Calcularea unui tranzistor bipolar cu o sarcină inductivă

Calcularea tranzistor atunci când se utilizează o sarcină inductivă.

În timpul funcționării, tranzistori în sarcină inductivă statică pierderi (pierderi de conducție) se adaugă pierderi dinamice. Ele fac un aditiv semnificativ și, dacă selectați parametrii elementului greșit pot deveni majore.

Pierderile dinamice tranzistor includ ei înșiși pierderile și să se-off pierderi de tranzistor. Principalul motiv pentru aceste probleme este prezența capacitate între colector și emițător de CSC, care nu permite tranzistorul pentru a merge instantaneu de la deschis la închis și înapoi și țineți-l pentru un timp în modul liniar. În plus, la deschiderea rolului negativ al tranzistorului poate transporta o capacitate de colector-emitor SKE (de asemenea, adăugat la cele din afara parazitare capacitate), ceea ce conduce la faptul că tranzistorul trebuie să descarce atunci când se deschide capacitatea de ieșire.

De exemplu, ia în considerare pulsul flyback de la traductor 220V AC la putere maxima 40V DC de 700 wați, care funcționează la o frecvență de 20 kHz (o perioadă 50mks). Am ales tranzistor și se calculează pentru el.

Ipoteza 1: Transformatorul este proiectat perfect, nici o inversare de magnetizare, iar ciclul inversă dă complet energia sa de sarcina.

În acest caz, forma de undă a curentului prin tranzistor de comutare în ciclul va avea o formă ideală lamă. Ciclul de lucru la putere maximă (raportul dintre lățimea impulsului perioadei) este egală cu 2.

Ipoteza 2: tensiunea de alimentare rectificat și complet aplatizate la tensiune 280V (care, în practică, fără a utiliza ieșirea egalizatorului este practic imposibil, de exemplu, pentru putere de 1,2 kW la capacitate condensatori de intrare 940 uF la tensiune constantă vor fi impuse AC ondulație de tensiune, fierăstraie de vârf - vârf de rețea 310B , ferăstraie cu valoare mai mică de aproximativ 260V)

Calculăm curentul mediu prin tranzistor.

Puterea consumată de rețea:

Ipoteză 3: accepta randament de 90% (traductoare bune au 95-97%) # 951; = 0,9

Astfel, consumul de energie al rețelei: P în = 700 / 0,9 = 778 W

curent medie a tranzistorului: I kOe (avg) = PJN / Ucc = 778/280 = 2,78 A

Atunci când acest curent de vârf este egal cu (curentul este fierăstraiele formă, fierăstraie curent egal inițiale 0, durata unei semiperioadă):

(2) I kOe (vârf) = I kOe (m) * 2 / (t și / T) = I kOe (m) * 4 = 2.78 * 4 = 11,1 A

curent efectivă (sau valabil) pentru a forma Sawtooth este:

Deschideți directorul de tranzistoare bipolare de mare putere și selectați tranzistorul se bazează pe curentul mediu și tensiunea maximă de ieșire. Tensiunea la colector în convertoare flyback va fi semnificativ mai mare decât tensiunea de alimentare datorită inductanță puls transformator. Calculul transformatorului nu este inclusă în subiectul articolului, așa că am accepta că tensiunea maximă colector este egală cu de două ori tensiunea de intrare maximă (rețea de vârf), adică

KOe U (max) = 310 * 2 = 620 în

La prima vedere, soluția tranzistor KT872A cu parametrii A Imax = 8, I = vârf kOe 15A și U = 700V (1500 V puls).

Ne așteptăm pierderi statice, ele sunt parte integrantă produsul curentului efectiv la căderea de tensiune pe tranzistor.

Pentru KT872A nu există date privind dependența tensiunii de saturație a curentului de colector pentru valoarea curentă calculată. Prin urmare, vom lua maxim posibil (cel mai rău caz) - 2.5V

(4) P st = I kOe (eff) * U kenas = 4.53 * 2.5 = 11.3 W.

Se determină valoarea rezistenței de bază a rezistorului bazată pe tensiunea de comandă, I kOe (vârf) și h 21e coeficientul de câștig.

Pentru KT872A prin graficele este evident că aproximativ egal cu 2, și anume, atunci când un curent de colector 21e 8A h că atunci când kOe I (vârf), tranzistorul rămâne în saturație, este necesar să se furnizeze curent de bază I b = I kOe (vârf) / h 21e = 11,1 / 2 = 5,55 A. În acest caz, curentul de tensiune U BE = 1.3V. ia tensiune de control egală cu 5V.

(5) R B = (U U VH- b) / I b = (5-1.3) /5.55 = 0,6 ohmi

Ne așteptăm pierderi dinamice. Este recunoscut faptul că rata de deschidere și închidere a capacității limitate tranzistor colector - bază (Miller capacitate). Tensiunea schimbare pe colector prin capacitate CSC produce un curent în bază, oppositely de control al curentului direcționat și previne comutarea instantanee.

