Обеспечение безопасной работы силовых электронных ключей
На рис. 1.17 представлены упрощенные схемы ЦФТП. Схема на рис. 1.17, а может быть использована для формирования требуемой ВАХ при выключении активно-индуктивной нагрузки, а на рис. 1.17, в — при включении активно-емкостной нагрузки. Соответствующие динамические ВАХ в схеме с ЦФТП и без нее представлены на рис. 1.17, б, г. Обычно на практике используются ЦФТП с более сложной схемотехникой, что… Читать ещё >
Обеспечение безопасной работы силовых электронных ключей (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Областью безопасной работы (ОБР) называется область допустимых электрических параметров ключа, при которых он должен работать без повреждения. Общепринятым является графическое представление ОБР в прямоугольных координатах, но которым откладываются токи и напряжения ключа, обычно в логарифмическом масштабе. Последнее связано с тем, что границы допустимой мощности в логарифмическом масштабе представляются отрезками линейных функций. Так, например, мощность, выделяемая в ключе S, не должна превышать максимально допустимого значения.
Выражение (1.2) соответствует гиперболической зависимости тока is и напряжения us. В логарифмическом масштабе это соответствует линейной зависимости.
На рис. 1.16 представлена ОБР ключа, ограниченная тремя линейными участками, соответствующими предельному значению тока /5п1ах, максимальному значению напряжения f/5max и допустимому значению мощности Р5тах.
В зависимости от типа прибора количество и характер ограничений могут изменяться. Кроме того, допустимые значения параметров ключа зависят от длительности включенного состояния и частоты коммутации. Граница ОБР при коротких импульсах включения будет проходить выше границы для длительных включений (см. рис. 1.16), т. е. с уменьшением длительности импульсов происходит расширение ОБР.
На практике чаще всего используется ОБР для прямой проводимости прибора (открытого состояния ключа), но могут использоваться и ОБР для приборов, работающих в режиме обратного напряжения (для закрытого состояния). ОБР по параметрам сигнала управления используется реже.
Puc. 1.16. Область безопасной работы полупроводникового ключа:
1 — длительное включение; 2 — импульсное включение Обеспечение соответствия ОБР выходных параметров ключей и их реальных характеристик является основным фактором, определяющим энергетические показатели и надежность силового электронного устройства в целом. Мгновенные значения тока и напряжения ключа во всех режимах работы, включая процесс коммутации, не должны выходить за границы ОБР. Это означит, что статические и динамические ВАХ ключа должны находиться внутри ОБР. В противном случае надежная работа ключевого прибора не гарантируется. Но динамические ВАХ ключа зависят от параметров коммутируемой цепи. Наличие емкостей в коммутируемой цени может приводить к существенному всплеску тока при включении, а индуктивности — к скачку напряжения при выключении. Поэтому обеспечить соответствие динамической ВАХ и ОБР сложно. Для этого принимают специальные меры защиты прибора. Например, включают дополнительные электрические элементы, в частности, конденсаторы и дроссели, обеспечивающие корректировку динамических ВАХ. Использование дополнительных элементов в целях изменения тока ключа и напряжения на ключе в процессе коммутации можно рассматривать как формирование желаемой (в соответствии с ОБР) траектории переключения. Совокупность введенных с этой целью элементов называют цепью формирования траектории переключения (ЦФТП). В технической литературе ЦФТП часто называют снаббером (от англ, snubber — «демпфер»). По существу ЦФТП является устройством защиты ключа в динамических режимах работы.
Схемотехника ЦФТП определяется типом полупроводникового прибора, а также топологией и параметрами коммутируемой цепи. Основой ЦФТП являются реактивные элементы емкостного или индуктивного ха;
Рис. 1.17. Упрощенные схемы ЦФТП:
а — на выключение; в — на включение; б, г — соответствующие динамические ВАХ рактсра. Это обусловлено тем, что конденсатор способен ограничивать значение и скорость нарастания напряжения на ключе в процессе коммутации, а индуктивность — значение и скорость изменения коммутируемого тока. При этом реактивные элементы не поглощают энергию за время коммутации. Эта энергия рассеивается в активных элементах ЦФТП (диссипативные ЦФТП) либо возвращается в источник или цепь нагрузки (не диссипативные ЦФТП).
На рис. 1.17 представлены упрощенные схемы ЦФТП. Схема на рис. 1.17, а может быть использована для формирования требуемой ВАХ при выключении активно-индуктивной нагрузки, а на рис. 1.17, в — при включении активно-емкостной нагрузки. Соответствующие динамические ВАХ в схеме с ЦФТП и без нее представлены на рис. 1.17, б, г. Обычно на практике используются ЦФТП с более сложной схемотехникой, что позволяет обеспечивать требуемые ВАХ как при включении, так и при выключении.