Важной характеристикой является также область безопасной работы (ОБР), определяющая возможности использования транзисторов при различных сочетаниях коллекторного тока и напряжения коллектор - эмиттер (рис. 14).

y(v,J I

1

71 ts

а)

Рис. 13. Схема для проверки 11к;эогр мощного высоковольтного транзистора (а) и наблюдаемая на осциллографе вольт-амперная характеристика (б)

Участок 1 - 2 границы ОБР определяется максимальным током коллектора, участок 2 - 3 - предельно допустимый мощностью, рассеиваемой на коллекторе, участок 3 - 4 - явлением вторичного пробоя, участки 4 - 5 и 5 - 6 - предельно допустимыми напряжениями коллектор - эмиттер при отключенной и соединенной с эмиттером базе. Физический смысл границ ОБР заключается в том, что при работе за их пределами температура отдельных точек кристалла транзистора благодаря эффекту неравномерности распределения тока достигает такого значения, при котором наступает тепловой пробой.

Ю"W1№г

Рис. 14. Диаграмма области безопасной работы высоковольтного импульсного транзистора

В ОБР можно выделить статическую и динамическую зоны. В статической зоне (обведена на рис. 14 сплошной линией) транзистор может работать неопределенно долго. В динамической зоне время пребывания транзистора в состоянии с заданными током и напряжением коллектора уменьшается с ростом их значений. Динамическая зона ОБР обычно дается для моноимпульсного режима, при котором 6 = tK/T->0 (tn - длительность импульсов мощности; Т - период их повторения). Для перехода к реальному динамическому режиму с конечным значением б используется приближенный расчет. Этот расчет основан на эмпирических зависимостях коэффициента K=Rmu/Rm (где RTu, RT - импульсное и статическое значения теплового сопротивления переход - корпус) от tK и б (рис. 15,а), а также коэффициента Квот температуры корпуса (рис. 15,6). Участок границы 2 - 3 ОБР рассчитывают по формуле:

Л It тг,а v f 1

К max КЭ так:

где Тпер - температура перехода (обычно равная 125°С); Г0кр - температура окружающей среды; ЯГк - тепловое сопротивление корпус - теплоотвод; RT - тепловое сопротивление переход - корпус. Коэффициент

дв условно характеризует снижение порогового напряжения вторичного пробоя от температуры корпуса. Участок границы 3 - 4 ОБР рассчитывается по формуле:

Ik max = Ujomax (6=/=0) = Кв1К тахКЭ max (6 = 0).

wo%\

88 SO

ZD

59

ft)

Рис. 15. Зависимость коэффициента снижения Ri в импульсном режиме от длительности и скважности импульсов (а), относительное снижение мощности, рассеиваемой на коллекторе, и коэффициента кв от температуры корпуса (б)

Температуру корпуса ГКОрп либо измеряют, либо рассчитывают через мощность на коллекторе и тепловое сопротивление. Таким образом, может быть построена динамическая ОБР для заданных б и ги. Анализируя режим работы транзистора в ИИЭ, надо следить за тем, чтобы рабочая точка не выходила за пределы построенной динамической ОБР.

В табл. П2, ПЗ приложения приведены сведения об отечественных высоковольтных мощных транзисторах, которые можно использовать в ИИЭ.

ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ

Выпрямительные диоды вносят значительный вклад в общие потери преобразуемой мощности, которыми сопровождается работа всякого ИИЭ. Ниже представлено распределение потерь в элементах экспериментального мощного ИИЭ (ЯЕых = 200 Вт) с од-нотактным преобразователем и «прямым» включением выпрямителей (указан тип элемента и выраженная в процентах доля вносимых потерь):

Трансформаторы и дроссели...........23

Выпрямительные диоды вторичных напряжений ... 28

Конденсаторы электролитические.........5

Входной транзистор.............19

Схема управления и предвыходной каскад......11

Помехоподавляющие и защитные цепочки.......14

Эти данные характерны для многих типов ИИЭ с мощностью от 40 до 200 Вт.

