вход Вход Регистрация



В общем случае мощность потерь в диоде имеет четыре составляющие:

, (1.2)

где: - потери от прямого тока;

- потери при включении диода;

- потери при выключении диода;

- потери от токов утечки.

В большинстве случаев, потерями при включении диода и потерями от токов утечки можно пренебречь. Потери от прямого тока обычно вычисляются по эквивалентной схеме, основанной на кусочно-линейной аппроксимации вольтамперной характеристики диода [9,10], по формуле:

, (1.3)

где: - пороговое напряжение;

- динамическое сопротивление;

- среднее значение анодного тока диода;

- коэффициент формы анодного тока диода.

Величины порогового напряжения и динамического сопротивления являются паспортными данными диодов [9], коэффициент формы анодного тока определяется схемой выпрямителя, а среднее значение анодного тока вычисляется, исходя из режима работы и вида схемы [10].

Как видно на развертках, показанных на рис. 1.2.(б), потери при выключении диода формируются на этапе спада обратного тока. Мощность потерь можно рассчитать сравнительно просто, если сделать допущение о линейном (во времени) законе изменения обратного тока и восстанавливающегося на диоде напряжения [11].

Тогда изменение обратного тока описывается уравнением:

, (1.4)

и, соответственно, для напряжения будем иметь:

. (1.5)

Уравнения (1.4) и (1.5) справедливы на интервале , если считать, что начало отсчёта совпадает с моментом, когда обратный ток достигает амплитудного значения. Время желательно найти в справочнике. Если таких данных нет, то это время можно ориентировочно принять равным (0,2 - 0,5) .

 

Используя (1.4) и (1.5), находим мощность, выделяющуюся в диоде при выключении:

(1.6)

Следует отметить, что числовой коэффициент в (1.6) зависит от закона изменения тока напряжения на интервале восстановления. Например, если предположить, что напряжение на диоде изменяется по квадратичному закону, т.е.:

,

то вычисление интеграла для мощности потерь даёт аналогичный результат, но коэффициент перед произведением получается в два раза меньше:

(1.7)

Этот эффект хорошо иллюстрируется с помощью траектории переключения диода [12]. Траектория переключения по своей сути является ничем иным, как динамической вольтамперной характеристикой диода, построенной за период коммутирующей эдс. Действительно, если период коммутирующей эдс разбить на достаточно малые интервалы времени (существенно меньшие, чем длительность обратного восстановления), то для каждого момента времени существует совокупность величин анодного тока и напряжения на диоде, которые являются координатами отображающей точки в плоскости , . При изменении времени эти точки образуют замкнутую кривую, называемую траекторией переключения, которая является зависимостью анодного тока от напряжения, изменяющегося во времени. Пример траектории переключения диода показан на рис. 1.3. Точка 1 на этом рисунке соответствует включённому состоянию диода, проводящего прямой ток . При выключении диода анодный ток диода сначала спадает до нуля (точка 2), а затем нарастает в отрицательном направлении до амплитуды обратного тока (точка 3). Далее, на этапе восстановления отображающая точка движется из точки 3 в точку 4, соответствующую спаду обратного тока до нуля. Коммутационное перенапряжение соответствует точке 5. Затем, при изменении коммутирующей эдс отображающая точка движется сначала в точку 2, соответствующую состоянию диода перед началом процесса включения, и далее после включения диода, в точку 6, соответствующую амплитуде анодного тока диода. После спада обратного тока второго диода, отображающая точка возвращается в исходную точку 1. Пунктирная кривая в первом квадранте соответствует траектории переключения диода в случае, когда время включения диода соизмеримо с длительность переднего фронта анодного тока. Пунктирная линия в третьем квадранте соответствует траектории переключения диода при допущении о линейном законе изменения тока и напряжения на этапе восстановления. Нетрудно видеть, что чем ближе траектория переключения к осям координат, тем меньше потери энергии в диоде.

Таким образом, потери в диоде при выключении зависят от граничных условий на этапе спада обратного тока (), закона изменения тока и напряжения на диоде и прямо пропорциональны частоте. Более скоростные диоды имеют меньшие заряды восстановления, что обеспечивает меньшие амплитуды обратного тока, и меньшие времена спада, что в конечном итоге приводит к уменьшению потерь при выключении и позволяет применять их при более высоких частотах коммутации.

 

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру