Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Тимофеев А.С._Электронные и электрические аппар...doc
Скачиваний:
1
Добавлен:
01.04.2025
Размер:
2.13 Mб
Скачать

2.4 Параметры силовых полупроводниковых приборов по току и напряжению

В соответствии с методиками, применяемыми при исследовании полупроводниковых приборов, различают статическую и динамическую вольт-амперные характеристики (ВАХ).

Статическая (ВАХ) снимается на постоянном токе по точкам раздельно в прямом в обратном направлениях. При исследовании прямой ветви характеристики каждую точку снимают после установления падения напряжения па приборе. С учетом зависимости падения напряжения от температуры это означает, что последовательно фиксируемые точки (ВАХ) соответствуют различным тепловым состояниям структуры.

Поэтому использование статических характеристик для нагрузочных характеристик приборов по току может привести к значительным погрешностям. Кроме того, чрезмерный разогрев структуры в процессе измерений не позволяет получить прямую ветвь характеристики для больших токов, которые способны кратковременно выдерживать приборы.

Динамическая (ВАХ) устанавливает зависимость между мгновенными значениями протекающего через прибор тока и напряжения на нем. Классификационная динамическая характеристика снимается в однофазной однополупериодной схеме выпрямления с активной нагрузкой при частоте 50 Гц, синусоидальной форме тока в угле проводимости 180°.

При снятии прямой ветви характеристики (спрямленной характеристики для тиристоров) фиксируются амплитудные значения анодного тока и падения напряжения. Обычно эти характеристики получают для двух значений температуры полупроводниковой структуры: комнатной (Tj = 25°С) и максимально допустимой для данного типа прибора.

Измерения проводятся с помощью осциллографа в интервале одного полупериода тока. Кратковременность процессов измерения позволяет исключить существенный дополнительный нагрев структуры измеряемым током, поэтому исследуемая характеристика соответствует заданному температурному режиму.

Обратная прямая (для тиристора) ветви (ВАХ), которые соответствуют состоянию низкой проводимости приборов, снимаются также с помощью осциллографа при максимально допустимой температуре полупроводниковой структуры. Общий вид вольтамперных характеристик показан на рисунке 2.2. Они являются базовыми для определения приведенных ниже важнейших эксплуатационных (паспортных) параметров приборов по току и напряжению.

Предельный ток Iп −максимально допустимый средний за период ток, длительно протекающий через прибор в вызывающий предельно допустимый нагрев полупроводниковой структуры при определенных условиях охлаждения. Предельный ток определяет тип прибора и при заданных условиях охлаждения может быть рассчитан по формуле.

(2.7)

где − пороговое напряжение и динамическое сопротивление прибора, определяемые из вольтамперной характеристики (спрямленной ВАХ для управляемых вентилей);

, −максимально допустимая температура полупроводниковой структуры и температура охлаждающей среды.

Параметры и определяются из (ВАХ) проведением аппроксимированной прямой линии, проходящей через точки с ординатами 1,57 и 4,71 предельного тока. Точка пересечения этой прямой с осью напряжений определяет численное значение порогового напряжения, а котангенс угла ее наклона − динамическое сопротивление.

При использовании приборов в условиях, которые не совпадают с классификационным, предельный ток находится по формуле

(2.8)

где и Та - фактические значения теплового сопротивления и температуры охлаждающей среды; - коэффициент формы тока, равные отношению действующего значения тока к среднему.

Для синусоидальной и прямоугольной формы тока, рассчитанные по выражению (2.8) зависимости и от температуры охлаждающей среды при различных углах проводимости приводятся в информационных материалах.

Ток утечки ID протекающий через прибор при приложении к нему напряжения в прямом направлении и разомкнутой цепи управляющего вывода. Классификационное значение ID (амплитудное значение), так же как и значение обратного тока IR определяется при максимально допустимой температуре РN-структуры и напряжении, соответствующем классу прибора.

Ток включения IL − наименьший анодный ток, необходимый для поддержания тиристора в открытом состоянии непосредственно после переключения его из закрытого состояния в открытое, при прекращении управляющего импульса.

