Диссертация (1137078), страница 20

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

Текст из файла (страница 20)

Но разброс значительно уменьшился и составляет менее20% (без выравнивания более 40%). На рисунке 4.24 приведены численнополученные эпюры напряжений, прикладываемых к выходным электродамтранзисторов модулятора, при использовании компенсирующих емкостей дляслучая CGND=10 пФ. Как видно из рисунка, эти напряжения изменяютсясинхронно во время закрытия ключей. Во время открытия ключей наблюдаетсянарушение синхронности изменения напряжений.

Это происходит из-за различиявеличин токов перезаряда емкостей. Через ячейки, располагающиеся ближе кнакопителю для зарядного ключа, протекают токи перезаряда емкостей ячеек,располагающихся ближе к нагрузке. В результате во время фронта импульса токичерез выходные клеммы ячеек различаются между собой, что приводит кзамедлению открытия транзисторов из-за наличия паразитной индуктивностивывода истока. Аналогичные процессы происходят в разрядном ключе. Здесьбольший ток протекает через ячейки, располагающиеся ближе к корпусумодулятора.Рис. 4.24. Напряжение между выходными электродами транзисторов зарядного иразрядного ключей при CGND=10 пФ.128Введение дополнительных емкостей позволяет компенсировать дисбалансыраспределения зарядов в ключе в динамическом режиме при условииодинаковостипараметровячеекключаиихсинхронномуправлении.Дополнительные емкости увеличивают собственную емкость твердотельногоключа, что приводит к увеличению энергии, рассеиваемой в нем припереключении.

Однако эта энергия рассеивается между ячейками ключаравномернее, чем без выравнивания напряжений.Отметим, что изменение напряжения питания модулятора при постоянномколичестве ячеек в ключах приводит к изменению коэффициента использованияпо напряжению транзисторов, составляющих ключи. При изменении этогокоэффициента, как правило, изменяется значение эффективной по энергиивыходной емкости транзисторов. Так как величины добавочных выравнивающихемкостей не зависят от величины выходной емкости транзисторов, то изменениекоэффициента использования по напряжению не приводит к нарушениюравномерности распределения напряжений, прикладываемых к транзисторам взакрытом состоянии. Однако в этом случае изменяется собственная емкостьключа.4.2.3 Исследование влияния паразитных параметров ячейки модулятораРассмотренный выше случай, когда параметры ячеек ключа абсолютноодинаковы, является идеализированным.

На практике значения параметровэлементов схемы ключей имеют некоторый разброс. Пассивные элементы схемы(резисторы и конденсаторы) могут иметь допуски значений ±1%, что, какправило, не приводит к заметному рассогласованию в работе схемы. Такжедостаточно просто проводить измерение параметров этих элементов и принеобходимости отбраковывать те из них, параметры которых отклоняются набольшие значения. В дальнейшем будем считать, что значения параметровсосредоточенных пассивных элементов схемы точно известны и одинаковы длявсех ячеек.129Производители транзисторов указывают в документации диапазоныизменения параметров приборов.

Обычно это ±10% от номинального значения.Такой разброс может привести к существенным рассогласованиям в работеотдельныхячеекключа.Исходяизпрактическогоопытаразработоктвердотельных ключей, можно сказать, что внутри одной партии транзисторовразброс значений параметров не превышает 2%, что существенно не влияет наработу ключа.

Возможно появление отдельных образцов транзисторов в рамкаходной партии, параметры которых отличаются от средних значений более, чем на5%, а в рамках одного типа (но из разных партий) разброс параметров можетдостигать 20%. Поэтому для транзисторов из одной партии желательно, а длятранзисторов из разных партий обязательно проводить входной контрольпараметров,существенновлияющихнасинхронностьпереключениятранзисторов. Определим эти параметры.Как было сказано ранее, формирование напряжений, прикладываемых ктранзисторам в закрытом состоянии, происходит в процессе их размыкания длязарядного ключа или после размыкания для разрядного ключа.

На этомпромежутке времени существенноевлияние оказывают параметрыцепиуправления ячейкой LGOUT, RGOUT, CGOUT и параметры транзистора LG, LS, RG, RS,CGS, CDG, CDS. Влияние разброса значений паразитной емкости транзисторов накорпус модулятора в настоящем параграфе не учитываются (см. 4.2.1).Значения LGOUT, RGOUT, CGOUT будем считать одинаковыми для всех ячеекключа, так как их можно оценить на стадии настройки модулятора и, принеобходимости, произвести их подстройку введением дополнительных элементов.Паразитныеиндуктивностипреимущественноопределяютсяисопротивлениятипамивыводовтранзистораиеготранзисторакорпуса.Вдальнейшем будем считать эти параметры одинаковыми для всех ячеек, чтообеспечивается идентичностью технологий корпусирования транзисторов.Емкость CDS совместно с паразитной емкостью ячейки на корпус участвуетв формировании распределения напряжений, прикладываемых к транзисторам взакрытом состоянии, поэтому необходимо осуществлять контроль ее значения.

В130случае появления существенных отличий этого параметра ячейки от всехостальных необходимо введение дополнительных емкостей, подключаемыхпараллельно выходным электродам транзистора (без учета "выравнивающих"емкостей, см. раздел 4.2.2).Емкости CGS, CDG влияют на скорость нарастания напряжения науправляющем электроде и, соответственно, определяют задержку начала искоростьпереключениятранзистора.Поэтомунеобходимоосуществлятьконтроль значений этих емкостей и при необходимости вводить дополнительныеемкости, подключаемые параллельно входным электродам транзистора. С цельюуменьшения влияния разброса значений входной емкости транзисторов, возможноподключение параллельно входным электродам транзисторов дополнительныхконденсаторов CGS ДОП, емкости которых соизмеримы с емкостью CGS, а величинадопуска имеет значения, не превышающие 1%.

