8.3. Последовательное соединение полупроводниковых приборов

Применение последовательного со­единения приборов эффективно, если успешно решается задача рав­номерного деления обратного и прямого (для тиристоров и транзис­торов) напряжений в статическом и динамическом режимах. Из-за разброса значений обратных токов и токов утечки, значений прямого напряжения в проводящем состоянии, емкостей p-n-переходов, вре­мени задержки включения и времени выключения отдельных прибо­ров это условие не выполняется. Поэтому при последовательном со­единении принимают меры, обеспечивающие равномерное деление напряжения.

Для выравнивания напряжения применяют подбор приборов одно­го класса с близкими значениями обратных токов и токов утечки или устанавливают специальные делители и схемы управления тиристора­ми и транзисторами.

В качестве выравнивающих устройств используют (рис. 8.3): в статических режимах – активные делители R (рис. 8.3, а), в переход­ных режимах – активно-емкостные делители (RС-цепи) (рис. 8.3, б), емкостные делители С, комбинированные делители с диодами (RCD-цепи) (рис. 8.3, в).

а б в

Рис 8.3. Схемы це­пей, выравниваю­щих напряжение в статическом

и дина­мическом режимах при последователь­ном соединении

по­лупроводниковых приборов

Применение активных делителей R сопровождается потерями энергии, значение которой увеличивается с уменьшением сопротив­ления резисторов. Поэтому стремятся установить резисторы с макси­мально возможным сопротивлением, при котором разброс напряже­ний не превышает допустимых границ. В последовательной цепи самое большое напряжение воспринимает прибор, обладающий наи­большим внутренним сопротивлением. Его обратный ток или ток утечки наименьший.

В случае применения тиристоров последовательно с конденсатора­ми включается низкоомный (примерно несколько десятков ом) резис­тор (рис. 8.3, б). Резистор служит для ограничения тока разряда конденсатора через включившийся тиристор. Для тиристоров и тран­зисторов используется RCD-цепь (рис. 8.3, в), обеспечивающая рав­номерное деление обратного напряжения как RС-цепь, а прямого – как емкостный делитель. Такая цепь, кроме функций делителя, обес­печивает снижение скорости приложения прямого напряжения du_D/dt.

8.4. Параллельно-последовательное соединение полупроводниковых приборов

Такое соединение при­меняется в мощных высоковольтных полупроводниковых преобразо­вательных аппаратах. Возможны соединения приборов двумя различ­ными способами: параллельное соединение а самостоятельных вет­вей, каждая из которых содержит s последовательных приборов (рис. 8.4, а) и последовательное соединение s самостоятельных рядов, каж­дый из которых состоит из а параллельных приборов (рис. 8.4, 6).

а б

Рис 8.4. Схемы последователь­но-параллельного соединения

по­лупроводниковых диодов

Первый способ основан на классической схеме построения последовательной цепи с устрой­ствами принудительного деления напряжения для каждой из па­раллельных ветвей. Ветви могут быть включены параллельно без дополнительных устройств деле­ния тока, если при s > 2 разброс по результирующему прямому напряжению всех ветвей в допус­тимых пределах. Такой подбор приборов не представляет слож­ности. Этот способ отличается многоэлементностью устройств деления напряжения.

Второй способ основан на классической схеме соединения прибо­ров с устройствами деления тока (индуктивные делители ИД) для каждого из последовательных рядов. Ряды между собой соединяются последовательно с использованием общих на каждый ряд устройств принудительного деления напряжения. В этом способе устройства деления тока громоздки.

В реальных схемах преобразователей предпочтительна схема груп­пового соединения полупроводниковых приборов (рис. 8.5). В этой схеме ветви преобразовательных диодов объединены между собой низкоомными резисторами связи R сопротивлением 0,5-0,8 Ом. При таком соединении допустимы применение общих для каждого ряда устройств деления напряжения и отказ от устройств деления тока благодаря выравниванию прямого напряжения при числе рядов более двух. Групповое соединение в данной схеме конструктивно не сложно и обеспечивает достаточно полное использование приборов по току и по напряжению.

Рис 8.5. Схема группового соединения по­лупроводниковых диодов