Главная  Мощные полупроводниковые приборы 

1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190

помощью шунтирующих резисторов. Сопротивление шунтирующих р,. зисторов рассчитывается по формуле

зс.п mas - (п - 1) /цс mas

где Vacamax - максимально допустимое повторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии; U max - максимальный ток в закрытом состоянии; Уя - максимальное напряжение нагрузки иа ветои С последовательно включенными приборами; п - число приборов.

Для выравнивания напряжения на последовательно включенных Приборах в переходных режимах параллельно им включаются АС-це> почки (рис. 3), емкость конденсатора которых ориентировочно определяется по формуле

(Д-1) А^востах *3c.Q max-

где Qaoo т 2 - максимальная разность зарядов восстановления последовательно включенных приборов.

Резисторы R\ и Rn с.1ужат для ограничения прямого тока во время разряда конденсаторов через прибор. Значение сопротивления их обычно лежит в пределах нескольких единиц или десятков Ом.

Выравнивание напряжений в динамических режимах может быть осуществлено также с помощью лавинных диодов, ограничительных диодов, варисторов или стабилитронов, включаемых параллельно прибору, как это показано на рис. 3 штриховыми линиями. Цепочки, состоящие из резисторов Ru R2. диодов Уз, V4 и конденсаторов Си С2, одновременно служат для защиты тиристоров от превышения скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии тиристора,

Между последовательно или параллельно включенными приборами должна быть хорошая тепловая связь (например, все приборы устанавливаются па одном радиаторе). В противном случае распределение нагрузки между приборами будет неустойчивым.

Для ограничения скорости нарастания тока в открытом состоянии (dioc/dt) применяется дроссель с нелинейной индуктивностью, включаемой последовательно с тиристором. Дроссель должен удовучетворять двум требованиям: обеспечивать ограничение тока до безопасного значения ма время, равное времени задержки включения прибора, и иметь минимальное активное и реактивное сопротивления, после того как прибор включится. Число витков дросселя и сечение магнитопровода связаны между собой соотношением

где зд - время задержки, с; Ukom - напряжение на аноде тиристора перед его коммутацией, В; Во - остаточная индукция, Т; S - сечение магнитопровода,

С другой стороны, должно выполняться условие

где /ор - ток коэрцитивной силы (он должен быть 1,5-2 А); Я - коэрцитивная сила, А/м; Up - средняя длина магнитной линии, м.

Магнитопровод дросселя должен быть изготовлен из пермаллоя или других материалов с прямоугольной петлей гистерезиса.



2.4. Обеспечение надежности работы тиристоров

Высокая надежность радиоэлектронной аппаратуры иа полупро-водаиковых приборах может быть обеспечена лншь при условии учета на стадии ее проектирования, изготовления и эксплуатации следукь ших специфических особенностей приборов:

разброса значений параметров, их зависимости от режима н условий работы;

изменения значении параметров в течение времени хранения или работы;

необходимости хорошего отвода тепла от корпусов приборов;

необходимости обеспечения запасов по электрическим, механическим н другим нагрузкам на приборы;

необходимости принятия мер. обеспечивающид отсутствие перегрузок приборов 60 время их монтажа и сборки в составе аппаратуры.

Время, в течение которого полупроводниковые приборы могут работать в аппаратуре (их срок службы), практически неограиичена Нормативно-техническая документация иа поставку приборов (ГОСТ, ТУ), как правило, гарантирует минимальную наработку не менее 15 000 ч, а в облегченных режимах и условиях эксплуатации - до 80 ООО ч. Однако теория и эксперименты показывают, что и через 50- 80 тысяч часов работы возрастание интенсивности отказов не наблюдается,

Для характеристики уровня надежности приборов используются такие показатели, как гамма-процентный ресурс, минимальная наработка (гарантийная наработка), интенсивность отказов, определяемые при специальных испытаниях. Нормы на эти показатели устанавливаются в ТУ на приборы или в информационных материалах.

