Диссертация (1137078), страница 17

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

Текст из файла (страница 17)

При изменении напряжения и тока выходногоэлектродаэтиэлементыобразуютотрицательнуюобратнуюсвязь,препятствующую нарастанию напряжения между входными электродами иполному открытию транзистора. Влияние проходной емкости транзистора наскорость его переключения описано в литературе [76]. Рассмотрим влияниеиндуктивности вывода истока. Ток заряда входной емкости управляющегоэлектрода протекает по цепи (RG - LG - LS - RS). При изменении тока выходногоэлектрода на паразитной индуктивности стока появляется ЭДС самоиндукцииuLS(t)=LS·diS(t)/dt, которая в случае нарастания тока выходного электрода имеет105полярность, противоположную открывающему напряжению.

В результатесуммарное напряжение, прикладываемое к внутренней емкости CGS, уменьшается,нарастание тока выходного электрода замедляется. В специализированныхбыстродействующих транзисторах имеется отдельный вывод истока для цепиуправления [51], что практически исключает влияние индуктивности истока науправляющее напряжение.Величиныэлементов,образующихотрицательнуюобратнуюсвязь,невозможно изменять, так как они образованы элементами внутреннейконструкции транзисторов, следовательно, при заданных параметрах схемыключа (марка транзисторов, амплитуда управляющего напряжения, напряжениепитания модулятора, сопротивление и емкость нагрузки модулятора) естьограничения по минимальному времени переключения ключа, которое взначительной степени определяет длительность фронта импульса.

Наиболееточные оценки длительности фронта формируемых импульсов дает численноемоделирование.На последнем этапе, когда напряжение, прикладываемое к выходнымклеммамтранзисторов,спадаетдозначений0,05...0,2отнапряжения,прикладываемого в закрытом состоянии, возобновляется рост напряжений"затвор-исток" транзисторов зарядного ключа. Их внутренние сопротивлениядостигают своего минимального значения.При формировании фронта импульса происходит перезаряд паразитныхемкостей схемы. Так как токи перезаряда протекают через ограничительныерезисторы и активные внутренние сопротивления транзисторов, то энергия,накопленная в паразитных емкостях, рассеивается в элементах схемы.

Этаэнергия определяется следующим соотношением:Wфронт= (Wперекл. + WС-ЗК + WС-LOAD + WС-РК),где WС-ЗК= СЗК·ULOAD2/2 - энергия перезаряда емкости СЗК зарядного ключа;WС-LOAD= СLOAD·ULOAD2/2 – энергия перезаряда емкости нагрузки;WС-РК= СРК·ULOAD2/2 – энергия перезаряда емкости разрядного ключа;(4.2)106ULOAD=UPS – (UЗК+ILOAD·(Rогр11 +Rогр2)) – напряжение, прикладываемое к нагрузкево время импульса, с учетом падения напряжения на ограничительных резисторахи зарядном ключе UЗК. Энергия WС-РК распределяется между ограничительнымирезисторамиRогр11,Rогр12изаряднымключомпропорциональноихсопротивлениям.

Аналогично, энергия WС-Н распределяется между Rогр11, Rогр2 изаряднымключом.Непосредственновтранзисторахзарядногоключарассеивается только энергия разряда собственной емкости WС-ЗК и энергияпереключения Wперекл..Так как во время формирования фронта импульса транзисторы проходятлинейный участок своей ВАХ, то на них рассеивается энергия переключенияtперекл.Wперекл.

