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

Силовые привада, Компоаенты для выход ых каскад в

Силсвая электроника - раздел электронной техники, занимающийся управлением электроэнергетических потоков посредствог/ электронных приборов. Электронные элегенть силовых приводов работают либо в линейных режимах (пр небольших мощностях), либо в импульсных. Подавляющее большинство современных силовых устройств работает именно в импульсных режимах, т.к. только они обеспечивают высокий кпд при минимальных весогабаритных показателях.

Революционный этап развития силовой техникь начале в 80-е годы с появлением технологии мощных полевыхтран-зисторов MOSFET, биполярных транзисторов с изолированным затвором IGBT, управляемых симисторов TRIAC, тиристоров с управляемым затвором GTO. Одновременно создавались интегральные схемы управления этими приборами -драйверы, осуществляюшие ряд сервисных функций: защита от перегрузки, форм/рование сигналов обратной связи, контроля и индикации.

Развитие микропроцессорной техники позволило создать специализированные микроконтроллеры, предназначенные

Рис.1. Направления развития силовых полупроводниковых приборов в этом десятилетии

А.И. Коппаков

ДЛЯ работы совместно с драйверами и решение конкретных проблем, таких как, например, управление электроприводом. Специализированные микроконтроллеры на сегодняшний день выпускаются многими фирмами. Cpefli них MOTOROLA, Analog Device и ряд других Архитектура их адаптирована для выполнения рекуррентных полиномиальных вычислений, что сокращает вpev1я расчета. ХорО-иим примером может служить 16-разрядный цифровой сигнальный процессор ADSP-2181 фирмы Analog Device. Время реализации элгори-ма ПИД-регулятора у него в 10 раз меньше, чем у самых быстродействующих на сегодняшний день микроконтроллеров SAB80C166 фирмы SIEMENS.

Однако именно силовые каскады приводов, осуществл;::-ющие непосредственное управление исполнительными двигателями, остаются узлами, oпpeдeля oщи надежность всей системы, мощностные параметры и, во многом, стоимость. Поэтому разработка любого привода должна начинаться с оптимального выбора элементов для силового каскада, расчета режимов работы с учетом специфики их примененную.

Некоторое представления об областях применения различных силовых компонентов в зависимости от мощности и частоты дает диаграмма, приведенная на рис.1. В общем случае для высокочастотных низковольтных каскадов наиболее подходят MOSFET транзисторы, для высоковольтных сверхмощных - GTO и промежуточное положение занимают транзисторы IGBT - наиболее динамично развивающийся класс силовых приборов. Это, конечно, не догма, а общие соображения, поскольку эти области часто пересекаются. Например, фирма IXYS в упускает полевые транзисторы по BIMOSFET технологии на напряжение 1600В. Как правило, предпочтение в пользу того или иного компонента, предельные параметры которых близки, можно отдать только после расчета статических и динамических потерь.

Остановимся подробней на вопросах применения мощных компонентов, выполненных по различным технологиям. Говоря о MOSFET транзисторах, необходимо в первую очередь упомянуть продукцию фирмы InternationaI ReCTi f ier (IR), no лицензиям которой выпускается большинство полевых транзисторов в мире.

Транзисторы IR третьего поколения, появившиеся 5 лет назад, имели улучшенные статические и динамические параметры. Эти транзисторы допускали лавинный пробой ограниченной энергии и имели внутренние диоды с малым

Рис.2

временем обратного восстановления, что позволило строить надежною и экoнoичныe мостовые и полумостовые схемы и работать на индуктивную нагрузку без защитного диода. Недавно фирма приступила к выпуску MOSFET рэнзисторов пятого поколения, в которых за счет новой четырехслойной технолог/и изготовления основные параметры, в том числе и допустимая энео.ия лавинного пробоя, были улучшены еще на 30-50%!

Наибольшей популярностью пользуются полевые транзисторы в корпусах для поверхностного монтажа (SM - Surface Mount). Такие транзисторы мо-ут устанавливаться на плату непосредственно рядом с контроллером, что обеспечивает минимальные паразитные параметры линий связи и позволяет строить сверхминиатюрные устройства. В таблице на рис.2 показаны разновидности SM корпусов, достижимое сопротивление открытого канала R;,!-,.-, максимапьная мощ-носто. олевые транзисторы в микрокорпусах позволяют получить высочайшие значения плотности мощности.

К ним относятся, например, N-канальчый IR=7403, оас-считэнный на напряжение ЗОВ, ток 8А i имеющий сопротивление открытого канала 22мОм или Р-канальный IRF7416 (ЗОВ, 10А и 20mOiv). В SM корпусах выпускаются также и сборки, включающие как транзисторы одного типа проводимости, так и N - и Р-канальныетранзисторы в одном корпусе (например, 1RF7319 gt;. Предельная рассеиваемая мощность для таких корпусов - 2Вт при мощности, отдаваемой в нагрузку, более 200Вт! Для больших мощностей выпускаются MOSFET модули на бООВт и более, например IRFK6H250 (Напряжение200В, ток 140А, сопротивление канала 15мОм).

В области высоких напряжений, больших мощностей (до сотен кВт) и частот до 50кГц используются, в основном, биполярные транзисторы с изолированным затвором IGBT. Сейчас эти элементы занимают наибольший сектор рь нка силовых полупроводников. Диапазоны коммутируемых напряжений и токов для соврег-иенных IGBT простираются до