Рис. 7. Временные диаграммы процесса переключения низковольтного транзистора, работающего на индуктивную нагрузку. Показаны также результаты расчета с усредненными значениями межэлектродных емкостей транзисторов (XX) и с учетом их зависимости от напряжения (ОО)

о: гоошвобвоо

30 -

то то t,Mc

гоо ш 60С

t,He

том н без учета зависимости емкостей от напряжения, не превышает 20%, причем усреднение емкостей дает завышенную оценку потерь, что вполне приемлемо для инженерных расчетов. Однако в некоторых случаях нелинейна зависимость емкостей транзистора от напряжений между его выводами оказывает качественное влияние на процессы в схеме. Например, в полумостовой схеме эта зависимость обусловливает усиление эффекта Миллера и влияет на характер развития сквозных токов .

Расчет с помощью модели потерь в ключе на МДП-транзисторе позволяет проанализировать влияние на них; параметров схемы управления и силовой цепи. Результаты расчета полностью подтвердили сделанные ранее выводы-[5] и позволили получить обобщенное выражение, связывающее энергию потерь в транзисторе с параметрами схемы управления и током нагрузки:

I Rz + Rq

где / - ток нагрузки; Uu - напряжение источника питания; Ro - внутреннее сопротивление затвора транзистора; Uq - пороговое напряжение транзистора; Ra - сопротив-12* 179-

Таблица 3

ление в цепи затвора; f/вкл, f/откл - включающее и отключающее напряжения затвор - исток; Xi - коэффициенты аппроксимации, определяемые методом оптимизации.

В табл. 3 приведены значения коэффициентов аппроксимации для низковольтного транзистора, работающего на индуктивную нагрузку, блокированную диодом. При расчете с помощью модели процессов в МДП-транзисторе, работающем на индуктивную нагрузку, блокированную диодом, выявлена интересная особенность. Если блокирующий диод имеет существенную барьерную емкость р-п перехода, то при запирании транзистора часть тока нагрузки ответвляется в диод, разряжая эту емкость. Таким обра-зоя, напряжение си будет нарастать при меньшем значении тока стока, однако этот процесс будет иметь большую длительность. Эксперимент полностью подтвердил результаты расчета и сделанные выводы: барьерная емкость блокирующего диода играет роль формирователя траектории, уменьшая потери при выключении транзистора. Однако при этом растут потери при включении, а также суммарные динамические потери.

Короткое замыкание нагрузки ключа. До сих пор в литературе не рассматривался вопрос развития токов короткого замыкания в МДП-транзисгоре. Поскольку экспериментальное исследование этого вопроса связано с определенным риском, целесообразно проанализировать его с помощью математического моделирования. На рис. 8 изображены расчетные кривые тока стока и напряжений зи я си при коротком замыкании нагрузки с остаточной индуктивностью в цепи стока L=0,1 мкГн. Анализ этих кривых показывает, что при коротком замыкании нагрузки ток стока транзистора не ограничивается на уровне ic= = 5изи (где 5-динамическая крутизна МДП-прибора), а продолжает нарастать, перезаряжая емкости транзистора, что обусловливает рост напряжения на затворе за счет, эффекта Миллера. После окончания перезарядного процесса ток стока спадает до уровня 1с=5ызи. Этот процесс аналогичен происходящему в биполярном транзисторе, для кото-

Рис. 8. Расчетные кривые процес- д са переключения МДП-транзнсто- 1, р& ори коротком замыкании нагрузки. Остаточная индуктивность /,=0,1 мкГи

-1-1-1-л I L.

т т 50в 70S зов г,ис

-1-I-I I I i i

рого после перезаряда емкостей ток ограничивается на уровне / к - Ь1\

Существенное влияние на развитие процесса ко-роткого замыкания оказы-вает значение остаточной

индуктивности в цепи стока о зоооо~Ш~Ш~Пс транзистора. На рис. 9 по- i,A казана зависимость потерь ев в транзисторе от значения этой индуктивности: при увеличении индуктивности потери уменьшаются. Однако при использовании внешней индуктивности для защиты транзистора от сверхтоков при коротком замыкании целесообразно ограничивать остаточную индуктивность в диапазоне 0,5......1 мкГн, поскольку дальнейшее ее

увеличение существенного уменьшения потерь не дает.

Таким образом, на ряде типовых практических задач показана эффективность применения модели мощного МДП-транзистора для анализа режимов его работы. Это позволяет использовать модель при анализе процессов в силовых устройствах преобразования и регулирования энергии, а также для разработки систем автоматизированного проектирования таких устройств.

Ф 1В0 300 500 700 S00 t.Hd-

н п /о

8 Б ♦

о о,г 0,t 0,6 0,8 1,0 1,г 1,мкГн

Рис. 9. Зависимость энергии полных потерь в транзисторе от значения остаточной индуктивности при коротком замыкании