Результаты измерений и расчетов динамических параметров

Диоды	Параметры
	нс				мккул
Быстрод.
Шоттки

Содержание отчета

1. Схемы установок (рис. 2.4 и 2.5).

2. Уравнение ВАХ силовых диодов и формулы для расчета статических и динамических параметров.

3. Осциллограммы и графики ВАХ исследуемых диодов.

4. Таблицы 2.2, 2.3, 2.4.

5. Осциллограммы переходных процессов запирания исследуемых диодов.

6. Выводы по работе, сравнительные характеристики исследуемых диодов по статическим и динамическим показателям, рекомендации по их выбору для силовых электронных устройств.

Контрольные вопросы

1. Разновидности силовых полупроводниковых диодов.

2. Состав и назначение узлов виртуальных установок (рис. 2.4 и 2.5).

3. Принцип моделирования ВАХ силовых диодов.

4. У каких силовых диодов не нормируется время обратного восстановления?

5. Рассчитать потери мощности в быстродействующих диодах при коммутации тока 30 А с частотой 20 кГц.

6. Сущность методик измерения статических и динамических параметров силовых диодов.

3. СИЛОВЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ

3.1. Общие сведения из теории

В настоящее время в области коммутируемых токов до 50 А и напряжений до 500 В еще используются силовые ключи на биполярных транзисторах (рис. 2.1, д), уступающие место идущим на смену им полевым транзисторам с индуцированным затвором (MOSFET, рис. 2.1, е). Нишу силовых высоковольтных ключей с большими уровнями токов и напряжениями до 5 кВ заняли биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT, рис. 2.1, ж). В замкнутом состоянии транзисторы находятся в режиме насыщения и пропускают токи с малыми потерями напряжения. В разомкнутом состоянии транзисторы находятся в режиме отсечки тока и имеют практически бесконечное сопротивление.

Силовые транзисторные ключи обычно характеризуются набором статических, предельно допустимых и динамических параметров [2]. К статическим параметрам относятся остаточное напряжение в замкнутом состоянии и сопротивление в режиме насыщениядля биполярных иIGBT-транзи­с­то­ров, сопротивление сток-исток в открытом состоянии дляMOSFET- транзисторов. В качестве предельно допустимых параметров в паспортных данных на транзисторы приводятся следующие: максимальный ток коллектора и ток стокав проводящем состоянии, максимальное напряжение коллектор-эмиттери напряжение сток-истокв непроводящем состоянии,максимальное значение мощности рассеяния на коллекторе и стокепри заданной температуре корпуса и др. К динамическим параметрам силовых транзисторных ключей относятся параметры их инерционности, характеризующие длительность этапов переключения в ключе с резистивной нагруз­кой:– время задержки включения, – время нарастания тока,– время рассасывания для биполярных транзисторов,– время задержки выключения дляMOSFET- и IGBT-транзисторов и – время спада тока.

Потери мощности в транзисторных ключах складываются из потерь в проводящем состоянии и динамических потерь, возникающих на этапе коммутации. При работе транзисторного ключа в режиме периодической коммутации токаI потери проводимости можно рассчитать как

, (3.1)

где – отношение продолжительности проводящего состояния транзисторного ключа к периоду его коммутации;– остаточное напряжение на проводящем транзисторе;– сопротивление ключа в замкнутом положении. Коммутационные потери мощности в транзисторе определяются выражением [1]

, (3.2)

где – частота коммутации транзистора,– коммутируемое напряжение.

Силовые ключи на биполярных транзисторах (рис. 2.1, д) являются коммутаторами с токовым управлением. При подаче в базу транзистора прямоугольного импульса тока с крутым фронтом и с амплитудой

, (3.3)

где – коэффициент усиления тока базы;– степень насыщения (обычно составляет 2…3), ток коллекторадостигает установившегося значения не сразу, а после некоторого времени задержки, спустя время нарастания тока. Таким образом, время включения

(3.4)

При выключении транзистора на его базу подается обратное напряжение, и после времени рассасывания неосновных носителей происходит спад тока коллектора в течение времени. Таким образом, время выключения

=. (3.5)

Силовые ключи на биполярных транзисторах можно разделить на низковольтные и высоковольтные. Особенностью высоковольтных ключей является эффект динамического насыщения, затягивающий процесс включения, и низкий коэффициент усиления – от нескольких единиц. Поэтому высоковольтные ключи выпускаются составными (по схеме Дарлингтона), а также в виде модулей [11]: последовательно соединенные сборки, мостовые и полумостовые схемы на диапазон токов до 600 А и напряжений до 1200 В (табл. 3.1).

Таблица 3.1