În acest caz, includerea are loc la curent sarcină zero, prin urmare, pierderea de putere atunci când neglijarea, dar se oprește atunci când curentul maxim I kOe (vârf), care sprijină inductanță transformatorului până când tranzistorul complet-OFF.

Noi credem că închiderea are loc într-un mod liniar, atunci pierderea puterii de a închide pentru perioada va fi:

(6) P dyn (off) = (U kOe (max) * I kOe (vârf) / 2) * (t (OFF) / T)

off timp este definit prin expresia care ia în considerare curentul prin condensator CSC:

(Adică formula: închidere viteza de tranzistor este astfel încât curentul prin capacitatea colector-bază a tranzistorului este menținut într-o stare efectuarea), se trece la specificul (această formulă este luat din cartea „Arta de design de circuit„Horowitz și Hill):

(7) t (OFF) = U kOe (max) SDB * (R + r și b) / (U U fi- vh.n.u.)

în care R și - sursa de semnal de impedanță

b r - rezistența internă de bază distribuită (aproximativ 5 ohmi)

U BE - tensiune de bază-emitor, când baza curentului I kOe (vârf) / h 21e

U vh.n.u. - tensiunea semnalului de nivel scăzut de intrare

În cazul nostru SCB = 125pF (valoare tipică, în cazul în vedere graficul de SKB tensiune, vom vedea că în deschis complet capacitate tranzistor este 550pF, dar la o tensiune mai mare de 10 V a scăzut la un model, adică majoritatea comutatorului are loc cu containerul 125pF)

R calculată anterior ca 0.6Om, U BE = 1.3V, U vh.n.u. ia 0V egal (când sursa este un transformator izolare, atunci U vh.n.u. poate fi negativ)

t (OFF) = 620 * 125 * 10 -12 * (0,6 + 5) / (1.3-0) = 3,3 * 10 -7 = 0,33 microsecunde

P dyn (off) = (U kOe (max) * I kOe (vârf) / 2) * (t (OFF) / T) = (620 * 11,1 / 2) * (3.3 * 10 -7/50 * 10 - 6) = 23Vt

(8) P st = sume P + P dyn (off) = 11,3 + 23 = 34.3Vt

Ne așteptăm ca temperatura maximă admisibilă a corpului tranzistor.

În general, rezistența termică a corpului de cristal Rt (Cr-k) este un tranzistor. Acesta indică temperatura medie a cristalului și este complet adevărată pentru o putere constantă, iar în acest caz, puterea de puls. În anumite date de referință este reprezentată grafic rezistența termică în impulsuri a ciclului durata impulsului și datoria. Se ia în considerare faptul că în timpul temperatura de impuls de acțiune cip atinge un maxim și cade în spatele la anumite pauză minimă de timp. Folosind acest grafic, temperatura de vârf a valorii obținute de cristal la un raport taxă predeterminată și o durată a impulsului care este important, deoarece pshiknet tranzistor imediat ce temperatura atinge limita, și nu dovedesc că temperatura medie pentru perioada a fost permisă.

Astfel, temperatura maximă admisibilă cristal KT872A (ca, într-adevăr, majoritatea tranzistori) este de 150 ° C, Pentru un Q raport taxă = 2, cu durata impulsului 25mks Rt (Cr-k) este de aproximativ 0,7 ° C / W

Formula de baza de calcul:

(9) Ta = Toff + Rsumm * (Rt (cr-in) + Rt (k-rad) + Rt (rad-CP))

unde Toff - temperatura ambiantă.

Rsumm - puterea totală disipată în tranzistor

Rt (Cr-k) - termică a corpului de cristal de rezistență (în cazul nostru calculat pentru ciclul de funcționare și durata).

Rt (k-rad) - termic radiator corp rezistență (această rezistență termică, de exemplu, o garnitură elastică conductiv termic)

Rt (rad-avg) - termic mediu radiator rezistență (de obicei aer)

Natura puls a sarcinii este luată în considerare, de regulă, numai cristalul, deoarece datorită inerției termice a temperaturii corpului la partea exterioară a substanțial pulsație.

Din ecuația (9) obținem temperatura maximă admisă a corpului tranzistor:

T Corp Tcr = - P * Rt (Cr-k) = 150-34.3 * 0.7 = 126 ° C

Material interfață termică și tipul de radiator, pe baza Formula 9 trebuie aleasă astfel încât temperatura nu depășește carcasa calculată, și chiar mai bine să țină seama de cel puțin 20 ° C

Principalele surse ale algoritmului propus pentru calcularea erorii:

1. U kOe (max) - luate cu „plafon“, aceasta depinde de inductanță de scurgere a transformatorului, și modurile de operare utilizate scheme de circuite snubber
2. Formula 7 nu include curentul de întindere în baza tranzistorului și timpul real de oprire va fi mai puțin.
3. În formula, r 7 b luate 5 recomandări sursă ohm, valoarea reală poate fi diferită.