- •1. Предмет электроники, ее роль в науке и технике
- •2. Полупроводниковые приборы
- •2.1. Электрические свойства полупроводниковых материалов
- •2.2. Механизм электропроводности полупроводников
- •2.2.1. Собственная электропроводность
- •2.2.2. Примесная проводимость
- •2.3. Электронно-дырочный переход (эдп)
- •2.3.1. Технологии изготовления эдп
- •2.3.1.1. Сплавная технология
- •2.3.1.2. Диффузионная технология
- •2.3.2. Эдп при отсутствии внешнего напряжения
- •2.3.3. Эдп при прямом напряжении
- •2.3.4. Эдп при обратном напряжении
- •2.3.4.1. Механизм установления обратного тока при приложении
- •3. Полупроводниковые диоды
- •3.1. Вольт-амперная характеристика (вах) диода
- •3.2. Параметры полупроводниковых диодов
- •4. Виды пробоев эдп
- •4.1. Зеннеровский пробой
- •4.2. Лавинный пробой
- •4.3. Тепловой пробой
- •4.4. Поверхностный пробой
- •5. Основные типы полупроводниковых диодов
- •5.1. Устройство точечных диодов
- •5.2. Устройство плоскостных диодов
- •5.3. Условное обозначение силовых диодов
- •5.4. Условное обозначение маломощных диодов
- •5.5. Конструкция штыревых силовых диодов
- •5.6. Лавинные диоды
- •5.7. Конструкция таблеточных диодов
- •5.8. Стабилитрон
- •5.9. Туннельный диод
- •5.10. Обращенный диод
- •5.11. Варикап
- •5.12. Фотодиоды, полупроводниковые фотоэлементы и светодиоды
- •6. Транзисторы
- •6.1. Распределение токов в структуре транзистора
- •6.2. Схемы включения транзисторов. Статические вах
- •6.3. Схема включения транзистора с общей базой
- •6.4. Схема включения транзистора с общим эмиттером
- •6.5. Схема включения транзистора с общим коллектором
- •6.6. Схемы включения транзистора как усилителя
- •6.7. Краткие характеристики схем включения транзистора. Области применения схем
- •6.7.1. Схема включения транзистора с общей базой
- •6.7.2. Схема включения транзистора с общим эмиттером
- •6.7.3. Схема включения транзистора с общим коллектором
- •6.8. Режимы работы транзистора
- •6.9. Работа транзистора в ключевом режиме
- •6.10. Малосигнальные и собственные параметры транзисторов
- •6.11. Силовые транзисторные модули
- •6.12. Параметры биполярных транзисторов
- •6.13. Классификация и системы обозначений (маркировка) транзисторов
- •6.14. Полевые транзисторы
- •6.14.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
- •6.14.2. Вольт-амперные характеристики полевого транзистора
- •6.14.3. Основные параметры полевого транзистора
- •6.14.4. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •6.14.4.1. Мдп-транзисторы со встроенным каналом
- •6.14.4.2. Мдп-транзистор с индуцированным каналом
- •6.14.5. Достоинства и недостатки полевых транзисторов
- •6.15. Технологии изготовления транзисторов
- •6.16. Биполярные транзисторы с изолированным затвором (igbt - транзисторы)
- •6.17. Силовые модули на основе igbt-транзисторов
- •7. Тиристоры
- •7.1 Назначение и классификация
- •7.2. Диодные и триодные тиристоры
- •7.3. Переходные процессы при включении и выключении тиристора
- •7.3.1. Переходные процессы при включении тиристора
- •7.3.2. Переходные процессы при выключении тиристора
- •7.4. Основные параметры тиристоров
- •7.5. Маркировка силовых тиристоров
- •7.6. Лавинные тиристоры
- •7.7. Симметричные тиристоры (симисторы)
- •7.8. Полностью управляемые тиристоры
- •7.9. Специальные типы тиристоров
- •7.9.1. Оптотиристоры
- •7.9.2. Тиристоры с улучшенными динамическими свойствами
- •7.9.2.1. Тиристоры тд (динамические)
- •7.9.2.2. Тиристоры тб (быстродействующие)
- •7.9.2.3. Тиристоры тч (частотные)
- •7.9.3. Тиристор, проводящий в обратном направлении (асимметричный)
- •7.9.4. Тиристор с обратной проводимостью (тиристор-диод)
- •7.9.5. Комбинированно-выключаемый тиристор (квк)
- •7.9.6. Полевой тиристор
- •7.10. Конструкции тиристоров
- •8. Групповое соединение полупроводниковых приборов
- •8.1. Неравномерности распределения нагрузки при групповом соединении
- •8.2. Параллельное соединение полупроводниковых приборов
- •8.3. Последовательное соединение полупроводниковых приборов
- •8.4. Параллельно-последовательное соединение полупроводниковых приборов
- •9. Охлаждение силовых полупроводниковых приборов
- •9.1. Способы охлаждения полупроводниковых приборов
- •9.2. Воздушное естественное и принудительное охлаждение
- •9.3. Испарительное охлаждение с промежуточным теплоносителем
- •9.4. Сравнение систем охлаждения
8. Групповое соединение полупроводниковых приборов
8.1. Неравномерности распределения нагрузки при групповом соединении
Последовательное и параллельное соединение приборов, применяемое для увеличения допустимых значений тока и напряжения в одной ветви мощного преобразователя или аппарата, называется групповым соединением. Групповое соединение иногда применяется также для повышения надежности преобразователей, в которых выход из строя отдельного прибора не должен нарушать работы всей установки.
