ГЛАВА 5 Компоненты и узлы источников электропитания

5.1. Транзисторы

5.1.1. Биполярные транзисторы

В источниках электропитания импульсного действия силовые транзисторы работают в ключевом режиме, который характеризуется временем переключения. Время переключения транзистора состоит из суммы времени включения и времени выключения. При этом время включения можно представить состоящим из суммы времени задержки включения и времени нарастания, а время выключения - состоящим из времени задержки выключения (времени рассасывания) и времени спада.

При выборе типа транзистора и необходимого количества их используется критерий сравнения свойств и конструктивных особенностей, наиболее важных для ключевого режима. В этом режиме транзистор должен обеспечивать следующие параметры:

минимальные потери во включенном состоянии;

минимальные динамические потери, которые определяются временем нарастания тока при включении и временем спада тока при выключении;

малое время рассасывания для обеспечения достаточного быстродействия;

максимальное значение классификационного тока (превышение которого технически нецелесообразно), что позволяет минимизировать количество параллельно включенных транзисторов;

минимальную массу и минимальную площадь теплового контакта корпуса транзистора с теплоотводом;

максимальное значение коэффициента передачи тока транзистора в ключевом режиме.

Последний параметр является наиболее важным, так как он определяет значения всех предшествующих параметров и мощность предварительного усилителя в составе преобразователя.

Возможность использования транзистора в конкретной схеме определяется мгновенными значениями тока в открытом состоянии и напряжения в закрытом состоянии, а также сочетанием значений этих величин в активной области. В инверторах источников электропитания биполярные транзисторы используются в режимах, близких к предельным. Надежная работа транзистора при этом обеспе-чивается выбором тока и напряжения силовой цепи, не превышающих предельно допустимых сочетаний в соответствии с графиком области безопасной работы.

На рис. 5.1 показана типичная конфигурация области безопасной работы при прямосмещенном переходе база-эмиттер биполярного транзистора. Эта область, которую называют также областью максимальных режимов, размещена внутри ломаной линии, состоящей из пяти отрезков.

Рис. 5.1. Область безопасной работы мощного биполярного транзистора

Сплошными линиями ограничена область статического режима работы транзистора, пунктирными линиями - область импульсного режима работы. Отрезок 1 ограничивает максимально допустимое значение постоянного и импульсного тока коллектора. Отрезок 2 ограничивает максимально допустимую постоянную и импульсную мощность рассеивания. Отрезок 3 ограничивает сочетания токов и напряжений, не приводящих ко вторичному пробою. Отрезком 4 определяется граничное напряжение вольт-амперной характеристи-

ки при заданных условиях во входной цепи транзистора. Отрезок 5 ограничивает максимально допустимое обратное напряжение (постоянное и импульсное) между коллектором и эмиттером Окзсгр.

Параметры транзистора при работе в режиме переключения могут быть найдены при определенном -значении классификационного тока загрузки транзистора 1ккл, который является предельным при выборе рабочего тока коллектора 1к. Значение классификационного тока для конкретного типа транзистора находится по соображениям технической целесообразности [47] и определяется из условия минимальных потерь мощности в транзисторе. В качестве количественного критерия насыщения при оценке классификационного тока

принята мощность Ртнаспип-

В то же время показательной характеристикой транзистора в режиме переключения является коэффициент передачи тока. Его значение меняется при изменении тока коллектора. Ухудшение передаточных свойств транзистора с увеличением тока приводит к неравномерному изменению мощности статических потерь в транзисторе. При значении коллекторного тока, равного току 1ккл, на графике зависимости Ь.(1к) имеет место точка перегиба (рис. 5.2). Наличие этой точки обусловлено, в основном, более резким увеличением потерь мощности в базовой цепи Рвэнас при превышении током коллектора значения Хккл-

Рис. 5.2. Зависимость коэффициента передачи тока транзистора в режиме минимальных потерь от тока коллектора

На практике используется зависимость РБЭнас.опт = икэ(1к/Ь) (рис. 5.3), точка перегиба которой определяет искомое значение классификационного тока. В соответствии с работой [47] в табл. 5.1 приведены рекомендуемые классификационные токи загрузки некоторых типоЕ транзисторов при работе в ключевом режиме.

Таблица 5.1. Классификационные токи транзисторов