванных большимиимпульсными напряжениями и токами, может привести к сбоям в работе. Этисхемы весьма сложны в реализации, имеют большие габариты.Емкостные схемы подробно рассмотрены в [49]. Они обладают малымигабаритами и высокой мощностью, однако настройка таких схем достаточносложна. Необходимо обеспечить одинаковость величин разделительных емкостейи равенство напряжений, прикладываемых к отдельным транзисторам, что прииспользовании выпускаемых промышленностью элементов удается обеспечитьпри небольшом количестве транзисторов (2...5 шт.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