Uк(t )  I к (t )dt , где tперекл. – время переключения транзисторов ключа; Uk(t) –0зависимость напряжения, прикладываемого к ключу, от времени; Ik(t) –зависимость тока ключа от времени. Если предположить, что напряжение и ток вовремя переключения изменяются линейно, то данный интеграл будет равенW перекл . 2U ИП t перекл .6  R огр 1. Такое упрощение является оправданным, так как при временахпереключения менее 50 нс и собственной емкости ключа более 20 пФ энергияWперекл. оказывается на порядок меньше энергии WС-ЗК.4.1.3 Формирование плоской части импульсаВо время формирования плоской части импульса через зарядный ключпротекает активный ток нагрузки, падение напряжения на этом ключе мало.Внутреннее сопротивление твердотельного ключа, построенного на основе МОПполевых транзисторов, в открытом состоянии рассчитывается по формулеRвнутр.=RDS(ON)·N, где RDS(ON) – сопротивление одного транзистора в открытомсостоянии (может составлять 0,1...5 Ом); N – количество транзисторов в ключе.Для ключей, построенных на БТИЗ, можно рассчитать остаточное падениенапряжениявоткрытомсостоянии,котороеопределяетсяпоформулеUост.=UCE(SAT)·N, где UCE(SAT) – напряжение насыщения одного транзистора107(составляет 1...5 В).

Эквивалентное внутреннее сопротивление такого ключа воткрытом состоянии составляет 1...10 Ом.Мощность, рассеиваемая в зарядном ключе в этом режиме, рассчитываетсядля твердотельных ключей, построенных на МОП транзисторах, по формуле:Pимп=IК2· RDS(ON)·N,(4.3)где IК = ILOAD + Iразр. - ток ключа; ILOAD - ток нагрузки, Iразр. - ток разрядногорезистора (для однотактных модуляторов). Для ключей, построенных на БТИЗ,эта мощность выражается соотношением:Pимп=(IК· UCE(SAT))·N .(4.4)Мощность, рассеиваемая во время импульса в ограничительных резисторахRогр11 , Rогр2:Pимп.огр11 =IК2· Rогр11,(4.5)Pимп.огр2 = IН 2· Rогр2.(4.6)Как видно из (4.3) мощность, рассеиваемая ключами, построенными наМОП транзисторах, пропорциональна квадрату тока нагрузки, а для ключей наоснове БТИЗ эта зависимость линейна (4.4).

В случае больших токов нагрузкииспользование БТИЗ позволяет уменьшить потери в этом режиме по сравнению сМОП транзисторами.Так как при формировании плоской части импульса разрядный ключ закрыти к нему прикладывается полное напряжение питания ЭВП, то в ключе паузырассеивается мощность, определяемая токами утечки и рассчитываемая поформуле:Pзакр.разр.=(Iут тр+ Iут зд+ Iут Rv)·ULOAD.(4.7)4.1.4 Формирование спада импульсаПри формировании спада импульса происходят процессы, обратныепротекающим на фронте импульса. Здесь также можно выделить три стадии:задержка начала размыкания; размыкание зарядного ключа; разряд емкостинагрузки.108На рис 4.7…4.10 показаны численно полученные эпюры напряжений,прикладываемых к входным электродам, стокам транзисторов зарядного иразрядного ключей, выходным электродам транзисторов зарядного и разрядногоключей.Рис.

4.7. Напряжения на входных клеммах транзисторов.Рис. 4.8. Напряжения, прикладываемые к стокам транзисторов зарядного ключа.109Рис. 4.9. Напряжения, прикладываемые к стокам транзисторов разрядного ключа.Рис. 4.10. Напряжение между выходными электродами транзисторов зарядного иразрядного ключей.На первой стадии на управляющие электроды транзисторов зарядногоключа подается запирающее напряжение, емкость "затвор-исток" разряжается допороговогонапряжения.Навторойстадиивнутреннеесопротивлениетранзисторов, составляющих этот ключ, начинает увеличиваться. Ток через ключуменьшается. За время этой стадии на зарядном ключе формируется некоторое110напряжение,величинакоторогоопределяетсяемкостьюиактивнымсопротивлением нагрузки.

Чем больше емкость нагрузки и ее активноесопротивление, тем меньше изменится напряжение, прикладываемое к зарядномуключу за время закрытия транзисторов. Чем больше сопротивление нагрузки, темменьше величина тока, протекание которого необходимо прервать через зарядныйключ. Чем меньше изменение напряжения и тока, тем меньшее влияниеоказывают элементы, составляющие цепь отрицательной обратной связи, назакрытие ключа.После закрытия зарядного ключа происходит разряд паразитной емкостинагрузки и собственной емкости разрядного ключа, заряжается собственнаяемкость зарядного ключа. В случае использования однотактной схемы процессыперезаряда емкостей происходят через сопротивление нагрузки и разрядныйрезистор.

