Диссертация (1137078), страница 25
Текст из файла (страница 25)
5.6. Исходная и аппроксимированная вольт-фарадные характеристики.Из рисунка 5.6 видно, что такая аппроксимация дает погрешностьопределения емкости менее 2%. Исключение составляет участок напряжений от 0до 5 вольт. Значения емкостей на этом участке необходимо измерять с меньшимшагом, например, один вольт.1605.3 Проведение экспериментов и сопоставление их с результатамимоделирования5.3.1. Проверка формы напряжения на нагрузке и транзисторахПослеэкспериментальногоизмеренияхарактеристикотдельныхтранзисторов и внесения этих данных в математическую модель модулятора былипроведены машинные и натурные эксперименты.а)б)Рис. 5.7. Экспериментально измеренные зависимости напряжений междувыводами транзисторов и корпусом (при UPS=6 кВ) для: а) зарядного ключа б)разрядного ключа.161В ходе экспериментов проводилось изменение напряжения источникапитания схемы, сопротивления нагрузки и величины паразитной емкостинагрузки. В ходе экспериментов проводилось измерение зависимостей от времениследующих параметров: US1...US20, UD1, UPS, ISTOR, ILOAD (см.
рис. 5.7).Рис. 5.8. Экспериментальные зависимости напряжений, прикладываемых котдельным транзисторам модулятора (UPS=6 кВ).Рис. 5.9 Расчетные зависимости напряжений, прикладываемых к отдельнымтранзисторам модулятора (UPS=6 кВ).162На рисунках 5.8 и 5.9 приведены экспериментально измеренная иполученнаявмашинномэкспериментезависимостинапряжений,прикладываемых между выходными электродами отдельных транзисторов, отвремени при UPS=6 кВ.Полученные зависимости дают информацию о динамике процессов,происходящих в модуляторе, скорости переключения транзисторов, синхронностиих переключения, длительностях фронтов.
Из сопоставления рисунков 5.8 и 5.9делаетсявывод,чторасчетныезначениянапряженийотличаютсяотэкспериментальных. В обоих случаях наблюдаются различия в напряжениях,прикладываемых к ячейкам.5.3.2. Проверка зависимости распределения напряжений, прикладываемыхк транзисторам, от места их расположенияЗависимости установившегося значения напряжения между выходнымиэлектродами транзисторов от номера ячейки, полученные в натурном и машинномэкспериментах для трех значений UPS, приведены на рисунке 5.11. Измеренияэтих напряжений производились через 200 нс после переключения транзисторов.Сопротивление нагрузки составляет 10 кОм, емкость нагрузки на корпус - 50 пФ.При поочередном и одновременном уменьшении величины сопротивлениянагрузки до 1 кОм и емкости нагрузки до 4,7 пФ значения напряжений,прикладываемых к отдельным транзисторам, изменялись на величину менее 5 %.Как видно из рисунка 5.10, характер изменения напряжений от номераячейки,полученныйэкспериментально,совпадаетсрасчетным.Экспериментальные зависимости напряжений, прикладываемых к зарядномуключу, не являются монотонными.
Такое поведение схемы можно объяснить темобстоятельством, что транзисторы были взяты из разных партий, и для некоторыхиз них наблюдаются существенные отличия параметров от остальных. Расчетныезависимости напряжений также не являются монотонными.163а)б)в)Рис. 5.10. Распределение напряжений: а) UPS=2 кВ; б) UPS =4 кВ; в) UPS =6 кВ.164Длятранзисторовразрядногоключазависимостьнапряжения,прикладываемого к транзисторам, является монотонной (за исключением 12-ойячейки) и достаточно хорошо совпадает с расчетными значениями, несмотря нато, что эти транзисторы также взяты из разных партий.
Это обстоятельство можетслужить подтверждением предположения, что распределение напряжений междутранзисторами разрядного ключа определяется преимущественно выходнымиемкостями транзисторов, которые были достаточно точно измерены, ипаразитными емкостями транзисторов на корпус модулятора.Таблица 5.3.
Величина ошибки рассчитанного значения напряжения.№Величина ошибки расчетного №Величина ошибки расчетногоячейки напряжения, %ячейки напряжения, %Ua=2 кВ Ua=4 кВ Ua=6 кВUa=2 кВ Ua=4 кВ Ua=6 кВ132623011452022305425122316453173820131836846250148141252156151122268151616563219716071753465862518184875139233671979541810282012209894349,214,8СКО7,7СКО23,122,79,8В таблицу 5.3 сведены ошибки расчета распределения напряжений для трехэкспериментов с разными значениями коэффициента использования транзисторовпо напряжению.Из таблицы 5.3 видно, что для некоторых ячеек имеются существенныеразличия между рассчитанными и экспериментально измеренными значенияминапряжений.
