Динамо-машины  Моделирование транзисторов 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 [ 13 ] 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

tCBW или М05РЕЖ? Практика выбора

Данный материал продолжает тему, затронутую в статье Е. Дуплякина IGBT или MOSFET? Оптимальный выбор

( Электронные компоненты №1,2000 г). Действительно, нет в силовой электронике двух других элементов, развивающихся столь быстро и имеющих так много схожих черт, как транзисторы IGBT и MOSFET. Естественно, при определенных условиях работы выбор должен быть однозначен. Например, для низковольтного высокочастотного DC-DC конвертора любой разработчик, не задумываясь, применит MOSFET. Однако в области высоких напряжений (более ЗООВ) и относительно низких частот (10-50кГц) выбор оптимального элемента становится серьезной проблемой. Ошибка в выборе может привести к тому, что ваше устройство не сможет реализовать свои возможности, будет рассеивать слишком большую мощность, и в конечном итоге, станет неконкурентоспособным.

Следует подчеркнуть, что проблема состоит не только в определении типа элемента - IGBT или MOSFET. Часто бывает очень важно выбрать и изготовителя, тем более, что на рынке силовых полупроводников идет жесткая конкуренция. Иногда труднее отдать предпочтение кому-либо из производителей, чем найти подходящий элемент.

В статье приведены конкретные методики выбора силового ключа для некоторых типовых, наиболее распространенных схем включения, дан краткий обзор сравнительных характеристик элементов ведущих мировых производителей.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

11 Потери проволимости

Появление на рынке силовых полупроводников транзисторов IGBT и быстрое их распространение объясняется врожденными недостатками, присущими MOSFET. В первую очередь, это большое сопротивление открытого канала высоковольтных полевых транзисторов.

Как известно, сопротивление растет примерно пропорционально квадрату пробивного напряжения. Иногда это утверждение описывается соотношением

где а=1.6 - 2.5 по данным разных производителей.

Выпрямленное напряжение промышленной сети составляет примерно 310В для сети 220В и 540В для сети ЗВОВ. Для обеспечения безопасной работы современных силовых ключей рекомендуется использовать -ранзисторы с напряжением, на 200В превышающим напряжение питания (такие рекомендации содержатся в документах фирмы international Rectifier и некоторых других). Объясняется это в частности гем, что при скоростях изменения напряжений и токов, которые обеспечивают MOSFET и IGBT транзисторы (время их коммутации составляет десятки наносекунд), выбросы напряжения за счет паразитных индуктивностей подводящих проводов и выводов конденсаторов могут привести к отказу элемента. Справедливости ради надо отметить, что в последние годь; для защиты от переходных перенапряжений появилось много специальных элементов с отличными характеристиками (например, диоды TRANSILфирмы ST-Microelectronics), да и сами элементы способны выдерживать лавинный пробой со значительной энергетикой. Однако требование осталось, и разработчики хотят иметь транзисторы на напряжение не менее 500В для 220В сетей и 800В для 380В питающих сетей.

Статические потери (или потери проводимости) MOSFET пропорциональны квадрату тока и сопротивлению открытого капала

Транзиаоры с меньшим сопротивлением канала имеют больший размер кристалла, больший заряд затвора и, соответственно, все связанные с этим проблемы.

У [СВТтранзистороз потери проводимости зависят оттока практически линейно

P=lc*Uce

Напряжение Uce открытого транзистора тоже, в свою очередь, зависит оттока. Соответавующие фафики, также как и значение Rof., обязательно приводятся в технических данных на транзисторы, и расчет статических потерь обычно не представляет трудности. Некоторые проблемы гогут быть связаны с тем, что во время периода проводимости ток может изменяться. Характер этого изменения зависит от конфигурации схемы. Для упрощения расчета энергии проводимости существует таблица 1.

Кроме того, падение напряжения на открытом транзисторе зависит от темперапры, причем зависимость эта - поло жительнаядля MOSFET и отрицательная для IGBT. На графике

Таблица 1. Расчет энергии проводимости для различных форм тока.

CURRENT WAVEFORM

MATHEMATICAL EXPRESSION

i{0 = i

i(t) = i,+(iz-ii)

i(0 = lf

i(t) = Iq sin iiX

i(l) = Iq sin cot

I Ч ) [ Ч ) 2 (I2-I1) b + 2

h + 2

I 2 J.

E = i f V, lo sin 0* + alf*) .ini tot Idi = 0 gt; CO

for ex - E

2 w

i. 2 gt;

/b + 2

otherwise E =

Ч 2 J к

Vt (I + соя a) + яТ jsin ad a