Тема 1. Элементная база силовой электроники
Рассмотрение структуры мощных ключевых приборов позволяет более наглядно представить принцип действия самого ключа и тех физических процессов, которые лежат в основе его работы. Схемотехническое описание базовой ячейки в виде эквивалентной электрической схемы позволяет учесть взаимное влияние полупроводникового ключа и устройства применения, сформулировать основные принципы управления данным прибором и способы его защиты. Структуры элементарных ячеек рассматриваются в виде сочетания переходов различных слоев кремниевого полупроводникового материала с электронной (п) и дырочной (р) проводимостью.
Если концентрации основных носителей различаются более чем на порядок, переходы называются односторонними и обозначаются символами типа р+-n, р-n+ и т.п., где знаки "+" и "-" указывают на высокую или, соответственно, низкую степень легирования полупроводникового слоя.
1.1 Вольтамперные характеристики электронных ключей в различных режимах работы.
Статические режимы работы ключей.
С
татическим
режимом
работы ключа называется установившийся
после переключения режим его работы в
одном из следующих состояний: включенном
(проводящем) или выключенном (непроводящем).
Динамические режимы работы ключей.
Динамическим режимом работы ключа называется его работа в процессе перехода из одного состояния (например, включенного) в другое (например, выключенного) и наоборот.
Динамические ВАХ называют также траекториями переключения (коммутации) электронного ключа. Переходные процессы в ключах зависят от быстродействия и параметров элементов электронной цепи.
Диаграммы
напряжения
и тока
такой модели представлены выражениями:
;
,
где
и
– установившиеся значения напряжения
и тока до и после коммутации соответственно;
и
– время включения и выключения
электронного ключа (справочное).
Средняя
мощность потерь в ключе может быть
представлена двумя составляющими
и
.
Составляющая
соответствует статическому режиму, а
- динамическому (т.е. переходу ключа S
из одного состояния в другое). Эти
составляющие, согласно Рис. 1.1, определяются
следующими соотношениями:
;
.
Суммарные средние потери мощности в ключе, переходящие в тепловую энергию, будут равны сумме этих составляющих, т.е. и .
Рис. 1.1
Область безопасной работы и защита ключей.
О бластью безопасной работы (ОБР), называется область допустимых электрических параметров ключа, при которых он должен работать без повреждения.
Общепринятым является графическое представление ОБР в прямоугольных координатах, по которым откладываются токи и напряжения ключа обычно в логарифмическом масштабе. Последнее связано с тем, что границы допустимой мощности в логарифмическом масштабе представляются отрезками линейных функций. Так, например, мощность, выделяемая в ключе, не должна превышать максимально допустимого значения рис. 1.2
.
Рис. 1.2 |
