Управление шириной

импульса

9 3

Двигатель: тип U9M4H/U6 30V. 4.6А. 32550 RPM

Тахомер: : Bvse IV/1000RPM

Испытуемые прибор монтируются на радиатор TERMOLLOY 6107

39 v 1.5 u

(IPOLAR 2п64в7

DASLIHETOH TIP IBB

TIMS ПТР 12HB6

СТО TNYRISTOII

Puc.2.20. Схема оценки кпд

виться существенной (отсылаем к рис. 2.21).

Биполярный транзистор, схема Дарлингтона, МДП транзистор включается от входного импульса, ширина которого является функцией требуемой скорости двигателя, тогда как GTO включается приложением относительно узкого положительного импульса тока, а выключается также узким отрицательным импульсом тока. С увеличением частоты, однако, входная мощность GTO увеличивается и в определенной точке она может стать даже больше, чем у биполярного транзистора и схемы Дарлингтона. Эта частота является функцией мощности источника питания, а также коэффициента заполнения. Например, для ковффициента заполнения 50% и с применяемым в схеме источником питания, эта точка (где входная мощность GTO и схемы Дарлингтона совпадают) составляет примерно 2 кГц.

Анализ испытательной схемы

Испытательная схема (показаная на рис. 2.20) состоит из двух генераторов на КМОП схемах (задающего мультивибратора и формирователя), на выходе которых сигнал с частотой 100 Гц и регулируемый по ширине. В качестве буферного каскада используется схема Дарлингтона Q1. с выхода которой сигнал уп-равлвния поступает на два канала, образуемых транзи-аорами Q2 и Q3 (положительный входной импульс для испытуемого прибора), а также Q4 и Q5 (отрицательный ток). Когда переключатель испытуемого прибора (SIA) установлен в положение 1. 2 или 3 импульс полной длительности прикладывается к испытуемому прибору, т.к. при этом дифференцирующий конденсатор С1 оказывается зашунтированным. Т.о. положительный входной ток включает соответст-

венно транзистор Q2 и следующий за ним ОЗ. Резисторы в эмиттерной цепи Q3 задают необходимый ток (1в1 или Igt) в испытуемый прибор. Отрицательный ток формируется дифференциальным импульсом через конденсвтор С2 и резистор R2. при этом последовательно отпираются транзисторы Q4 и Q5. Т.о. отрицательное смещение (9граниченной диодами Д1 и Д2) поступает к испытуе/)ому прибору. Если необходимо, отрицательное смещение может быть отключено переключателем SWS2.

Для GTO требуется относительно узкий положительный импульс тока для включения. Этот импульс формируется дифференциальной цепочкой CIRI (переключатель SIA в положении 4). Для указанных номиналов компонентов схемы положительный ток Iqt составляет 120 мА амплитудой и шириной 40 мкс. После этого следует импульс напряжения выключения -6 В и длительностью 35 мкс. который создает обратный ток Igr ~ 2.2 А длительностью 10 мкс (при этом анодный ток составляет 11 А). Величины обратного тока определяются накопленным зарядбм. Отметим, что если не приложить обратного смещения (SWS2 включен), то GTO выйдет из под контроля, а двигатель будет развивать свою максимальную скорость. i

Относительная эффективность испытуемых приборов.

Для определения относительной эффективности испытуемых приборов фиксировалась как входная так и выходная мощности. Это делалось простым подключением амперметра для измерения среднего входного тока и вольтметра, измеряющего выходную мощность пары двигатель-тахометр. Выходной вольтметр измеряет фактически относительные потери при насыщении

Сравнение параметров испытусярх приборов.

Таблиц! 2.6

PlM = (¥*)(lBl)(D.C.).(n(lB2)(tOFF)<

BlliPIO LWRWD1¥R;L4iN G iTiO N

- *lH -(tOH)< -(l>-C.).(? f (lD2)(tOFFl)(f)-j(tOFF2)

(TMOS

~Tr*OFF IGR

PlH = Vf*) (Igt) <tOH) <f>*(V) (Igr) (toFp) Ш

Puc. 2.21 Входные драйверы и расчет входной мощности.

