Обеспечение безопасной работы транзисторов

Главным условием надёжной работы транзисторов является обеспечение соответствия ОБР как статических, так и динамических вольтамперных характеристик, определяемых конкретными условиями работы.

Ограничениями, определяющими ОБР силовых транзисторов, являются:

• максимально допустимое значение тока коллектора (стока);

• допустимое значение рассеиваемой транзистором мощности;

• максимально допустимое значение напряжения коллектор – эмиттер (сток – исток);

В импульсных режимах работы силовых транзисторов границы ОБР существенно расширяются. Это объясняется инерционностью тепловых процессов, вызывающих перегрев полупроводниковой структуры транзисторов.

Динамические ВАХ транзистора во многом определяется параметрами коммутируемой нагрузки. Например, выключение активно – индуктивной нагрузки вызывает перенапряжения на ключевом элементе. Эти перенапряжения определяются ЭДС самоиндукции U_m= -Ldi/dt, возникающей в индуктивной составляющей нагрузки при спадании тока до нуля.

Для исключения или ограничения перенапряжений при коммутации активно – индуктивной нагрузки применяются различные цепи формирования траектории переключения (ЦФТП), позволяющие сформировать желаемую траекторию переключения. В простейшем случае это может быть диод, шунтирующий активно – индуктивную нагрузку или RC-цепь, подключаемая параллельно стоку и истоку МОП – транзистора.

Тиристоры

Принцип действия тиристора

Тиристор является силовым электронным не полностью управляемым ключом. Поэтому иногда в технической литературе его называют однооперационным тиристором, который может сигналом управления переводиться только в проводящее состояние, т.е. включаться. Для его выключения (при работе на постоянном токе) необходимо принимать специальные меры, обеспечивающие спадание прямого тока до нуля. Тиристорный ключ может проводить ток только в одном направлении, а в закрытом состоянии способен выдержать как прямое, так и обратное напряжение.

Тиристор имеет четырехслойную p-n-p-n-структуру с тремя выводами: анод (A), катод (C) и управляющий электрод (G), что отражено на рис. 6.7, a.

b)

Рис. 6.7. Обычный тиристор: a) – условно-графическое

обозначение; b) – вольтамперная характеристика.

На рис. 6.7, b представлено семейство выходных статических ВАХ при различных значениях тока управления i_G . Предельное прямое напряжение, которое выдерживается тиристором без его включения, имеет максимальные значения при i_G = 0. При увеличении тока i_G прямое напряжение, выдерживаемое тиристором, снижается. Включенному состоянию тиристора соответствует ветвь II, выключенному – ветвь I, процессу включения – ветвь III. Удерживающий ток или ток удержания равен минимально допустимому значению прямого тока i_A , при котором тиристор оста­ется в проводящем состоянии. Этому значению также соответствует минимально возможное значение прямого падения напряжения на включенном тиристоре .

Ветвь IV представляет собой зависимость тока утечки от обратного напряжения. При превышении обратным напряже­нием значения U_BO начинается резкое возрастание обратного тока, связанное с пробоем тиристора. Характер пробоя может соответ­ствовать необратимому процессу или процессу лавинного пробоя, свойственного работе полупроводникового стаби­литрона.

Тиристоры являются наиболее мощными электронными ключами, способными коммутировать цепи с напряжением до 5 кВ и токами до 5 кА при частоте не более 1 кГц. Конструктивное исполнение тиристоров приведено на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Конструкция корпусов тиристоров:

а) – таблеточная; б) – штыревая