Несмотря на существенную разницу значений напряжений длянатурных и машинных экспериментов, к транзисторам, располагающимся ближек нагрузке, прикладывается большее напряжение, чем к остальным. Длянатурного эксперимента эта зависимость выражена более явно. Поэтому можносчитать подтвержденным предположение о существенной зависимости величинынапряжения, прикладываемого к транзисторам ключа, от места расположения165транзистора в схеме и величины паразитной емкости транзисторов на корпусмодулятора.Дляобеспечениятребованияодинаковостинапряжений,прикладываемых к транзисторам ключа, необходимо принимать специальныемеры.5.3.3. Проверка распределения напряжений, прикладываемых ктранзисторам, при использовании выравнивающих емкостейКакпоказаноприкладываемыхквразделе4.2.2,транзисторамустранениемодулятора,разбросанапряжений,обусловленногоналичиемпаразитной емкости транзисторов на его корпус, возможно с помощьюкомпенсирующих емкостей.
Эти емкости подключаются параллельно выходнымэлектродам транзисторов. Их величины рассчитываются по формуле (4.15). Знаяпаразитную емкость ячеек на корпус ( C(S GND) +СGND)≈5 пФ (см рисунок 5.1),определим значения компенсирующих емкостей. При расчетах необходимоучитыватьразличиявыходныхемкостейотдельныхтранзисторов.Припроведении эксперимента величины этих емкостей были измерены на стенде.Добавочная емкость СДОП-УСТ(N), устанавливаемая в схему, рассчитывалась сучетом выходной эффективной емкости транзисторов - СВЫХ-eff(N).Следуетотметить,чтомаркадобавочныхконденсаторовдолжнавыбираться, исходя из требований к рабочему напряжению, температурномукоэффициенту изменения емкости и допустимой амплитуде переменногонапряжения. Для разработанного макета модулятора рабочее переменноенапряжение конденсаторов должны быть больше 1 кВ, температурныйкоэффициент изменения емкости конденсатора должен быть минимальным. Припроведенииэкспериментовиспользовалисьвысоковольтныемногослойныекерамические конденсаторы для поверхностного монтажа фирмы Yageo (Тайвань)емкостью 33 пФ, 270 пФ, 330 пФ.
В таблице 5.4 приведены значения добавочныхемкостей, устанавливаемых параллельно выходным электродам транзисторов.Величины емкостей несколько отличаются от рассчитанных, так как конкретное166значение емкости подбиралось путем последовательно-параллельного включенияразумного количества доступных автору конденсаторов.Таблица 5.4. Величины добавочных емкостей.Номер Зарядный ключНомерРазрядный ключячейкиячейкиСДОП,СВЫХ-eff, СДОП-УСТ,СДОП,СВЫХ-eff, СДОП-УСТ,пФпФпФпФпФпФ12,5551125042,41982105512202,541,3165322,542,1131604213244042,114122,542,799562,541159042,76669057,5331662,542337122,55766174042,3816055,6991822,542,29202,556165191042,51025056,5198202,542,5Добавочная емкость не вводились в ячейку в том случае, если ее величинабыла меньше эффективной выходной емкости транзисторов.Эпюрынапряжений,прикладываемыхкотдельнымтранзисторам,полученные в машинном и натурном экспериментах с учетом добавочныхемкостей приведены на рисунках 5.11 и 5.12.Рис.
5.11. Экспериментальные зависимости напряжений, прикладываемых котдельным транзисторам модулятора (UPS=6 кВ).167Рис. 5.12. Расчетные зависимости напряжений, прикладываемых к отдельнымтранзисторам модулятора (UPS=6 кВ).Зависимости установившегося значения напряжения, прикладываемого квыходным электродам транзисторов, от номера ячейки, полученные в машинноми натурном экспериментах с использованием добавочных емкостей, приведены нарисунке 5.13.Как видно из графиков, распределение напряжений, прикладываемых ктранзисторам,полученныеэкспериментально,практическисовпадаютсрассчитанными значениями. Неравномерность распределения напряжения междутранзисторами мала.
В таблицу 5.5 сведены ошибки расчета распределениянапряжений при введении компенсирующих емкостей.Использование дополнительных емкостей позволяет значительно снизитьразброс падений напряжения на отдельных транзисторах и приводит к болееравномерному распределению напряжения между ними. При этом напряжения,прикладываемые к отдельным транзисторам, не достигают порога ограничениязащитных диодов, и активные токи через эти диоды отсутствуют. В результатевозможно изменение типа защитных диодов на менее мощные, обладающиеменьшими габаритами и паразитной емкостью.168а)б)в)Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