испытуемого прибора, т.к. это напряжение непосредственно связано с напряжением на двигателе и, следовательно, скорость мотора будет отражать эти потери. Т.к. обратный ток на данной низкой частоте вносит очень незначительный вклад в мощность управления, в данной установке измерялось только положительный входной ток. Однако, как следует из уравнений, приведенных на рис. 2.21, с увеличением частоты потери при обратном смещении могут становиться значительными.

Относительная эффективность, измеренная для четырех типов испытуемых приборов приведена в табл.2.б. Здесь перечислены входные токи (среднее значение), выходная мощность с тахометра, напряжение в открытом состоянии (во входной и выходной цепи) и температура корпуса.

Если в целом говорить о результатах:

-- МДП транзистор MTP12N06. При низкой частоте и небольшом токе двигателя, МДП транзисторы наиболее эффективные приборы. Его входная мощность очень небольшая, а из-за того, что сопротивление открытого канала гощоп) практически линейно и мало, его напряжение в открытом состоянии также невелико.

- Биполярный транзистор 2N6487. Биполярный транзистор с его низким напряжением насыщения Vce(9af) имеет низкие потери выходной мощности, однако его входные мощности увеличиваются с увеличе-тем коллекторного тока (согласно коэффициенту fi).

При средних и высоких токах нагрузки биполярный транзистор имеет самое низкое напряжение во включенном состоянии, за ним следует МДП транзистора, а СТО и схема Дарлингтона на третьем месте.

- Транзистор Дарлингтона TIP 100:

Общие потери в приборе и температура корпуса увеличены из-за входных и выходных потерь. Схема Дарлингтона несмотря на высокое напряжение насы-1;ния при некоторых токах коллектора может иметь температуру корпуса даже меньше, чем у обычного биполярного транзистора из-за малой мощности во входной цепи.

- GTO тиристор

Эффективность СТО тиристора на низких частотах полностью определяется его цепью управления, т.к.

для нев требуются очень узкие импульсы включения и выключения. Однако они становятся менее эффективными с увеличением частоты, т.к. при этом увеличивается коэффициент заполнения.

Эффективность как функция частоты

Исследованная относительная эффективность приборов на низкой частоте (схема с мотором постоянного тока) в основном определялась потерями в открытом состоянии. Для определения эффективности динамических потерь (потерь на переключение), четыре прибора были испытаны на резистивную нагрузку при различных частотах с постоянным коэффициентом заполнения входного сигнале (50%). Ток нагрузки составлял 4 А (напряжение источника 28 В, R нагрузки 7 ОМ). И использовалась практически та же самая схема, что и на рис.2.21. Наибольшие изменения касались токов запирания: для биполярного транзистора, транзисторов Дарлингтона и МДП напряжение смещения изменилось от О до -5 В. а для GTO оно составляло -12 В.

Эмиттерный резистор 0.5 (2 Ом) был зашунтирован для создания режима источника ЭДС при выключении. При VBE(of() - О В эмиттер 0.3 подключался непосредственно к клемме 12 В. Дифференциальная емкость была увеличена до 02 мкФ. чтобы предоставить GTO большее время на выключение. А также прямой базовый ток был выбран 600 мА с учетом, что рр- 7,0.

Результаты испытания

Результаты представлены на рис 2.22 в вцде графиков зависимости температуры корпуса от частоты (при этом использовался небольшой тепловой радиатор).

МДП транзистор MTP12N06

Фактически, данный прибор имеет практически постоянную температуру корпуса вплоть до частоты 10 кГц. затем наблюдается небольшой рост температуры. При низких частотах, где преобладают статические потери, прибор MTP12N06 имеет температуру только на 2*С большую, чем у биполярного транзистора 2N6487. т.к. соответствующие напряжения насыщения составля-

f. Частота. кГц

Рис. 2.22 Результирующая температура корпуса ПТ как функция частоты.