Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
1 - hFEihFE2
16 Зак. 4729.
242 Источники питания и управление мощностью
j _ ^ЕЕЛ^ЕЕЛ^С, (9.8)
Теперь, X~hEE\hFE2
ток нагрузки I, = /С] + /С2, поэтому
J _ hFE\0 + ЬеЕ2 )l(, (9.10)
1 - hmhFE2
Очевидно, что по мере приближения величины hFE]hFn к единице, ток
нагрузки, согласно равенству (9.10), стремится к бесконечности;
фактически, конечно, он будет ограничен внешней нагрузкой, а тиристор при
этом ведет себя просто как замкнутый ключ.
У всех транзисторов коэффициент усиления тока уменьшается при малых
значениях базового тока, и тиристор сконструирован так, чтобы в случае,
когда внешний ток запуска примерно равен нулю, произведение коэффициентов
усиления тока транзисторов было меньше единицы. По мере увеличения тока
запуска до нескольких миллиампер, произведение hFElhFB быстро достигает
единицы и тиристор включается.
Внутренняя обратная связь делает тиристор чрезвычайно эффективным и
быстрым переключающим устройством (типичное время включения 1 мкс). Им
можно воспользоваться для управления очень большими мощностями, поскольку
р-п переходы можно сделать такими, чтобы они выдерживали многие сотни
вольт при смещении в обратном направлении. При соответствующих размерах
р-п переходов с помощью тиристора можно переключать токи величиной в
сотни ампер и при этом на нем падает напряжение всего лишь порядка вольта
или около этого. Такого сочетания высокого напряжения пробоя с большим
эффективным коэффициентом усиления тока нельзя достичь в мощном
транзисторе: большой коэффициент усиления тока требует, чтобы область
базы была тонкой, а это приводит к низкому напряжению пробоя.
9.13.3 Управление мощностью с помощью транзистора
Усовершенствования в производстве транзисторов и улучшение его
температурных характеристик привели к расширению использования мощных
биполярных транзисторов и МОП-транзисторов в схемах для переключения
постоянных токов до 100 А. Такие устройства, конечно, свободны от
трудностей с выключением, свойственных тиристору, когда он проводит
постоянный ток: база или затвор транзистора управляют им все время.
Распространенное применение МОП-транзистора демонстрирует автомобильная
система зажигания; здесь коммутируются токи вплоть до 10 А, а противо-
э.д.с. на катушке зажигания достигает сотен вольт.
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) является инте-
Управление мощностью с помощью тиристоров, транзисторов и симисторов 243
ресным "гибридом" биполярной и МОП-технологий и успешно применяется в
качестве переключателя средней и большой мощности. Подобно МОП-
транзистору его затвор не потребляет ток от управляющего сигнала; в
других отношениях он ведет себя как мощный биполярный транзистор.
Интересно отметить, что IGBT обладает тем преимуществом по сравнению с
МОП-транзистором, что в меньшей степени подвержен тепловому пробою при
переключении непредвиденно больших переходных токов. Это обстоятельство
обусловлено тем, что у МОП-транзистора положительный температурный
коэффициент сопротивления: чем горячее он становится, тем большая
мощность рассеивается на нем, и это приводит к катастрофическим
повреждениям при перегрузке. У IGBT, напротив, температурный коэффициент
отрицателен, и за него можно не беспокоиться, поскольку падение
напряжения на нем действительно уменьшается при его разогреве.
9.13.4 Симистор и его применения
Тиристор идеально подходит для регулирования мощности переменного
напряжения во всем, кроме одного: он является однополупериодным
устройством, а это означает, что даже при полной проводимости
используется только половина мощности. Можно включить параллельно два
тиристора навстречу друг другу, как это показано на рис. 9.43, чтобы
обеспечить двух-полупериодный режим работы, однако для этого требуется
подавать импульсы запуска на управляющие электроды от двух изолированных,
но синхронных источников, как это видно из рисунка.
Рис. 9.43. Двухполупериодный регулятор можно построить на двух
тиристорах. Для изоляции источников импульсов от напряжения сети
используются оптопары.
244 Источники питания и управление мощностью
Самым полезным устройством для практического регулирования мощности
переменного напряжения является двунаправленный тиристор или си-мистор.
Как можно видеть на рис. 9.44(a), симистор можно рассматривать как два
инверсно-параллельных тиристора с управлением от единственного источника
сигнала. Симистор является настолько гибким устройством, что его можно
переключать в проводящее состояние как положительным, так и отрицательным
импульсом запуска независимо от мгновенной полярности источника
переменного напряжения. Названия катод и анод теряют смысл для симистора;
ближайший к управляющему электроду вывод назвали, не мудрствуя лукаво,
основным выводом 1 (МТ1), а другой - основным выводом 2 (МТ2).
Запускающий импульс всегда подается относительно вывода МТ1 так же, как в
случае тиристора он подается относительно катода.
Рис. 9.44. Симистор: (а) структура, (Ь) условное обозначение.
