1.6. Определение предельного тока силового полупроводникового прибора по условиям охлаждения

Предельный ток силового диода или тиристора указан в его маркировке. Эта величина предельного тока зависит от площади сечения полупроводникового кристалла. В реальных условиях эксплуатации предельный ток всегда меньше и будет зависеть от условий охлаждения. Определить реальную величину предельного тока силового полупроводникового прибора можно по формуле:

, (1.5)

где U - пороговое напряжение [В],

R_д - динамическое сопротивление [Ом],

k_ф - коэффициент формы тока; отношение эффективного значения тока к средневыпрямленному; для трёхфазных выпрямителей k_ф = (см. п. 3.2),

Θ – допустимый перегрев: 100º С для диодов, 85º С для тиристоров,

- общее тепловое сопротивление [ºС /Вт]. .

При естественной охлаждении реальная величина предельного тока составляет около 30…35% от значения, указанного в маркировке диода или тиристора, при скорости потока охлаждающего воздуха V = 6 м/с – около 60%, при скорости потока охлаждающего воздуха V = 12 м/с – около 90%.

Контрольные вопросы

1. Какие силовые полупроводниковые приборы вы знаете?

2. Перечислите этапы изготовления силовых полупроводниковых диодов.

3. Нарисуйте вольтамперную характеристику силового полупроводникового диода.

4. Что такое тепловой пробой полупроводникового диода? При каких условиях он происходит?

5. Что такое электрический пробой полупроводникового диода? При каких условиях он происходит?

6. В каких корпусах выпускаются силовые полупроводниковые приборы?

7. Перечислите основные параметры силовых полупроводниковых приборов.

8. Что такое предельный ток силового полупроводникового прибора?

9. Что такое класс силового полупроводникового прибора?

11. Расшифруйте обозначение В2-320-10, ДЛ143-630-12.

12. Нарисуйте вольтамперную характеристику силового полупроводникового тиристора.

13. Расшифруйте обозначение ТЛ171-320-10.

14. Что такое тепловое сопротивление?

15 Для чего силовые полупроводниковые приборы устанавливают на охладители?

16. От чего зависит тепловое сопротивление охладителя?

17. Как зависит предельный ток силового полупроводникового прибора от условий охлаждения?

18. Как рассчитать предельный ток силового полупроводникового прибора в реальных условиях эксплуатации?

2. Параллельное и последовательное соединение силовых полупроводниковых приборов

2.1. Параллельное соединение силовых полупроводниковых приборов

В мощных преобразовательных установках токи нагрузки превышают предельный ток одного полупроводникового прибора. Поэтому для пропуска таких токов силовые диоды и тиристоры приходится соединять параллельно. Из-за различия вольтамперных характеристик распределение тока между параллельно включёнными приборами происходит неравномерно. Рассмотрим схему параллельного соединения двух силовых диодов и их вольтамперные характеристики (рис. 2.1).

а)	б)

Рис. 2.1. Распределение тока между параллельно соединёнными диодами:

а – схема, б – вольтамперные характеристики

Как видно из рис. 2.1, при параллельном соединении двух диодов с различными вольтамперными характеристиками, ток между диодами разделится неравномерно. Если у VD1 на предельном токе I_П прямое напряжение будет U_VD1, то у VD2 на таком же предельном токе I_П прямое напряжение будет U_VD2>U_VD1. При параллельном соединении и пропуске через диоды тока 2I_П на диодах установится прямое напряжение . При таком напряжении U₀ ток первого диода будет I_VD1>I_П, а ток второго диода - I_VD2<I_П, следовательно, первый диод будет перегружен. Из-за перегрузки в первом диоде произойдёт перегрев кристалла, а затем диод будет пробит. Чтобы избежать такого результата, следует применять специальные схемы для выравнивания тока между параллельно соединёнными диодами.

Наилучшим вариантом является применение индуктивного делителя тока ИДТ. Принцип действия ИДТ основан на правиле Ленца. На тороидальном сердечнике из электротехнической стали намотаны две обмотки, включённые встречно. Токи обмоток стремятся компенсировать изменение потоков электромагнитной индукции в сердечнике, в результате чего увеличение одного тока приводит к такому же увеличению другого и наоборот. Эффективность действия ИДТ определяется площадью сечения сердечника и числом витков обмоток. Для мощных диодов и тиристоров применяют одновитковые ИДТ. Конструкция, условное графическое обозначение и схема включения ИДТ для двух диодов представлены на рис. 2.2.

ИДТ обеспечивает практически равномерное распределение тока между параллельно включёнными диодами. Небаланс токов в диодах получается менее 10%.

Р ис. 2.2. Индуктивные делители тока: а – конструктивное исполнение, б – условное графическое обозначение, в – схема включения ИДТ для двух диодов

Если необходимо включить параллельно больше чем 2 диода, то придётся применить несколько ИДТ. Различают замкнутую кольцевую схему включения ИДТ и схему с задающим вентилем.

З амкнутую кольцевую схему включения ИДТ применяют, когда нужно включить от трёх до пяти диодов параллельно. Если необходимо включить параллельно более пяти диодов, применяют схему с задающим вентилем. Схемы включения ИДТ для большого числа параллельно включённых диодов представлены на рис. 2.3.

Рис. 2.3. Схемы включения ИДТ: а – замкнутая кольцевая, б – с задающим вентилем

Замкнутая кольцевая схема позволяет одному диоду выравнивать проходящий через него ток, сравнивая его с двумя соседними. В схеме с задающим вентилем все диоды выравнивают протекающие по ним токи с током одного диода (задающего вентиля), последовательно с которым включены первые обмотки всех ИДТ. При этом число ИДТ в схеме на 1 шт. меньше, чем число диодов.