Рис. 5. Зависимости напряжения t/кэз и суммарных потерь Рст в схеме на рис. 4,6 от тока нагрузки (VT1 - типа 2Т809А, т -типа

ТК335, VD, и VD2 - типа 2Д212А, г/вас =

=1 В): - оптимальные значения; ---- экспериментальные значения

менении температуры и замене транзисторов. Недостатко обеих схем является перенасыщение выходного транзистора при токах /н<0,1 /н.макс, ЧТО сущсственно ослабляете параметрическим регулированием входного тока пропорционально /н.

На рис. 5 приведены расчетные и экспериментальные зависимости, подтверждающие рациональность применения данных схем.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Веденеев Г. М., Токарев А. Б. Анализ методов управления силовыми транзисторными ключами. - В кн.: Проблемы преобразовательно* техники. - Киев: Изд. ИЭД АН УССР, 1983у ч. 5, с. 128-131.

2. Исследование и разработка полупроводниковых преобразователей на-основе защищенных транзисторных ключей/Т. А. Глазеико.В. А.Си-иицыи, В. С. Томасов, Г. С. Эздрин. - В кн.: Автоматизированный электропривод, силовые полупроводниковые прийоры, преобразовательная техника. Актуальные проблемы и задачи. - М.: Эиергоатом-издат, 1983, с. 428-433.

3. Сергеев В. В., Машуков Е. В. Энергетические характеристики транзисторных ключей для импульсных регуляторов мощности. - ЭТЕА, -Под ред. Ю. И. Конева.- М.: Радио и связь, 1984, вып. 15,. с. 194-204.

4. Машуков Е. В. Транзисторные устройства коммутации и защиты сетей постоянного тока.- ЭТВА/ Под ред. Ю. И. Конева.- М.: Сов., радио, 1977, вып. 9, с. 18-30.

5. Васильев В. С, Алимов Т. И. Транзисторные ключи для регуляторов скорости двигателей постоянного тока. - ЭТВА/ Под ред. Ю. Н. Конева.-М.: Сов. радио, 1975, вып. 7, с. 93-99.

УДК 621.316.5:621.382

Б. В. Кабелев, Ю. И. Конев

СИЛОВОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ ключ

ПОВЫШЕННОГО НАПРЯЖЕНИЯ С РАЗМЫКАНИЕМ ЭМИТТЕРА

Увеличение мощности силовых электронных устройств для преобразовательной техники, вентильного электропривода, коммутационно-защитной, регулирующей и другой аппаратуры прн высоких показателях энергетической эффективности, удельной мощности, надежности, электромагнитной совместимости и динамических параметров может <5ыть достигнуто только путем подъема рабочих напряжений и частот яа основе силовых транзисторных ключей повыщеиного напряжения КСКПН) [1]. В устройствах иа мощности единицы - десятки киловатт эти СКПН должны обеспечивать эффективную и безотказную работу прн коммутации токов 10... 100 А и напряжений 300... 1000 В с частотой до 10... 30 кГц.

Имеющаяся и разрабатываемая в настоящее время элементная база высоковольтных транзисторов создает только необходимые предпосылки [2, 3]. Достаточным условием рещения этой задачи является методическое и схемотехническое обеспечение разработок СКПН. О важности последнего условия свидетельствуют те трудности на пути достижения надежной работы устройств повыщеиного напряжения, которые обусловлены специфическими свойствами высоковольтных транзисторов, вступающими в противоречие с традиционными расчетными и схемотехническими приемами [2, 4].

Увеличение надежности и снижение потерь энергии высоковольт-яых транзисторов обеспечивается заданием рабочих зон иа выходных характеристиках и формированием траектории и длительности процесса перехода между ними в согласии с областью безопасной работы <ОБР). Для данного транзистора н его режима должны быть выбраны оптимальные значение и форма тока управления, достаточные для быстрого ввода его в область насыщения с малым падением напряжения, но без чрезмерного увеличения мощности и габаритов узла управления, времени рассасывания избыточных носителей и спада тока и соответственно потерь энергии при выключении [2].

Автоматическое регулирование управляющего тока с обеспечением заданной начальной форсировки и последующего отслеживания малой глубины насыщения квазистабилизацией напряжения иа коллекторном (прямосмяцеином) переходе наиболее просто осуществляется цепью нелинейной диодной обратной связи, охватывающей управляющий транзистор (рис. 1).

В процессе запирания высоковольтного транзистора необходимо обеспечить пря всех изменениях внещиих услоиий и нагрузки транзистора быстрое и сиихроиизироваииое рассасывание избыточных носителей в базовой и высокоомиой коллекторной областях для устранения эффекта затягивания спада коллекторного тока и вызываемого им увеличения потерь энергии. При этом управление транзистором должно ослабить эффект боковой концентрации эмиттерного тока, способствующего развитию вторичного пробоя и требующего сужения ОБР.

Эффективное выравнивание времени рассасывания избыточных яоснтелей у эмиттерного и коллекторного переходов достигается с

Рис. 1. Схема силового траизисториого ключа с общим эмиттером и регулированием глубины насыщения (СКПН-ОЭ)

+ о-

Рис. 2. Схема силового транзисторного ключа с размыканием эмиттера (СКПН-РЭ)

помощью индуктивности, ограничивающей скорость нарастания и амплитуду запирающего тока управления, а затем обеспечивающей совместно с источником запирающего тока зенеровский пробой эмит-териого перехода авпроб Д- ускоренной рекомбинации избыточных носителей в высокоомиой коллекторной области [4]. Но при таком способе запирания высоковольтный транзистор имеет низкое быстродействие, так как его время выключения соизмеримо с временем накопления, а также ограничена скорость нарастания обратного напряжения иа коллекторном переходе.

Значительно уменьшить иремя выключения высоковольтиого транзистора можно заданием большого тока упраиления (в частности, с амплитудой, пропорциональной коллекторному току), а после форсированного запирания эмиттериого перехода приложить к нему большое обратное напряжение, вплоть до/эвроб, окончательного выключения транзистора. Выполнение такого способа управления транзистором иа основе традиционной схемы СКПН с общим эмиттером (ОЭ) (см. рис. 1) связано с увеличением установленной мощности запирающего узла управления (особенно его транзистора) и ИВЭП, усложнением схемы из-за необходимости контроля эмиттерного тока и напряжения f/gg, увеличением потерь энергии, и поэтому обычно реализуется компромиссный режим управления.

Форсированное выключение высоковольтного транзи-зистора более просто и- эффективно реализуется в СКПН, в котором низковольтный управляющий транзистор включен в цепь эмиттера высоковольтного (рис. 2) и осуществляет управление выключением и включением СКПН (по принципу схем с общей базой) [5, 6]. При этом для обеспечения контура запирания между базовым выводом высоковольтного транзистора и эмиттером управляющего транзистора должна быть активная или пассив-чая (см. рис. 2) цепь с минимально возможным дифференциальным сопротивлением для замыкания обратного ба-

13-5084 т