Для расчета надежности радиоэлектронной аппаратуры следует использовать количественные показатели надежности, установленные в информационных материалах, или показатели, получаемые при обработке статистических данных различных испытаний к эксплуатации приборов в разнообразной аппаратуре.

Экспериментально установлено, что интенсивность (вероятность) отказов приборов уменьшается при снижении рабочей температуры переходов, напряжения на электродах и тока. Снижение рабочей температуры уменьшает практически отказы всех видов: короткие замыкания, обрывы и значительные изменения параметров. Снижение напряжения уменьшает число отказов приборов с высоковольтными переходами. Снижение рабочего тока приводит главным образом к меньшим деградациям контактных соединений и токоведущих металлизации на кристаллах.

Приближенная зависимость интенсивности отказов от нагрузки приведена иа рис. 4. Интенсивность отказов Хшак может быть взята из результатов испытаний при максимальной нагрузке.

Таким образом, для повышения надежности работы приборов в аппаратуре необходимо снижать главным образом температуру полупроводниковой структуры за счет снижения температуры корпуса илк улучшения условий охлаждения, необходимо также снижать рабочие апряження и токи, которые должны быть меньше предельно допусти-* Jx. Рекомендуется устанавливать напряжения и токн (мощность) на Уровне 0,7-0,8 предельных (м&ксимальных значений).

Для большинства силовых приборов запас по напряжению в систе-

параметров выражен п рекомендуемом рабочем напряжении, которое в большинстве случаев равно 0,8 повторяющегося.



Надежность тиристоров в значительной степени зависит н от прд. вильности выбора режима цепи уттравления. Как правило, амплнтуда

и длительность сигнала управления ограничивается сверху н cHHjy рядом требований, Основной характеристикой цепи управления являет, ся диаграмма управления для постоянного или импульсного управляющего тока. На диаграмму управления постоянного тока наносятся также значения отпирающего и неотпнрающего напряжения н тока управления при различных температурах перехода (рис, 5). Обычно эта диаграмма используется для расчета цепей управления тиристором в случае его работы в цепях постоянного тока .малой мощности нли при малом значении скорости нарастания тока анода. Она служит также для опреде. ления характеристики помехоустойчивости тиристора.


Рис. 4

шах

Q to т Штр^А

Рис. 5

При импульсном управлении используются зависимости допустимое мощности потерь и амплитуды тока управления от длительности отпирающего импульса (рис. 6).

Надежное отпирание приборов, независимо от разброса параметров управления, можно осуществить а том случае, если ток и напряжение управления будут выше 1, ор. м mia и Vy, др, и min нли выше тех значений, которые ограничены заштрнхованной областью на диаграмме управления (рис, 6). С другой стороны, ток и напряжение управления не должны превышать некоторых предельно допустимых значений /j, Dp. и max И £/у, Dp. и та , Кроме ТОГО, МОЩНОСТЬ, выделяемзя в промежутке управляющий электрод-катод, ограничивается максимально допустимым значением Р и ro i. Вместе с тем тиристор ве должен включаться сигналом помех.

Диаграмма импульсного управления служит для определения параметров выходного каскада генератора импульсов управления.

Наличие большого разброса параметров цепи управления не позио-ляет распространить результаты расчета или экспериментального опре-деленкя тока и напряжения одного тиристора на другие экземпляры тиристоров. Поэтому расчет этих параметров проводят определением внутреннего сопротивления генератора импульсов управления и построением линии нагрузки на диаграмме управления (см. рис- 6), По существу, линией нагрузки на диаграмме управления будет ли[ия, образованная внутренним сопротивлением генератора, отсекающая на оси абсцисс отрезок, численно равный току короткого замыкания генератора (/к.э), и на оси Ординат - отрезок, численно равный напряжению холостого хода (С^.х),



1 2 3 4 5 6 7 8 [ 9 ] 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190