Оптоэлектроника Электроника полупроводников Волоконно-оптический световод Мультиплексоры и демультиплексоры Фотопроводимость Фотодиоды

Лабораторные работы по оптоэлектронике Передача информации по оптоволокну

Расчет схемы управления тиристорными ключами

Правильный выбор схемы управления и ее точный расчет в большой степени определяют долговечность и надежность тиристорного регулятора.

При расчете схемы управления тиристорами учитывают требования, определяемые параметрами проектируемой системы и физикой работы самих тиристоров.

Требования, определяемые параметрами системы

Диапазон управления определяется пределами регулирования выходного напряжения регулятора и схемой силового ключа. В общем случае максимальный диапазон регулирования

 

,  (2.1)

 

где  - идеальный диапазон регулирования схемы управления, определяемый периодом следования синхроимпульсов;

 — угол коммутации тиристора;

 — угол восстановления тиристора;

 — наибольшее допустимое значение асимметрии управляющих импульсов.

Для полного использования тиристоров диапазон управления должен быть максимальным. Однако это требование усложняет проектирование системы управления.

. Требования, определяемые физикой работы тиристоров

Требования, вытекающие из физических особенностей тиристоров, определяют параметры выходного каскада схемы управления. Нагрузкой выходного каскада схемы управления является цепь управления тиристором, которая может рассматриваться отдельно от его силовой цепи благодаря отсутствию между ними обратной связи.

1. Напряжение и ток управляющего сигнала. Выходной каскад схемы управления должен сформировать импульс, параметры которого были бы больше необходимого тока и напряжения спрямления тиристора, что гарантирует его надежное включение при всех эксплуатационных условиях, но не превышать максимально допустимого напряжения и тока, вызывающих разрушение тиристора. Входные параметры тиристоров имеют большой разброс даже у тиристоров одного и того же типа.

2. Временные параметры импульса управления. Длительность управляющего импульса определяется временем включения самого тиристора и характером нагрузки в силовой цепи. При чисто активной нагрузке длительность управляющего импульса принимается 10—20 мкс. При активно-индуктивной нагрузке длительность определяется временем нарастания тока через тиристор до величины удерживающего тока. Для уменьшения длительности управляющих импульсов при активно-индуктивной нагрузке ее можно шунтировать активным сопротивлением, которое выбирается из условия протекания через него тока, равного удерживающему.

Для уменьшения влияния температуры и разброса параметров тиристоров на момент включения фронт импульса управления должен быть достаточно крутым. Особенно жесткие требования к длительности фронта импульса предъявляются при одновременном включении нескольких параллельно или последовательно соединенных тиристоров.

Импульсы, подаваемые на управляющие электроды одновременно включаемых тиристоров, должны формироваться в один и тот же момент. Неодновременность подачи управляющих импульсов называется «разбежкой». «Разбежка» импульсов приводит к неравномерной загрузке тиристоров. Допустимое ее значение составляет обычно 0,5—1 эл. град.

Виды перегрузок и перегрузочные характеристики

В схемах преобразователей электрической энергии в аварийных режимах полупроводниковые приборы, как и другие токоведущие элементы, подвергаются перегрузкам по току. При этом полупроводниковые приборы, как правило, оказываются наиболее слабыми элементами цепи токовой перегрузки вследствие сравнительно низких значений максимально допустимой рабочей температуры.

Критериями оценки работоспособности приборов при токовых перегрузках являются перегрузочные характеристики: рабочие перегрузочные характеристики, аварийные перегрузочные характеристики, ударный неповторяющийся ток, защитный показатель.

При рабочих перегрузках не должна быть превышена максимально допустимая температура структуры. При этом виде перегрузок диод должен выдерживать обратное напряжение, а тиристор, кроме этого, не должен переключаться в открытое состояние без подачи управляющего сигнала.

Перегрузочные характеристики для аварийных режимов определяются исходя из того, что тиристор теряет управляющую способность вследствие превышения максимально допустимой температуры, но не пробивается обратным напряжением.

Ударный неповторяющийся ток и защитный показатель  представляют собой параметры, превышение которых вызывает повреждение приборов вследствие теплового пробоя структуры. Использование этих показателей при расчете предполагает, что напряжение к приборам не прикладывается после их воздействия. Показатель  используют при определении параметров защиты преобразовательного устройства плавкими предохранителями [2].

Методика расчета рабочей перегрузки

Вначале определяют максимально допустимые средние токи ,  при заданных условиях (табл. 3.4) [2]. Затем устанавливается режим нагрузки, предшествующий режиму рабочей перегрузки. Значение предварительной нагрузки задается в долях максимального допустимого среднего тока.

Например, для тиристора:

 , (2.2)

 где х принимает значения 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 для предварительной загрузки прибора.

По известному току предварительной нагрузки определяются мощность потерь и температура полупроводниковой структуры:

 

 ; (2.3)

 

 , (2.4)

 

где ,  – параметры аппроксимированной BAX; ,  — соответственно температура охлаждающей среды и установившееся тепловое сопротивление «структура-среда»;  – коэффициент формы тока диода (тиристора).

 

  , (2.5)

 

где , ,  – соответственно тепловые сопротивления участков цепи «полупроводниковая структура – корпус прибора», «корпус прибора – контактная поверхность охладителя», «контактная поверхность охладителя – охлаждающая среда».

Далее, для кратковременных перегрузок длительностью в один полупериод (10 мс) допустимая перегрузка может быть найдена исходя из допущения, что переходный тепловой процесс определяется лишь эквивалентным импульсом длительностью t = 6 мс, а переходное тепловое сопротивление равно . За это время температура структуры повышается до максимально допустимого значения. Тогда допустимый ток перегрузки может быть найден по формуле (3.50) [2].

Для более продолжительных перегрузок длительностью от нескольких периодов до 100 с, когда в переходный тепловой процесс вступает тепловая цепь, допустимый ток перегрузки находится из условий работы с длительной серией импульсов перегрузки. В этом режиме допустимый ток перегрузки определяется по формуле (3.51) [2].


Полупроводниковые детекторы оптического излучения