42. Биполярные транзисторы с изолированным затвором.

Он имеет низкие потери мощности во включенном состоянии, что характерно для биполярного транзистора. Высокое входное сопротивление, малые затраты энергии на управление ключом являются преимуществом полевых транзисторов.

Рисунок 13.8 - Структура биполярного транзистора с изолированным затвором

Рисунок 13.9 - Эквивалентная схема (а), условное графическое обозначение (b) биполярного транзистора с изолированным затвором

Работу ключа можно объяснить с помощью эквивалентной схемы (рисунок 13.9,b). Транзисторы VT1 и VT2 двух транзисторную модель тиристора, которая имеет глубокую положительную внутреннюю обратную связь, т.к. ток базы каждого транзистора определяет ток коллектора другого.

. (13.13)

, (13.14)

, (13.15)

, (13.16)

где - эквивалентная крутизна биполярного транзистора с изолированным затвором.

Другим достоинством БТИЗ является значительное снижение падения напряжения на замкнутом ключе. Это объясняется тем, что сопротивление канала шунтируется двумя насыщенными транзисторами, включенными последовательно. Процесс включения БТИЗ можно разделить на два этапа: открытие полевого транзистора и открытие транзисторов VT1, VT2. Задержка в открытии полевого транзистора, в основном, определяется зарядом входной и проходной емкостей, а включения тиристорной структуры VT1,VT2 происходит очень быстро под действием положительной обратной связи.

При запирании транзистора первоначально закрывается полевой транзистор, закрытие канала которого приводит к разрыву цепи ПОС и к закрытию транзистора VT1, а затем - VT2.

Ток управления IGBT мал, поэтому цепь управления - драйвер конструктивно компактна. Драйверы выпускают в интегральном исполнении в виде микросхем специального назначения. Существуют драйверы анодных и катодных ключей трехфазного моста, а также драйверы мостовых и полумостовых модулей.

Наиболее целесообразно располагать цепи драйвера в непосредственной близости от силового ключа. Часто драйверы выполняются в одном корпусе с модулем, образуя силовой гибридный интегральный модуль (СГИМ). В гибридный модуль вводят элементы защиты по току, напряжению и температуре кристалла, а также системы диагностирования, обеспечивающие защиту от исчезновения управляющего сигнала, одновременной проводимости в противоположных плечах силовой схемы, исчезновения напряжения источника питания и других аварийных явлений.

ОДНОФАЗНЫЙ ВЫПРЯМИТЕЛЬ СО СРЕДНЕЙ ТОЧКОЙ.

Выпрямителем называют устройство, преобразующее переменное напряжение в постоянное напряжение.

Выпрямители подразделяются:

- по количеству фаз на однофазные, трехфазные и многофазные;

- по схемному решению на выпрямители с нулевой (средней) точкой и мостовые;

- по мощности на выпрямители малой, средней и большой мощности, хотя последнее разделение весьма условно.

Рисунок 11.2 - Однофазный выпрямитель со средней точкой

Выпрямитель состоит из трансформатора, вторичная обмотка которого имеет среднюю точку. В результате формируются два напряжения и , сдвинутые по фазе на . Напряжения на секциях вторичной обмотки трансформатора имеем

, (11.1)

где - действующее напряжение на одной секции вторичной обмотки трансформатора.

Рассмотрим работу выпрямителя по временной диаграмме (рисунок 11.3).

Рисунок 11.3 - Временная диаграмма работы однофазного выпрямителя

со средней точкой

На интервале (0-1) открыт диод VD1, и напряжение подключается к нагрузке, в точке (1) диод закрывается, т.к. напряжение, приложенное к нему, равно нулю. На интервале (1-2) открыт диод VD2, и напряжение подключается к нагрузке. На нагрузке формируется напряжение , состоящее из двух положительных полупериодов, среднее значение которого определяется выражением

. (11.2)

Выпрямленное напряжение содержит ряд гармонических составляющих, амплитуды которых можно определить из разложения в ряд Фурье

. (11.3)

Качество выпрямления оценивается коэффициентом пульсации как отношение первой гармонической составляющей к среднему значению выпрямленного напряжения

, (11.4)

где m-число пульсов напряжения в течение периода, в данном случае m=2.

Ток через нагрузку равен сумме токов и , проходящих через каждый диод, при чисто активной нагрузке форма тока и напряжения совпадают.

Среднее значение токов нагрузки , токов диодов и находится по известному сопротивлению нагрузки .

, . (11.5)

Обратное напряжение на аноде диода равно сумме напряжений и принимает максимальное значение

. (11.6)

При расчете этой схемы диод выбирается по среднему значению тока через диод, проверяется по допустимому обратному напряжению.