3.2.1. Переходные процессы в ключевых схемах с полевы­ми транзисторами

Будем считать, что инерционность полевого МДП - транзистора опре­деляется процессами перезаряда емкостей С₃и, Сзс и Ссп (емкость стокподложка),

показанных на эквивалентной схеме полевого транзистора рис.32,б

На рис. 33 представлен процесс включения полевого транзистора. Ток полевого транзистора может появиться после U_3и>U₀ , когда на­чинают заряжаться конденсаторы Сзи и С₃с и сопротивление перехода уменьшается. По мере разрядки кон­денсатора С_Сп с постоянными z = C_{CП *} R_Cmin, напряжение на транзи­сторе стремится к нулю и процесс открывания заканчивается. Процесс включения имеет особенно­сти: 1) задержку открытия транзи­стора на время заряда емкости за­твора до порогового напряжения; 2) разделение во времени процесса смещения тока стока и напряжение на стоке, увеличение i _c при неизмен­ном U_cn=U_n и уменьшение U_c при i _c ≈ Iн вых

Потери на включение транзистора состоят из двух составляющих:

при U_cn=U_n, i_c=i_H

при , i_c=i_H, =U(l- ),

Вывод: так как промежутки времени 0-t₁ и t₂-t₃ малы, то можно считать, что потери в полевом транзисторе будут иметь место только в процессе изменения напряжения на структуре сток-исток.

Процесс отключения полевого транзистора

Он происходит в обратной последователь­ности и не имеет качественных особенно­стей (см. рис.34, а,б,в)

С уммарные потери в цепи управления

Потери в выходной цепи

С равнение потерь в биполярных и МДП - транзисторах:

3.3. Переходные процессы в тиристорах

Динамические потери в тиристорах, как и в транзисторах, складываются из потерь в режиме насыщения, отсечки (отключенного состояния тиристо­ра ), а также в процессе включения и отключения (рис. 35).

Время включения и его составляющие зависят от параметров цепи управления (амплитуды тока и напряжения управления, длительности им­пульса, его переднего фронта, характера нагрузки, амплитуды прямого тока и т.д.).

Отличительной особенностью тиристоров является относительно боль­шое время включения 5-10 мкс и восстановление запирающих свойств tоткл≈100 250мкс. Как и в биполярном транзисторе, процесс включения состоит из времени задержки I, и времени нарастания (включения) t_BKJ1.

Одним из параметров, характеризующих динамические свойства тиристо­ров, является максимально допустимая скорость нарастания анодного то­ка . Использование только этого параметра занижает возможности

мощных тиристоров. Например, для мощных тиристоров

. Длительность нарастания при включении тиристора

t_M ≈ 0,5мкс. Максимальная амплитуда, при которой тиристор будет надежно

работать, равна

3.4. Влияние гармонических составляющих тока на мощ­ность, рассеиваемую в полупроводниковых приборах

Основным вопросом анализа транзисторных каскадов в режиме пере­ключения является определение среднего тока или первой гармоники токе в нагрузке в зависимости от режима цепи управления. Полупроводниковые приборы обладают нелинейной характеристикой. С учетом необходимое™ получения высокого КПД каскадов, падение напряжения на полупроводни­ках, проводящих ток, обеспечивается много меньше U_n , тогда I_К0 - малы (по сравнению с I_Н), поэтому полупроводниковые приборы представляются идеальными переключателями. Это справедливо при определенной мощности Р_РАСС.

Ток в комплексной нагрузке при питании от несинусоидального источника определяется как сумма токов, создаваемой каждой гармонической

составляющей: ;

U_n - напряжение n-й гармоники; Z_Н- полное сопротивление нагрузки на частоте n-й гармоники. Для определения I_СР, n = 0, тогда ;

U_o - среднее выпрямленное значение не синусоидального напряжения; R_o - сопротивление нагрузки для постоянного тока.

Рассмотрим режимы питания и определим I_{СР.ВЫПР.} в индуктивности.

1. При безразрывном токе LR - нагрузки и наличии противоэдс (Е) среднее значение тока определяется так:

тогда

2. Режим при тех же условиях:

Вывод: I_{СР.ВЫПР.} безразрывного тока в LR - нагрузке при питании от импульсного источника напряжения не зависит ни от частоты питающего напряжения, ни от постоянной времени цепи нагрузки. Величина тока пол­ностью определяется средним значением напряжения и активным сопро­тивлением нагрузки. А соотношение между Т и τ или f и τ определяет ве­личину пульсаций тока в нагрузке[4].

Контрольные вопросы

1. Объясните сущность импульсного управления электромагнитными механизмами.

2. Какие способы переключения транзистора существуют и в чём их сущность?

3. Каковы способы ускорения процессов переключения транзисторов?

4. Как уменьшить мощность перенапряжения транзистора в режиме переключения с RL - нагрузкой?

5. Как уменьшить потери на переключение полевого транзистора?

6. Объясните динамические потери, возникающие в тиристорах.

7. Как влияют гармонические составляющие тока на мощность, рас­сеиваемую в транзисторах?

8. Из каких составляющих складываются потери в тиристорах?

9. Как влияют гармонические составляющие на мощность, рассеивае­мую в полупроводниках?

[4,28-51]