Из-за технологического разброса вольт-амперных характеристик при параллельном соединении отдельные приборы перегружаются по току, а при последовательном – по напряжению. При параллельном соединении, например, двух диодов (рис. 8.1, а) через диод VD1, имеющий более крутую прямую ветвь ВАХ (меньшее динамическое сопротивление rТ), при общем прямом напряжении uF протекает ток i1, больший, чем ток i2 диода VD2 с пологой прямой ветвью ВАХ. В случае последовательного соединения диодов VD1 и VD2 (рис. 8.1, б), имеющих разброс обратных ветвей ВАХ, при приложении обратного напряжения uR по цепи диодов протекает общий обратный ток iR. К диоду VD1 с более пологой обратной характеристикой приложена большая доля общего обратного напряжения uR, равная uR1. Увеличение разброса характеристик ухудшает работу диодов при групповом соединении.
Условия работы еще более ухудшаются при групповом соединении тиристоров, В динамических режимах приложения прямого напряжения из-за разброса времени восстановления запирающей способности к тиристору с меньшим временем может прикладываться полное напряжение всей цепи, и тиристор может самопроизвольно включаться. При параллельном соединении тиристор, имеющий меньшее время включения, воспринимает весь ток главной цепи и может выйти из строя из-за теплового пробоя.
Для обеспечения надежной работы полупроводниковых приборов при групповом соединении, как правило, должны применяться меры для равномерного распределения тока при параллельном и напряжения при последовательном соединениях.
а б
Рис 8.1. Схемы параллельного (а) и последовательного (б) соединений диодов
и соответствующие им графики неравномерности распределения
прямого тока и обратного напряжения
8.2. Параллельное соединение полупроводниковых приборов
При параллельном соединении необходимо обеспечивать равномерное распределение прямого тока в статическом и переходных режимах. Эта задача достаточно просто решается в диодных схемах, поскольку характеристики приборов имеют не слишком большой разброс. Значительно сложнее решить ее при использовании транзисторов и тиристоров.
Используются два пути выравнивания тока при параллельном соединении: подбор приборов одного типа с одинаковыми характеристиками и принудительное деление тока с помощью дополнительных электротехнических устройств.
Процентное выражение недоиспользования нагрузочной способности силовых полупроводниковых приборов (СПП) при параллельном соединении из-за неравномерности деления тока определяется по формуле
, (8.1)
где I – результирующий прямой ток параллельного соединения;
a – число параллельных приборов;
– максимально допустимый ток одного прибора.
Из выражения (8.1) можно получить максимально допустимый ток прибора при заданной неравномерности деления тока:
. (8.2)
Обычно допускается недоиспользование нагрузочной способности не более 101%. При этом в тяговых преобразователях применяют способ подбора приборов с разбросом напряжения не более 0,02 В.
Чем меньше допустимый процент снижения нагрузочной способности, тем дороже установка, так как подбор приборов с идентичными характеристиками очень трудоемок. Увеличение допустимой неравномерности приводит к чрезмерному завышению установленной мощности приборов в групповом соединении. Поэтому часто вместо подбора приборов прибегают к принудительному делению тока.
Если разброс значений тока не должен превосходить 10 %, то следует использовать внешние делители тока. Могут использоваться активные и индуктивные делители.
Применение активных делителей (рис. 8.2, а) эффективно, но мощность, выделяющаяся в них, может быть значительной. Например, при IF = 190 А, х1= 10 %, IF1 = 100 А, IF2 = 90 А, UF1 = 1,6 В, UF2 = 1,7 В уравнение равновесия в цепи имеет вид u + 100 R = 1,7 + 90 R, откуда R = 0,01 Ом. Мощность потерь в резисторах РR = 0,01 (1002 + 902) = 181 Вт.
Поэтому в мощных преобразователях больше распространен способ деления тока индуктивными делителями. Как правило, индуктивный делитель представляет собой тороидальный магнитопровод, сквозь окно которого пропущены токоведущие шины таким образом, чтобы МДС, создаваемые токами IF1 и IF2 (рис. 8.2, б), действовали встречно. В подавляющем большинстве случаев применяют одновитковые делители – наиболее простые по своей конструкции.
Если токи IF1 и IF2 равны, то результирующий магнитный поток в сердечнике равен нулю, и учитывается только активное сопротивление. Если же токи различны, то возникает нескомпенсированный магнитный поток, вызывающий компенсирующую ЭДС в обмотках дросселя, приводящую к выравниванию токов. В индуктивных делителях потери незначительны, но усложнена конструкция преобразователя.
а б
Рис 8.2. Схемы выравнивания прямых токов при параллельном включении полупроводниковых приборов
Индуктивные делители при числе параллельных приборов более двух могут включаться по разным схемам: в замкнутую цепь, с задающим прибором, с общим витком.
С учетом того что способ подбора приборов трудоемок, активные делители не экономичны, а индуктивные громоздки. При конструировании преобразователя задачу деления тока решают на основе технико-экономического обоснования для конкретных условий.