Ток удержания IH − наименьший анодный ток через прибор при разомкнутой цепи управления, при котором он еще находится в открытом состоянии.

Напряжение переключения U(BO) − прямое напряжение, при котором тиристор переключается в проводящее состояние при разомкнутой цепи управляющего вывода.

Максимальное обратное импульсное напряжение U(BR) напряжение, соответствующее области загиба обратной ветви вольтамперной характеристики, когда даже небольшое приращение напряжения вызывает резкое увеличение обратного тока. Паспортное значение U(BR) определяется при заданном значении допустимого обратного тока.

Определение параметров U(BO) и U(BR) производится при максимальной допустимой температуре полупроводниковой структуры. Конкретные значения их являются исходными данными для определения эксплуатационных параметров приборов по напряжению, приведенных ниже.

Повторяющееся импульсное напряжение UП −наибольшее мгновенное значение напряжения, прикладываемого к прибору в обратном или прямом (закрытом) направления, с учетом всех повторяющихся напряжений, но с исключением всех неповторяющихся переходных напряжений.

Этот параметр определяет класс прибора по напряжению, численно равный UП/100.

Повторяющееся напряжение UDSM − наибольшее мгновенное значение любого неповторяющегося переходного напряжения, прикладываемого к прибору в обратном или прямом (закрытом) направлении.

Рекомендуемое рабочее напряжение UDWM − амплитудное значение напряжения синусоидальной формы, прикладываемого к прибору в обратном (прямом) направлении при отсутствии повторяющихся напряжений.

Прямое падение напряжения UTM − мгновенное значение напряжения на приборе при прохождении через него прямого тока iA. По этому параметру производится разбраковка полупроводниковых приборов. Амплитудное значение падения напряжения при токе, равном π·Iп и Tj=25°С приводится в паспортных данных.

Кроме этих параметров, определяемых непосредственно из классификационных ВАХ, для практических применений приборов необходимо знать следующие параметры по току:

− ток рабочей перегрузки Ip.п ток нагрузки непосредственно после режима с током, меньшим предельного, длительное протекание которого может вызвать превышение максимально допустимой температуры полупроводниковой структуры, но который ограничен во времени так, что превышение этой температуры не происходит. В соответствии с определением воздействие на прибор тока рабочей перегрузки не влечет за собой никаких последствий, и поэтому число воздействий этого тока за весь срок службы не ограничивается.

Непосредственно после прохождения тока Ip.п к прибору можно прикладывать полное (повторяющееся) напряжение. Так же, как и предельный ток, ток рабочей перегрузки может быть рассчитан с использованием формул (2.7) в (2.8). В информационных материалах рабочие перегрузки приборов для случаев предварительной нагрузки их током, разным 0; 20; 40; 60 в 80 % от IП, приводятся в виде зависимостей, показанных на рисунке 2.9;

− ток аварийной перегрузки Iа.п ток, протекание которого вызывает превышение максимально допустимой температуры полупроводниковой структуры, и поэтому воздействие его предполагается лишь ограниченное число раз за весь срок службы прибора. Непосредственно после протекания тока аварийной перегрузки прибор может временно утратить запирающую способность. Это надо учитывать и предусматривать необходимые меры, исключающие повреждение приборов. Приложение напряжения к прибору после протекания Iа.п допускается в пределах 80 % от UП;

Рисунок 2.9 − Зависимость максимальной допустимой

амплитуды тока рабочей перегрузки от длительности ее воздействия для тиристора Т123-320 (k − отношение тока предварительной нагрузки к предельному току; скорость обдува воздухом = 12 м/с)

− ударный неповторяющийся ток ITSM - максимально допустимая амплитуда импульса аварийного тока синусоидальной формы длительностью 10 мс при заданной начальной температуре полупроводниковой структуры без последующего приложения напряжения. Ударный ток, а также значение интеграла аварийного тока, дают оценку кратковременной (1…10 мс) перегрузочной способности полупроводниковых приборов, их термической устойчивости. Эти параметры определяют выбор защитных устройств.