|
| |
|
Главная Журналы  Выражение для расчета нормированной длительности рассасывания находится из (5.19) при условии равенства нулю концентрации избыточных неосновных носителей в базе диода р (х„, Г„рас) = о и имеет вид Ф (0. Т ) п раС Ф (0. рас) (5.20) На рис. 47 приведены рассчитанные по последним уравнениям зависимости относительного времени рассасывания неосновных носителей рас/тр в диоде ДНЗ при выключении СТК от параметров перключе-ния г* = ip-aJin для различных величин встроенного поля Еп и при /нак/тр > 5, что соот-ветствует переключению со стационарных значений тока накопления (сплошные кривые). На рис.48 приведены расчетные зависимости относительного времени рассасывания неосновных носителей tpjTp в ДНЗ при выключении СТК от относительного времени накопления = н.тТр, при различных величинах встроенного нормированного электрического поля Е и при iJi = 10 (сплошные кривые). Экспериментальные исследования, проведенные с использованием в качестве ДНЗ высоковольтных сильноточных диф-фузсюнных диодов, позволили установить, что реальные значения тормозящего электрического нормированного поля имеют значения Япмакс = - (2 -i- 2,5), а времена жизни неосновных носителей при нормальной температуре окружающей среды составляют для различных типов таких диодов Трмакс = = 250 300 мкс. Анализ приведенных зависимостей на рис. 47 и 48 показал, что в условиях реальных соотношений параметров для надежного функционирования устройства формирования траектории (УФТ) на этапе выключения рационально соблюдение следующих соотношений: рас/ рас/ *нак 8; t /накАв>0,125. (5.21)   Уменьшения значений относительного тока рассасывания /* приводят к возрастанию потерь в УФТ, а уменьшение относительного времени накопления неосновных носителей /нак могут вывести из строя СТК в результате развития вторичного пробоя из-за большой мгновенной мощности, выделяющейся в «медленно» выключающихся транзисторных структурах сборки. Соотношение (5.20) не содержит в явном виде зависимости времени рассасывания неосновных носителей от времени накопления относительного тока рассасывания и величины нор- мированного электрического поля / ЧТО представляет определенные неудобства при проведении практических расчетов УФТ. Анализ численных решений (5.19) и (5.20) показал, что в диапазонах 40 < /*> 4; -5<£„ < -0,25 и нак 0,125 указанные решения могут быть аппроксими- рованы (с погрешностью не более 4,5 %) уравнением ТрбХр {ki In (* - In \kE\ + £2 ( I En fees)]} X 1 - exp  (5.22) где fe,., feei. е2у яз, нь н;- коэффициенты аппроксимации. Зависимости относительного времени рассасывания /рас, полученные на основании решения уравнения (5.22), представлены на рис. 47, 48 штриховыми кривыми. Экспериментальные значения, полученные для различных образцов диффузионных диодов, показаны штрихнунктирными кривыми. Максимальная погрешность численных решений относительно экспериментальных для уравнений (5.19) и (5.20) составляет не более 16,5 %, а для (5.22) - 14 %, что является удовлетворительным при расчетах такого рода устройств. Непосредственно после этапа рассасывания неосновных носителей в диодах следует этап восстановления обратного сопротивления. Длительность спада тока на этом этапе для радиочастотных ДНЗ рассчитывается интегрированием уравнения (5.17) с учетом приложенного к р - п-переходу запи- заюш,его напряжения 84 55]. Другая математическая модель предложенная для высокочастотных силовых диодов предполагает, что уменьшение обратного тока в процессе рассасывания происходит по закону посст (О ~ рас ехр Bfip рас» (5.23) где = 0,2 ~ 0,25. Как показали экспериментальные исследования, при ис-иользованпи в качестве ДНЗ низкочастотных диффузионных диодов первая из рассматриваемых моделей дает заниженные значения времени восстановления, вторая - завышенные. Авторами выбрана модель заряда барьерной емкости диода, как наиболее точно описывающая физические процессы восстановления обратного сопротивления. Анализ этого этапа проводится, исходя из следующих допущений: концентрация неосновных носителей у р - п-перехода и в базе диода к моменту окончания этапа рассасывания равна нулю; величина барьерной емкости диода УФТ как существенно нелинейная и зависящая от напряжения заменяется некоторой эквивалентной емкостью Сэвд; за время коммутации ток якоря, напряжение батареи, ЭДС якоря существенно не изменяются; величины параметров эквивалентной схемы замещения - L, Lф и активного сопротивления УФТ - остаются неизменными; потерями на рекомбинацию пренебрегаем, -у так как длительность заряда барьерной емкости диода значительно меньше времени жизни неосновных носителей. Указанные допущения позволяют описать процесс заряда барьерной емкости равенством {t)dt СэБД/зар! где / время окончания заряда; /3 - ток заряда (5.24) напряжение на эквивалентной барьерной зар зар емкости к моменту окончания заряда. Из формулы (5.24) получим выражение для нахождения времени заряда Сэвд {U - Яз) . (5.25) После стадии заряда барьерной емкости следует включение замыкающего диода, которое происходит под воздействием смещения его перехода в прямом направлении. При этом в начальный момент