В этом случае удается сократитьотносительное значение разброса суммарной емкости входной цепи транзистора,однако при этом возрастает нагрузка на подмодулятор, так как приходитсяперезаряжать бо́льшую емкость. Увеличиваются задержка начала и времяпереключения транзисторов.Таккакзадержканачалапереключениятранзисторовоказываетсущественное влияние на распределение напряжений, прикладываемых к ним, товозможно устранить разброс напряжений, обусловленный наличием паразитныхемкостей ячеек на корпус модулятора, путем изменения задержки переключениятранзисторов.

Зная, что к определенным транзисторам после формирования спадаимпульсаприкладываютсяповышенныенапряжения,возможновведениедополнительных элементов в цепь управления, ускоряющих или замедляющихпереключениетранзисторов.Таккакнапряжение,прикладываемоектранзисторам в закрытом состоянии, формируется преимущественно во времяразмыкания ключа, а также учитывая полученные ранее зависимости этихнапряженийотномераячейки,необходимоввестизадержкузакрытиятранзисторов, располагающихся ближе к нагрузке.

Именно на них возможнопоявление перенапряжений. Во время замыкания ключа (в случае одинаковых131значений напряжений, прикладываемых к выходным электродам транзисторов)для исключения появления перенапряжений необходимо обеспечить синхронноеуправление транзисторами. Такие противоречивые требования к элементам цепиуправления транзистора возможно выполнить только в случае разделения цепейзаряда и разряда входной емкости транзисторов.В случае использования схем, приведенных на рисунках 3.8, 3.9, такоеразделение осуществляется за счет изменения величин сопротивлений резисторовR1, R2 (для рис. 3.8) и R3, R4 (для рис. 3.9).

Проведем расчет величинсопротивлений резисторов, через которые происходит разряд входной емкоститранзисторов,позволяющихобеспечитьтребуемыезадержкизакрытиятранзисторов. Примем исходное значение этого сопротивления равным RGOUT.Исходя из распределения напряжений, прикладываемых к выходнымэлектродам транзисторов и полученных в результате расчета, приведенного вп. 4.2.1, можно определить величину разности напряжения, прикладываемого ктранзистору в разомкнутом состоянии, и среднего значения падения напряженияна транзисторах ключа U DS i  U DS i  U DS средн , где i - номер транзистора.

Допустим,что при размыкании транзисторов ключа напряжение, прикладываемое к ихвыходнымэлектродамизменяетсяполинейномузаконуU DS i (t )  (U DS средн  U DS i )  (t /  ф ) , где ф - длительность фронта импульса. Тогда длятого, чтобы напряжения, прикладываемые к транзисторам, были равны друг другук моменту полного закрытия ключа, требуется внести задержку выключениятранзистороввеличинойtзад. i , величина которой определяется номером транзистора иUDS iОтсюдаследует:U DS средн  (UDS средн  UDS i )  (tзад. i /  ф ) .преобразования этого выражения получаем:t зад . i   ф  U DS i / U DS средн1   U DS i / U DS среднПосле.Таким образом, можно считать, что постоянная времени цепи зарядавходной емкости транзистора должна быть увеличена на tзад.

. Так как изменениевеличинызадержки переключениятранзисторов осуществляется засчет132изменения величины разрядного резистора схемы управления, то, зная исходныезначения RGOUT, CGOUT, можно рассчитать новое значение разрядного резистора:RGOUT . НОВ  (CGOUT  CGS )  RGOUT  (CGOUT  CGS )  tзад.  RGOUT . НОВ  RGOUT  tзад. /(CGOUT  CGS ) .Такой способ устранения разбросанапряжений достаточно сложен дляпрактического применения, так как необходимо точно знать величиныперенапряжений UDS i для всех транзисторов. В п.

4.2.1 было полученораспределение напряжений, прикладываемых к транзисторам, исходя из котороговозможно рассчитать UDS i . Однако этот расчет имеет приближенный характер ине учитывает влияния цепей ограничения напряжения, что затрудняет точныйрасчет RGOUT . НОВ . Использование такого способа компенсации разброса напряженийвозможно только для зарядного ключа при больших токах нагрузки (т.е. в случаеанодной модуляции), так как напряжение, прикладываемое к транзисторам этогоключа в закрытом состоянии, формируется во время закрытия транзисторов. Вслучае разрядного ключа или если нагрузка обладает высоким активнымсопротивлением данный способ малоэффективен, так как распределениенапряжений, прикладываемых к транзисторам, в таких случаях формируется науже закрытых транзисторах и требуется вводить задержки, длительность которыхможет значительно превышать время переключения транзисторов. Выравниваниенапряжений, прикладываемых к транзисторам разрядного ключа, желательноосуществлять с использованием добавочных емкостей, подключаемых квыходным электродам транзисторов.4.2.4 Исследование влияния несинхронности управления транзисторамиключаПри увеличении рабочего напряжения твердотельных ключей приходитсяувеличивать количество используемых в них транзисторов, что в свою очередьприводит к увеличению линейных размеров ключа.

Характеристики

Список файлов диссертации