Ключевые элементы на биполярних транзисторах (стр. 2 из 2)
Чтобы избежать теплового пробоя по причине разбаланса токов, необходимо введение токовыравнивающих резисторов, показанных на рис.7. Рассчитаем их номиналы, исходя из следующих положений:
• значения UКЭнас справочника представляют собой предельные значения для данного типа транзистора, поэтому считаем, что нам попались «наилучший» и «наихудший» транзисторы;
• сопротивления RНАС всех транзисторов примерно равны.
Преимущества такого метода симметрирования токов транзисторов очевидны: нам не нужно подбирать в каждый эмиттер свой резистор, а взять одинаковый номинал:
Следует отметить, что на выравнивающих резисторах рассеивается дополнительная мощность, которая снижает КПД источника. Однако с этим приходится мириться, выбирать «меньшее из двух зол».
Существуют и более сложные методы симметрирования токов, использующие в качестве выравнивающих элементов специальные согласующие трансформаторы, включаемые в эмиттеры соседних пар транзисторов. Этот способ, по мнению его изобретателей, более эффективен с точки зрения КПД, но в силу сложности расчета остается за рамками данного пособия.
 |
Рис.7. Выравнивание силовых токов с помощью дополнительных резисторов
Перечислим причины выхода из строя биполярных транзисторов. Как показывает практика, очень важно определиться с максимально допустимыми напряжениями и токами, максимальной рассеиваемой мощностью и допустимой температурой корпуса уже на стадии расчета импульсного источника питания. Справочные параметры на предельные режимы работы транзистора обусловлены развитием в этих предельных режимах разных жидов пробоя:
• токового (по превышению tkmax);
• лавинного (по превышению Uкэmax);
• по мощности (достижение максимальной температуры перехода).
Существуют два вида пробоя — первичный и вторичный. Первичный пробой обладает обратимостью, то есть после его возникновения и последующего устранения причины пробоя работоспособность транзистора восстанавливается. Вторичный пробой развивается спустя некоторое время после развития первичного пробоя. Это лавинообразный процесс, характеризующийся быстрым и неуправляемым нарастанием тока коллектора (повлиять на него с помощью тока базы уже нельзя). После завершения вторичного пробоя, сопровождающегося пиротехническими эффектами, транзистор можно смело отправлять в мусорное ведро.
Вторичный пробой отсутствует в полевых транзисторах, которые не теряют своих управляющих свойств вплоть до достижения предельных режимов и пробоя их управляемых переходов. То есть полевые транзисторы не теряют управляющих свойств.
Биполярные транзисторы ныне используются в импульсной силовой технике все реже и реже. Их место активно занимают полевые транзисторы MOSFET и комбинированные транзисторы IGBT, имеющие в этой области электроники несомненные преимущества
Великий соблазн для разработчика импульсной техники состоит в использовании в силовых цепях составного Дарлингтоновского транзистора. Большинство одиночных силовых транзисторов имеют коэффициент усиления по току порядка 10...20. Если, скажем, в силовой цепи необходимо получить ток 10 А, нужно подавать в базу ток не менее 0,5...1 А. То ли дело составной транзистор. В этом случае можно обойтись и десятками миллиампер. Схема управления источником значительно упрощается, повышается ее КПД, надежность. Но при параллельном соединении составных транзисторов КТ834А были посчитаны по всем вышеприведенным правилам выравнивающие резисторы, однако при включении схемы происходил крайне неравномерный прогрев корпусов. Оказалось, что в данном случае пользоваться приведенной выше методикой для расчета выравнивающих резисторов нельзя.
Более тонкий расчет, основанный на анализе разброса коэффициентов усиления по току, показал, что величины выравнивающих резисторов для составных транзисторов составляют десятки Ом, что, конечно, неприемлемо для мощной схемы.
Причина столь печального вывода кроется в следующем. Вернемся к модели транзистора, состоящей из двух диодов. Транзистор VT1 мы легко можем перевести в состояние насыщения, задав потенциал его базы, как полагается, выше потенциала коллектора. В то же время потенциал базы VT2 не может стать выше потенциала коллектора. Открываясь, транзистор VT1 только «подтягивает» базу VT2 к коллектору. Следовательно, коллекторный переход не открывается, и транзистору VT2 невозможно перейти в состояние насыщения. Поэтому нужно очень аккуратно относиться к разработке управляющих цепей силовых биполярных транзисторов.
Раньше, когда речь шла о больших мощностях, требуемых от импульсных источников, у разработчика не было выбора, что ему применять в качестве ключевых элементов, и он пускался на различные ухищрения, чтобы использовать биполярные транзисторы. Теперь же появилась мощная альтернатива в виде силовых полевых приборов.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Мальков М.Н., Свитенко В.Н. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы.Консп. лекций, часть I.- Харьков: ХИРЭ,- 2002. – 140с.
2. Волгов В.А. Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры,Изд.2-е, перераб. и доп. М.:”Энергия”,2007.-656с.
3. Проволочные резисторы. Под ред. М.Т.Железнова, Л.Г.Ширшева.- М.:Энергия.2000.-240с.
4. Справочник конструктора-приборостроителя. В.Л.Соломахо и др.-М:Высш.шк,2008.-271с.
5. Белинский Б.Т., Гондол В.П. и др. Практическое пособие по учебному конструированию РЭА. – К: Вища шк.,2002 – 494с.