Главная -> Книги

(0) (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) (48)

Чтобы снизить пиковый ток восстановления диода, необходимо выбрать для чопперной схемы диод с минимальным (насколько возможно) временем обратного восстановления (peak recovery time). Идеально подходят для чопперных схем диоды Шоттки. На сегодняшний день выпускаются диоды Шоттки, допускающие прямой ток через себя порядка 240 А (249NQ150). К сожалению, этим замечательным диодам свойственен существенный недостаток - максимальное обратное напряжение у самых лучших представителей этого класса силовых приборов не превышает 150 В (наиболее распространены диоды Шоттки с обратным напряжением 40-60 В). Как быть, если разработчику нужно спроектировать преобразователь с номинальным входным напряжением более 150 В? В этом случае очень хорошие результаты по КПД и надежности обеспечивают специально разработанные для этих целей фирмой International Rectifier ультрабыстрые диоды HEXFRED (гексагональные эпитаксильные диоды со сверхбыстрым временем восстановления). Фирма International Rectifier издает исчерпывающую техническую документацию на производимую продукцию, и все необходимые технические условия в удобном электронном формате PDF можно получить в сети Интернет по адресу http: www.irf.com.

Для практических расчетов, конечно, вся информация, содержащаяся в фирменных datasheet, нам не потребуется. Обозначим то, что нам нужно, а также научимся правильно пользоваться ползенными сведениями.

• Vr - максимальное обратное напряжение «катод-анод» (cathode-to-anode voltage);

• Fp - падение напряжения при протекании прямого тока;

• If - постоянный прямой ток (continuous forward current);

• IfSM - одиночный импульс прямого тока (single pulse forward current);

• rm - повторяющийся импульс прямого тока (maximum repetitive forward current);

• QiT - полный заряд обратного восстановления (reverse recovery charge);

• trr - полное время обратного восстановления (reverse recovery time).



Кроме того, в документации содержатся сведения для теплового расчета охлаждающего радиатора (тепловые сопротивления, максимальная рассеиваемая мощность без теплоотвода, максимально допустимая температура р-п-перехода). Об основах теплового расчета мы вели разговор в главе, посвященной полевым транзисторам. Сейчас нам нужно вычислить полную мощность, рассеиваемую на диоде.

Картину полного времени восстановления диода графически можно представить так, как показано на рис. 9.22. При этом:

trr = ta + tb,

где ta-время роста обратного тока восстановления диода от нуля до пикового отрицательного значения;

4-время спада обратного тока восстановления от пикового значения до нуля.

Рис. 9.22. К расчету заряда обратного восстановления диода HEXFRED

Как мы знаем, поскольку к диоду прикладывается большое обратное напряжение, в то время, как через него течет обратный ток, диоду нужно рассеивать большую мощность, которая как раз и вычисляется как произведение тока на напряжение. Мощность, рассеиваемая на диоде, складывается из:

Р ~ РсОП PgW 5

где Р - полные потери мощности на диоде; Рсоп - потери прямой проводимости;

Psw-потери при выключении (потери обратного восстановления).

Потери определяются очень просто. Мы исходим из того, что через диод течет постоянный ток, поддерживаемый индуктивностью фильтра, и на диоде падает постоянное напряжение:



Гораздо сложнее, на первый взгляд, обстоит дело с потерями при выключении, поскольку ток обратного восстановления сначала нарастает, а потом падает. Закон изменения тока во времени носит сложный характер, поэтому нам придется вычислять мгновенную мощность на очень коротких промежутках времени, а потом получившиеся результаты просуммировать. Проще всего, как вы уже догадались, сделать это с помощью интегрирования.

Итак, мощность переключения:

где Е. - энергия потерь при обратном восстановлении, Дж; /- рабочая частота стабилизатора.

Определяется энергия потерь так:

E, = \iit)Uit)dt,

где U(t) - напряжение, приложенное к диоду.

Поскольку в момент включения транзистора к диоду прикладывается напряжение питания, которое, конечно, неизменно, то мы можем записать:

E,,=U„\i{t)dt, о

Вся сложность теперь состоит в вычислении интеграла от тока, протекающего через диод. Здесь существует несколько способов. Можно заменить кривую обратного восстановления на участках и f, двумя прямыми и вычислить площадь получившегося треугольника. Но для этого нужно знать величину пикового тока. На наш взгляд, лучше воспользоваться вторым способом. Определимся, что представляет собой интеграл, приведенный выше. Это - заряд, который необходимо «передать» диоду, чтобы он восстановил свои запирающие свойства:



(0) (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)