Важнейшими характеристиками диодов, предназначенных для ИИЭ, являются: прямое падение напряжения при заданном токе во включенном состоянии, время и скорость восстановления обратного сопротивления. В импульсном режиме прямое напряжение на диоде достигает статического значения не сразу. В течение переходного процесса, продолжающегося от 1 до 2 - 3 мкс (в зависимости от конструкции диода), напряжение на диоде в 1,5 - 2 раза может превосходить статическое значение. Это связано с эффектом модуляции сопротивления базы, который состоит в следующем.

Сразу после отпирания диода сопротивление его базы становится большим (оно определяется удельным сопротивлением, которое особенно велико для высоковольтных диодов). Протекание тока через диод сопровождается инжекцией в базу неосновных носителей и генерацией эквивалентного числа основных носите-

лей (для сохранения электронейтральности базы). Поэтому удельное сопротивление базы диода падает, что вызывает уменьшение напряжения на нем.

Задержка установления прямого сопротивления диода вносит дополнительные потери, особенно для преобразователей с «прямым» включением выпрямителей, где имеется обмотка рекуперации энергии трансформатора с последовательно включенным высоковольтным диодом.

После перемены полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора диод выключается с некоторой задержкой t = ti4-tz. Время ti обусловлено рассасыванием неосновных носителей из области базы и восстановлением ее исходного удельного сопротивления. В это время через диод протекает обратный ток, который ограничен лишь сопротивлением внешней цепи. Этот ток также вызывает дополнительные потери, причем в схеме с «обратным» включением выпрямителей (см. рис. 3,а) обратный ток через диод трансформируется в бросок тока через транзистор при его отпирании. Время tz характеризует спад обратного тока через диод.

Параметры некоторых выпрямительных мостов и диодов, которые целесообразно использовать в ИИЭ, приведены в табл. П1Г П4, П5 приложения.

Важное значение для повышения КПД и надежности ИИЭ имеет выбор алюминиевых электролитических конденсаторов, используемых в качестве фильтрующих как на входе преобразователя, так и на его выходах. На входе преобразователя используется, как правило, однозвенный фильтр, причем часто сопротивлением фильтра является внутреннее сопротивление выпрямительного моста.

Рабочее напряжение конденсатора входного фильтра Сф должно быть не менее 350 В, так как выпрямленное напряжение на выходе моста при увеличении сетевого напряжения на 10% достигает 342 В. Емкость конденсатора ориентировочно определяется по формуле Сф>16 Р„/ДПп, где Рн - мощность в нагрузке, Вт; т} - КПД преобразователя; Д£7 - допустимый размах пульсаций напряжения на конденсаторе, В. Так, при Рн=100 Вт, ДД=10 В, г] = 0,75 Сф>213 мкФ.

Электролитические конденсаторы работают в ИИЭ на частотах 20 - 40 кГц при несинусоидальных напряжениях и токах, причем амплитуда импульсных токов достигает 3 - 5 А. Поэтому важное значение приобретают такие параметры, как эквивалентное последовательное сопротивление Яз.п и эквивалентная последовательная индуктивность L3.n, а также полное сопротивление конденсатора 2, зависящее от частоты f. Эквивалентные схемы конденсатора показаны на рис. 16. В отечественных справочных материалах преимущественно приводятся зависимости модуля полного сопротивления \z\ (f).

Рис. 16. Эквивалентные схемы электролитических конденсаторов:

а - двухвыводного; б - четырехвыводного; в - зависимости полного сопротивления от частоты для конденсаторов разных типов (кривая 1 - К50-Ц, 360ВХ100мкФ; кривая 2 - К50-27, 450Вх100мкФ; кривая 3 - К.50-33, четырехвыводной, 160 ВХ470 мкФ)

Лучшие типы отечественных и зарубежных конденсаторов для ИИЭ, применяемые в промышленной аппаратуре, имеют Яэ.п=0,005 Ом и L3.n~10 нГн. Более дешевые конденсаторы, предназначенные для бытовой РЭА, имеют в 3 - 4 больше Яз.„, Хэ.п. В табл. Пб, П7 приложения приведены параметры некоторых отечественных конденсаторов, которые могут быть использованы в качестве фильтрующих на входе и выходе преобразователя.

КОНДЕНСАТОРЫ

СИЛОВЫЕ ТРАНСФОРМАТОРЫ