Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Силовая Электроника. Маругин / СЭ / Силовоя эл.3.05.14-стр 248 отпечатано (Восстановлен).doc
Скачиваний:
3991
Добавлен:
27.03.2016
Размер:
21.73 Mб
Скачать

1.2.3. Защита силовых диодов

Наиболее характерными причинами выхода диода из строя являются высокая скорость нарастания прямого тока / при его включении и перенапряжения при выключении. Основной причиной высоких значений / является малая индуктивность в контуре, содержащем источник прямого напряжения и включенный диод. Для снижения значения / обычно включают последовательно с диодом линейный реактор, ограничивающий скорость нарастания тока (рис. 1.9).

.

Рис.1.9. Динамические процессы при выключении диода:

а – электрическая схема; б – диаграммы тока и напряжения; 1 - =0; 2,3 - 0

В ряде случаев ока­зывается целесообразным включать насыщающиеся реакторы, которые до наступ­ления момента насыщения ограничивают ток диода на уровне токов намагничива­ния реактора. После завершения процесса включения диода реактор насыщается, его реактивное сопротивление резко уменьшается и происходит дальнейшее увели­чение тока в диоде и реакторе до установившегося значения. Применение насыща­ющегося реактора позволяет защитить диод от высоких скоростей изменения тока / на первом этапе включения, когда это наиболее опасно для диода.

Предположим, что в реакторе Lн нагрузки накоплена энергия, вызывающая при выключенном ключе S протекание прямого тока Iн в диоде VD2. При повторном включении ключа S в момент времени t = t0 ток в диоде спадает со скоростью di /dt = -Е/Ls. В момент времени t = в диоде про­текает обратный ток, и в момент времени t = t2 происходит резкое восстановление запирающих свойств диода

Этот процесс условно можно рассматривать как размы­кание идеального ключа, включенного между узлами а и б. Резистор Rs и конденсатор СS являются элементами, ограничивающими уровень перенапряжения на диоде. При их отсутствии динамический переходный процесс, связанный с блокированием обратного тока, вызвал бы недопустимо большой скачок напряжения на диоде.

Конденсатор Cs поглощает энергию, накопленную в реакторе LS при протека­нии обратного тока IR, ограничивая перенапряжения. Значение этой энергии при допущении неизменности тока IН может быть определено по формуле

=[( + )2 - ]. (1.5)

При Rs=0 переходный процесс колебательный и незатухающий (рис.1.9, б, кривая 1). При этом напряжение на диоде ограничено значением:

UvDmax = E . (1.6)

Приближенно можно оценить емкость Cs из условия поглощения конденсатором избыточной энергии Wr и ограничения напряжения диода до допустимого значения UBR:

= .• (1.7)

Резистор RS демпфирует колебания напряжения, частично рассеивая энергию реактора LS . Остаточная энергия в конденсаторе определяется напряжением Е и равна СSE /2. На рис.1.9, б представлены диаграммы обратного напряжения на диоде при разных соотношениях значений Rs и Cs (кривая 2 — колебательный процесс, кривая 3 — апериодически затухающий процесс).

Нахождение рационального соотношения значений RS и Cs является типичной оптимизационной задачей. Так, при фиксированном значении RS увеличение СS приводит к снижению перенапряжения на диоде, но при этом увеличивается энер­гия WR, выделяющаяся в резисторе Rs, что снижает КПД устройства.