В двухтактных модуляторах сразу после закрытия зарядного ключаоткрываетсяразрядныйключ,иперезарядемкостейпроисходитпреимущественно через него. Напряжение на зарядном ключе формируетсятолько после полного разряда емкости нагрузки.Как видно из рис. 4.10, напряжения, прикладываемые к транзисторамзарядногоключа,изменяютсянеодинаково.Значениянапряжений,прикладываемых к составляющим его транзисторам после его полного закрытия иразряда паразитной емкости нагрузки, различны. Характер распределения этихнапряженийопределяется:несинхронностьюразмыканиятранзисторов;величинами паразитных емкостей ячеек модулятора на корпус.Так как через нагрузку протекают активные токи разряда ее паразитнойемкости, то за время закрытия зарядного ключа и прекращения протекания черезнего активного тока нагрузки на этом ключе формируется напряжение, которое вбольшей степени прикладывается к транзисторам, которые начинают закрыватьсяраньше остальных.

Если нагрузка имеет преимущественно емкостный характер(например, в случае сеточной модуляции), то ее активный ток пренебрежимо мал.В этом случае распределение напряжений между транзисторами зарядного ключабудет определяться паразитными емкостями ячеек этого ключа на корпус. При111наличии существенных активных токов нагрузки формирование распределениянапряжений, прикладываемых к ячейкам зарядного ключа, будет определятьсяодновременно двумя этими факторами. Подробнее влияние этих факторов наформирование напряжений, прикладываемых к транзисторам модулятора, будетрассмотрено в разделе 4.2.Энергию потерь для этой стадии работы следует определять следующимобразом:WСПАД = WВЫКЛ +WС-ЗК + WС-LOAD + WС-РК.ЭнергиявыключенияWВЫКЛ,рассеиваемая(4.8)заряднымрассчитывается аналогично энергии включения как интегралключом,W перекл .   U к (t )  I к (t ) dtза время выключения транзисторов tВЫКЛ .

Примем, что ток через ключ инапряжение, прикладываемое к нему, изменяются по линейному закону. При этомток уменьшается от значения IК до нуля, а напряжение увеличивается от значения,близкого к нулю, до величины:U K  U PS  U LOAD  U PS  U LOAD  1  tВЫКЛ   RLOAD  RРАЗР  /  RLOAD  RРАЗР    CLOAD  CКП  CКИ   ,определяемой разрядом паразитной емкости цепи нагрузки через сопротивлениенагрузки и разрядное сопротивление (при его наличии) за время закрытиятранзисторов разрядного ключа.

Тогда WВЫКЛ=∆UK·IK·tВЫКЛ/6.Энергия WС-РК во время спада полностью рассеивается разрядным ключом.Энергия WС-Н, запасенная в емкости нагрузки, распределяется между ключомпаузы и ограничительными резисторами Rогр12 , Rогр2. Энергия заряда емкостиключа импульса WС-ЗК рассеивается резисторами Rогр1, Rогр2 и ключом паузы. Прирасчетах WС-РК, WС-LOAD и WС-ЗК для спада импульса следует учитывать разрядпаразитныхемкостейнагрузкииразрядногоключадовеличиныU LOAD  1  t ВЫКЛ /  RLOAD  RРАЗР    CLOAD  CКП  CКИ   .Алгоритм работы анодных модуляторов и защитных ключей должен бытьпостроен таким образом, чтобы они размыкались в случае возникновенияискрения в ЭВП, что сопровождается превышением током нагрузки максимальнодопустимого значения. При этом схема управления должна зафиксировать пробой112и только после этого на управляющих электродах транзисторов начинаетформироваться закрывающее напряжение.

Характеристики

Список файлов диссертации