CC BY
48
Секция ««Автоматика и электроника»
30 22 14 6 -2 -10 -18 -26 -34 -42 -50
0 6 12 18 24 30 36 42 48 54 60
п
Рис. 2. Относительная спектральная характеристика тока КЭ повышающего ПН с резонансным переключением при нулевых значениях тока
Т Отн JU - In ,db it Л. .. „ 1 "ТтЛт. 1 1 гТт J!T Т 1 1 1 ^ - н и mm
ii 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1
На рис. 1 показаны формы анализируемых сигналов в преобразователе напряжения повышающего типа. На рис. 2 показан относительный спектр тока в соответствии с (4) для двух приведенных сигналов при прочих равных условиях. Относительный коэффициент заполнения у в случае ПН с жестким переключением и ШИМ определен исходя из заданных условий с учетом неидеальности фронтов (рис. 1, б).
Предложенная относительная логарифмическая оценка спектрального состава показывает, что резонансный режим работы КЭ имеет существенно меньший вклад высших гармоник по сравнению с ПН с ШИМ с жестким переключением в частотный спектр сигнала тока в цепи ключевого элемента.
Библиографические ссылки
1. Hsiu, L. Characterization and Comparison of Noise Generation for Quasi-Resonant and Pulsedwidth-Modulated Converters, / M. Goldman, R. Carlsten, F. Witulski, W. Kerwin, // IEEE Trans. Power Electron., Vol. 9, No.4, pp 425-432, july 1994
2. Abu-Qahouq, J. Unified Steady-State Analysis of Soft-Switching DC-DC Converters / I. Batarseh, J. Abu-Qahouq // IEEE Trans. Power Electron., Vol. 17, No. 5, pp. 684-691, sep. 2002.
© Самотик Л. А., Каржаев А. С., 2012
УДК 621.314
А. А. Соломатова Научный руководитель - Н. Н. Горяшин, Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Красноярск
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОБРАТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ
ВСТРОЕННОГО В МДП-ТРАНЗИСТОР ДИОДА
Представлен сравнительный экспериментальный анализ процесса обратного восстановления встроенного в МДП-транзистор диода при жестком и резонансном режимах работы преобразователя напряжения.
При использовании встроенного в МДП-транзитор диода для обеспечения существования резонансного процесса в высокочастотных преобразователях напряжения с резонансным контуром и полной волной тока резонансного цикла [1] проявляется процесс его обратного восстановления, что приводит к дополнительным потерям мощности. Рассмотрим механизм этого процесса в кремниевых МДП-транзисторах с блокирующим напряжением более 100В. Проблемам анализа процесса обратного восстановления полупроводниковых силовых диодов в импульсных преобразователях посвящены многие работы, например [2]. На рис. 1 приведена схема повышающего ПН, где в качестве силового диодного ключа используется встроенный в МДП-транзистор диод, причем затвор самого транзистора соединен с истоком с целью исключения индуцирования в нем проводящего канала. С помощью данной экспериментальной установки были сняты осциллограммы переходных процессов
тока во встроенном в МДП-транзистор диоде при его переключении для разных режимов: скорости спада тока при запирании диода и амплитуды тока при его прямом смещении (рис. 2).
Рис. 1. Схема устройства для исследования процесса обратного восстановления диода, встроенного в МДП-транзистор, ПИЭ - первичный источник электропитания, Rз и Rн - сопротивление затвора и нагрузки соответственно
Актуальные проблемы авиации и космонавтики. Технические науки
~ 1 in I 1 1 1 Qgi 1 1 1 1 1 1 _ ^ Ток ключа
\ IRFB260N
0
"III | | | | t, (90нс/дел)
а
hl , , , 1 1 1 1 1 1 1 _ Ток ключа _ IRFB61N15D_
Л
0
1 1 1 1 1 1 1 11 | | | t, (50нс/дел)
б
Рис. 2. Процесс запирания диодов, встроенных в 1КЕБ2б(М (а) и тТВ6Ш15Б (б)
При протекании прямого тока через диод в базе вблизи перехода образуется избыточная концентрация неосновных носителей заряда [3]. Величина накопленного заряда тем больше, чем больше прямой ток и время жизни неосновных носителей, а также зависит от геометрии базы. Избыточная концентрация может во много раз превышать равновесную концентрацию неосновных носителей в базе. После прекращения прямого тока неравновесный заряд не может исчезнуть мгновенно и сохраняется в базе в течение времени, сравнимого с временем жизни неосновных носителей т. В результате при быстром изменении прямого напряжения на обратное (запирающее) в первый момент времени наблюдается резкое увеличение обратного тока, а следовательно и снижение обратного сопротивления перехода. Возникновение броска обратного тока обусловлено тем что, избыточные дырки, находящиеся в базе на расстоянии диффузионной длины от перехода, втягиваются полем перехода обратно в р - область. Лишь, после того как концентрация дырок в базе достигает своего равновесного значения за счет рекомбинации с электронами, обратное сопротивление диода восстанавливается до высокого статического значения. Из осциллограмм, приведенных на рис. 2, и выше сказанного следует, что снижение обратного броска тока возможно либо за счет снижения накапливаемого заряда в базе перехода, что осуществимо или за счет снижения прямого тока, или за счет снижения скорости спада тока при запирании диода, что в свою очередь позволит увеличить время на рекомбинацию неравновесных носителей.
Далее если предположить, что при спаде тока во второй части отрицательной полуволны резонансного цикла форма тока близка к той, которая получается
при жестком переключении, то возможно использовать традиционную методику определения параметров процесса обратного восстановления, при этом часть из которых определяется экспериментально [4]. В подтверждение сказанному на рис. 3 представлены осциллограммы токов диода, полученные при работе в цепи РК квазирезонансного ПН и классического ПН с ШИМ повышающего типа, в котором скорость отпирания КЭ подбиралась таким образом, чтобы обеспечить совпадение скорости спада токов.
Рис. 3. Осциллограммы процесса обратного восстановления диода, встроенного в МДП-транзистор IRFB61N15D (а) и IRFB260N (б) при жестком и резонансном режимах работы ПН
Библиографические ссылки
1. Горяшин Н. Н., Соломатова А. А. МДП-ключ в квазирезонансном преобразователе напряжения // Электронные средства и системы управления : материалы докл. Междунар. науч.-практ. конф. Томск : В-Спектр. 2011. С. 98-104.
2. Prediction of PIN Diode Reverse Recovery / W. Yueqing, Z. Qingyou, Y. Jianping, S. Chaoqun // Delta Power Electronics Center 2004 35th Annual IEEE Power Electronics Specialists Conference. 2004. P. 2956-2959.
3. Виноградов Ю. В. Основы электронной и полупроводниковой техники. - Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений. Изд. 2-е., доп. М. : Энергия, 1972. 536 с.
4. Lauritzen P. O. A Simple Diode Model with Forward and Reverse Recovery // IEEE Trans. Power Electron., Vol. 8. No.4. 1993. Oct. P. 342-346.
© Соломатова А. А., 2012
