КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Режимы работы и защита полупроводниковых приборов. Цель лекции: рассмотреть вопросы: мощность потерь в полупроводниковых приборах; нагревание и тепловые параметры полупроводниковых приборов; охлаждение силовых
Лекция 4. Цель лекции: рассмотреть вопросы: мощность потерь в полупроводниковых приборах; нагревание и тепловые параметры полупроводниковых приборов; охлаждение силовых полупроводниковых приборов.
МОЩНОСТЬ ПОТЕРЬ В ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРАХ Мощность Pd, рассеиваемая полупроводниковым прибором, складывается из мощностей, выделяющихся в переходных процессах при включении и выключении (Ps) во включенном (Рс) и выключенном (P1) состояниях, во входной цепи управления (Pg). Средняя за период мощность потерь (3.1) где Т— период изменения тока, равный 1/f. Для вычисления Pd обычно рассчитывают и суммируют отдельные составляющие мощности. Мощность, выделяющаяся при включении и выключении диодов. При переключении силовых полупроводниковых приборов, когда переходные процессы, связанные с накоплением избыточных зарядов при включении или с рассасыванием накопившегося заряда при выключении, еще не завершены. Стационарные соотношения между током и напряжением на приборе нарушаются. В этих режимах мгновенная мощность потерь, как правило, превышает мощность потерь в стационарном режиме при тех же токах и напряжениях. Дополнительные потери энергии в режимах переключения (коммутации) называются коммутационными потерями. Энергия коммутационных потерь при включении где Ln —длина n-базы; μn, μp, — подвижности электронов и дырок соответственно; рn-сопротивяение базы; S — площадь поверхности структуры Энергия потерь за одну секунду равна мощности потерь: где f— частота включений Мощность коммутационных потерь тиристоров. Эти потери складываются из потерь при включении и выключении. Энергия потерь при включении для известных зависимостей напряжения uA(t) и тока iA(t) анода
где tgt — сумма длительностей этапов задержки (t3) включения, лавинообразного нарастания анодного тока (tа) и установления стационарного состояния (tу).
Мощность коммутационных потерь в транзисторах. При работе в ключевом режиме транзистор находится в состоянии насыщения или отсечки и кратковременно при переключении — в активном режиме. Режим отсечки характеризуется малым током и большим напряжением, а режим насыщения — малым напряжением при большом токе. Мощность потерь в двух основных состояниях меньше, чем в активном режиме, когда протекают большие токи при высоких напряжениях. При высоких частотах переключений эта мощность играет решающую роль в балансе мощностей, рассеиваемых транзистором. Суммарные мощности потерь в полупроводниковых приборах, Для диодов суммарная мощность потерь включает в себя потери при смещении в прямом направлении и коммутационные потери где UM — амплитуда обратного напряжения. Для тиристоров средняя мощность потерь с учетом потерь в открытом состоянии и потерь при включении и выключении Суммарная мощность потерь, выделяемых в транзисторе за время отсечки (выключенного состояния) и время насыщения (включенного состояния) и за время формирования фронта и среза импульса (переключений)
НАГРЕВАНИЕ И ТЕПЛОВЫЕ ПАРАМЕТРЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Выделяющаяся в полупроводниковом кристалле электрическая мощность Pd рассеивается в виде тепла, которое должно быть отведено отр—и-пере-ходов. Надежность прибора непосредственно зависит от максимальной температуры полупроводниковой структуры, а способ отведения тепла определяет зависимость температуры от выделяющей мощности. Статическое уравнение имеет вид: (3.31) где h — коэффициент теплопередачи; А — площадь поперечного сечения канала передачи тепла; ΔT— разность температур на концах этою канала.
Тепловое сопротивление. Для характеристики тепло передающих свойств прибора удобнее ввести понятие теплового сопротивления сопротивление Rth — электрическому сопротивлению Путь теплового потока через последовательность конструктивных элементов можно представить эквивалентной цепью с последовательным соединением тепловых сопротивлений, соответствующих участков цепи (рис. 3.6): (3.33) (3.34) (3.35)
где, Тс, Тн, Та — соответственно температуры структуры, корпуса, охладителя, охлаждающей среды; Rthj с, Rth ch, Rth ha — соответственно тепловые сопротивления участков цепи "полупроводниковая структура — корпус прибора", "корпус прибора — контактная поверхность охладителя", "контактная поверхность охладителя — охлаждающая среда". Результирующее тепловое сопротивление цепи "структура прибора — охлаждающая среда" (3.36) Рис. 3.6. Схема определения теплового сопротивления силового полупроводникового прибора В табл. 3.1 приведены расчетные соотношения для определения температуры полупроводниковой структуры при различных режимах работы приборов, полученные с использованием рассмотренного метода. Таблица 3.1
ОХЛАЖДЕНИЕ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ Отведение от полупроводниковых приборов греющей мощности, достигающей сотен ватт и даже нескольких киловатт, осуществляется системой охлаждения, в которую входят охладитель и охлаждающая среда. В качестве охлаждающей среды используется воздух, масло или вода. Основные физические константы, характеризующие теплотехнические свойства охлаждающих сред, приведены в табл. 3.2. Сравнительная теплопередача системы, в которой используется в качестве охлаждающей среды воздух, масло, вода, характеризуется соотношением 1:10:100, т. е. наилучший отвод теплоты достигается при передаче от металла охладителя к охлаждающей воде.
Передача теплоты (в газах, жидкостях и твердых телах) происходит от молекулы к молекуле. При конвекции передача теплоты происходит в результате взаимодействия масс материальных частиц. Различают свободную и принудительную конвекцию. В принудительной конвекции охлаждающая среда (воздух или жидкость) перемещается посредством вентилятора или насоса. При тепловом излучении теплота передается благодаря распространению электромагнитных волн в области инфракрасного спектра. Излучение является видом передачи теплоты, которая может осуществляться в том числе и в вакууме. В зависимости от вида охлаждающей среды системы охлаждения принято разделять на воздушные, жидкостные и испарительные. Способы охлаждения полупроводниковых приборов разнообразны и могут основываться на их прямом (непосредственном) взаимодействии с внешней охлаждающей средой или на применении промежуточного контура с теплоносителем. В зависимости от реализации движения охлаждающей среды относительно охладителя различают естественное и принудительное охлаждение
Таблица 3.2
Дата добавления: 2014-01-07; Просмотров: 1133; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |