 |
 |
 |
 |
ля играет роль ключевого элемента. Часть времени он находит в открытом (насыщенном) состоянии, а часть - в закрытом (о сечке). При переходе из одного состояния в другое транзист находится в активном режиме.
В качестве предельно допустимых параметров транзистор выбраны мгновенные значения напряжения в закрытом состояни и тока в открытом состоянии, а также их сочетание в активно области. Выбор типа и числа транзисторов в конкретной схе определяется, в первую очередь, этими параметрами.
Потери мощности в транзисторах складываются из статиче ких и динамических потерь. В свою очередь, статические потер определяются суммой потерь при насыщении и отсечке.
В правильно спроектированном преобразователе величина дн намических потерь должна быть близка к статическим, что зави сит от выбора типа и числа транзисторов, частоты коммутации использования дополнительных RCL и других цепочек.
Увеличить fn можно только с помощью высокочастотных тран зисторов. Требования к силовым биполярным транзисторам пр водятся, например, в [93].
Исследования мощных полевых транзисторов показали, что эт приборы способны переключать токи 10-20 А за время мен 10 НС, что на порядок меньше времени переключения биполярны- аналогов. В преобразовательных устройствах биполярные тра зисторы часто шунтируются диодом, который ограничивает вы росы напряжения обратной полярности. В структуре мощного по левого транзистора уже содержится такой диод, что является д полнительньш достоинством этого прибора.
Одним из основных недостатков отечественных полевых тран зисторов является их относительно высокое сопротивление в, включенном состоянии. Для его уменьшения в преобразователь, ных устройствах применяются составные ключи, в которых пол вой транзистор управляет биполярным. Такие ключи облада входным сопротивлением, характерным для полевых транзист ров, и относительно малым остаточным напряжением, как у б полярных приборов.
Перспективно применение мощных полевых транзисторов в р зонансных высокочастотных инверторах, где они обеспечиваю простоту схемы.
Для источников электропитания с низким уровнем выходног напряжения замена выходных выпрямительных кремниевых дио дов на транзисторы позволяет снизить потери мощности д 30-50%.
К параметрам высоковольтных переключательных транзисто, ров предъявляются высокие требования. Еще в 1975 году фирм «Motorola» выпустила серию транзисторов с каталогами и спра вочниками, позволяющими определить, как будет работать при бор при прямом и обратном смещении, с индуктивной или резне, тивной нагрузкой, а также, где могут лежать траектории рабоче точки в режиме переключения для обеспечения надежной работы J08
в настоящее время за рубежом выпускаются сотни полупроводниковых биполярных и полевых приборов, удовлетворяющих требованиям схем ВПН.
Отечественная промышленность также выпускает мощные высоковольтные транзисторы, предназначенные для работы в ВПН. Основные параметры освоенных и осваиваемых транзисторов приведены ниже.
Биполярные транзисторы:
2Т812А 2Т845А 2Т826А 2Т834А КТ847А 2Т828А 2Т839А КТ859А 2Т841А КТ872А 2Т878А 2Т885А 2Т886А
К.Этах- | ктах | ик.энас В | ten * |
1000 | |||
1100 |
Полевые транзисторы:
2П701А . . 2П702А . . . 2П912А . . . 2П922А . . . 2П802А (СИТ) . 2П803А . . . 2П926А (СИТ) . «Обрыв-6» (СИТ) 2Т9154А-(БСИТ)
Uc тах» В
500 300 100 100 500 1000 500 800 500
1с max, А
17 20 15 10
5,0 16
7,5 12
Rc-и, Ом 1,8 0,6 0,5 0,1 2.0 3,0 0,05 0,15 0,07
1перекл, ЯС 40
Разновидностью полевых приборов являются транзисторы со статической индукцией (СИТ). В настоящее время за рубежом созданы СИТ (мощность, рассеиваемая стоком, до 1 кВт на рабочие токи 20 А и напряжения сток - исток до 800 В), способные коммутировать мощности в сотни киловатт с временем переключения около 300 НС [94]. СИТ имеют нормально открытый канал, поэтому для их включения необходимо подать запирающее напряжение, что в отдельных случаях ограничивает их применение. Представляет интерес модификация СИТ - статический и» дукционный транзистор биполярного типа (БСИТ). По токовым возможностям БСИТ эквивалентец биполярному транзистору, но время переключения БСИТ может быть значительно ниже. Его выходные характеристики аналогичны выходным характеристикам биполярного транзистора, однако область безопасной работы аналогична СИТ.
Принципы построения устройств управления мощными полевыми транзисторами (МПТ), в том числе и СИТ сформулированы в [94]. Приведем основные из них:
переключение МПТ должно производиться форсированным то< ком, поэтому, если внутреннее сопротивление генератора переклю- чающего сигнала выше минимального значения, его следует шун-, тировать конденсатором. Включать и выключать МПТ целесообразно импульсами противоположной полярности; ,
использование накопления и хранения заряда во входной емкости (для СИТ - в выключенном состоянии);
принятие мер по устранению сквозных токов с помощью паузы; между включением и выключением транзисторов;
соблюдение пропорций между Ь и 1с в СИТ во всех режимах нагрузки;
включение устройства управления перед подачей напряжения на транзисторы. В противном случае возможен кратковременный или длительный переход транзистора в открытое состояние из-за емкостного делителя Сз-и - Сз-с-
Применение МПТ позволяет снизить затраты на разработку, изготовление, наладку и ремонт аппаратуры, поскольку требуемые характеристики ВПН могут достигаться более простым и дешевым путем.
При выборе транзисторов для импульсных ВПН следует учи- : тывать, что малые времена включения и выключения могут сни-. зить КПД преобразователя, так как для ограничения высокочас- I тотных выбросов необходимо применять RC, RCDL и другие це- пи (см. § 5.1), вносящие дополнительные потери мощности. Эти потери могут значительно превышать снижение динамических потерь, достигаемое использованием высокочастотных транзисторов.
Диоды
Силовые диоды, применяемые в ВПН рассматриваемого клас-са, можно резделить на высоковольтные (обратное напряжение 200... 1000 В) и низковольтные (обратное напряжение 20... 200 В). Обе группы диодов должны быть высокочастотными. Основной параметр, характеризующий частотные свойства импульсных ди- < одов, - время восстановления обратного сопротивления. Особен- но важен этот параметр при выборе высоковольтных диодов, ус- ! танавливаемых параллельно ключевым транзисторам инвертора ВПН. I
Для низковольтных диодов более важным параметром следу- ет признать прямое падение напряжения, если сравнивать их час- 1 тотные свойства и падение напряжения по их воздействию на снижение КПД преобразователя. I
Прямой ток через диод, приводимый в технических условиях, j дается на амплитудное значение импульса тока и среднее значение. Выбор параметров полупроводниковых диодов для ВПН рассмотрен, например, в [95].
КПД ВПН значительно снижается из-за того, что в кремниевых диодах, входящих в состав выходных выпрямителей, падение напряжения составляет около 1 В. Поэтому в подходе к по-
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 [ 35 ] 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53