времени нарастание тока происходит за счет большой скорости изменения, приложенного к диффузионной емкости диода напряжения. Подробный анализ этого процесса проведен в [17]. В нашем случае, вследствие пренебрежения малым временем коммутации тока нагрузки из диода УФТ в замыкающий диод этот процесс не рассматривается. Од)ювременно с процессом заряда барьерной емкости начинается процесс рекуперации электромагнитной энергии из формирующей индуктивности в источник. При этом максимальное напряжение коллектор - эмиттер n)A-L макс (5.26) где п- коэффициент передачи трансформатора, образованного первичной и вторичной обмотками формирующей индуктивности, п = W/W: Wi и W2 - число витков первичной и вторичной обмоток; - паразитная индуктивность монтажа. Нарастание напряжения коллектор - эмиттер происходит при коллекторном токе, равном нулю, что способствует надежной работе СТК. - Если скорость изменения тока через УФТ и индуктивность монтажа такова, что Проб (5.27) ТО происходит ограничение напряжения коллектор - эмиттер на уровне Упроб, определяемом применяемым типом ограничителя напряжения иего параметрами. Применение в качестве ограничителей напряжения приборов, основанных на принципе лавинного пробоя (лавинные диоды, ограничители типа КСОН) на наш взгляд более предпочтительно в случаях малых коэффициентов запаса СТК по напряжению. Варистор-ные ограничители могут найти применение при больших коэффициентах запаса по напряжению СТК, ввиду некоторой неоднородности характеристик варисторов. Потери мощности в транзисторах на этапе выключения происходят при напряжении коллектор - эмиттер э.выкл + Д + диз, (5.28) и составляют выкл /а (д + Д + ДИЗ) выкл (5.29) где Яд - ЭДС вспомогательного источника; t/д и t/днз - падения напряжений соответственно на вспомогательном и накопительном диодах. Потери в УФТ на этапе рассасывания неосновных носителей Яуфт рас = hJXm + Ujx + Е рас ДИЗ (5.30) где г У - суммарное сопротивление монтажа и конденсаторов, шунтирующих вспомогательный источник; /расдиз - время рассасывания ДНЗ, определяемое из уравнения (5.22). Потери в УФТ на этапе заряда барьерной емкости ТУФТзар = Ui + ау) (5.31) В соответствии с анализом электромагнитных процессов по результатам испытаний и эксплуатации разработанного УФТ можно рекомендовать методику расчета предложенного устройства формирования траектории. 1. В соответствии с возможной степенью форсирования базового тока при включении и на основе технического задания рассчитывается максимально допустимый коллекторный ток. 2. Из выражения /к.макс = Vitpacjx по известной для дан- ного типа замыкающих диодов постоянной времени тд, а также известных из тяговодинамических расчетов или из технического задания величин Ямакс Умнн, /амакс. Ra определястся величина формирующей индуктивности ф. 3. Выбирается диод для использования в качестве ДНЗ в УФТ. Экспериментально определяется время жизни неосновных носителей Тр, нормированного встречного поля и барьерной емкости перехода (при t/обр U/2). 4. По формуле (5.25) определяется время заряда барьерной емкости ззр, 5. По известной для данного типа транзисторов величине /к.э.макс.имш а также величинам 4ар, /а макс и и определенной (в эскизном проекте) величины паразитной индуктивности из выражения (5.26) вычисляется допустимый коэффициент трансформации формирующей индуктивности и выбирается тип рекуперативного диода Др. 6. На основании известных соотношений и конструктивных ограничений рассчитываются геометрические размеры формирующей индуктивности. 7. По уравнению (5.22) с учетом влияния диапазона температур окружающей среды на время жизни неосновных носителей определяются параметры Сан и /нак. 8. По значениям /нак и /нак» величинам сопротивления, потерь и допустимой реактивной мощности выбирается число параллельно включенных конденсаторов, обеспечивающих необходимые токи накопления, а также протекания в течение времени рассасывания ответвляющегося тока нагрузки. 9. Выбирается ЭДС Е вспомогательного источника УФТ из условия отсутствия лавинного размножения носителей в транзисторах СТК. 10. По максимальному току якоря выбирается тип вспомо-гательного диода. 11. Выбирается и рассчитывается схема импульсного стабилизатора тока. 4. Способ пропорционально-токового управления силовым транзисторным ключом Массогабаритные показатели транзисторных импульсных преобразователей во многом определяются потерями в силовых транзисторных ключах. В преобразователе электромобиля с двухзонным регулированием скорости статические потери в транзисторах являются фактором, существенно влияющим на массогабаритные показатели, ввиду необходимости длительной работы СТК с коэффициентом заполнения у == 1 при относительно высокой кратности изменения тока двигателя. Эффективными методами уменьшения статических потерь в транзисторных преобразователях являются [84] разгрузка транзисторов по току, применение составных транзисторов и регулирование входных токов пропорционально току на-гоузки. Выбор между ненасыщенными и насыщенными ключами проводится технико-экономическим обоснованием и в каждом 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 |