Рис. 7.17. Обратные ОБР СИТ в полевом а) и биполярном б) режимах

Рис. 7.18. Ограничение напряжения: стабилитроном а) и дополнительным транзистором б) с возвратом энергии в источник в) собственная индуктивность корпуса КТ-9 (ТО-3) отечественных СИТ составляет (8-12) нГн, что дает Цс11с/с1Т = 10 *50 В.

Возможно формирование траектории рабочей точки на СИТ с дополнительным ключом на полевом МДП-транэисторе (рис. 7.20), когда сигнал выключения дополнительного транзистора задержан по отношению к запиранию СИТ.

Подобные идеи воплощаются также на диодах с накоплением заряда (типа КД1050. Недостатками всех методов защиты СИТ на основе формирования траектории рабочей точки является относительная сложность схемы и отсутствие резерва защиты: однократное нарушение траектории практически всегда приводит к разрушению СИТ.

Важной мерой повышения надежности СИТ в биполярном (ключевом) режиме является снижение степени насыщения СИТ, например, с помощью нелинейной обратной связи. На рис. 7.21а,б приведены примеры построения ключей на СИТ с диодной нелинейной обратной связью и с нелинейной обратной связью на МДП-транзисторе.

В обоих случаях при увеличении быстродействия и надежности ключей повышаются одновременно остаточное напряжение и мощность потерь.

Следует подчеркнуть, что надежность работы СИТ как мощного быстродействующего ключа должна рассматриваться в совокупности со всеми элементами схемы. В настоящее время отечественной электронике имеются трудности с производством импульсных высокочастотных конденсаторов, магнитных сердечников и особенно мощных высокочастотных импульсных высоковольтных диодов, что ограничивает эксплуатационные параметры устройств на СИТ. Например, типичные устройства на СИТ строятся по мостовой или полумостовой схемам (рис. 7.22а) с обратными диодами. Из диаграмм (рис. 7.226) легко видеть, что при включении СИТ VT2 нижнего плеча полумоста через VT2

Рис. 7.19. Защита СИТ при работе на индуктивную нагрузку с помощью RC-цепей а) б) и шунтирующего диодов)

Рис. 7.20. Ключ на СИТ с дополнительным МДП-транзистором.

Рис. 7.21. СИТ с нелинейной обратной связью на dujndax а) и МДП-транзисторе б)

Рис 7.22. Полумостовая схема на СИТ с обратными диодами а) и диаграммы ее переключения б)

протекает не только ток нагрузки, но и ток перегрузки, т.к. обратный диод верхнего плеча имеет конечное время выключения (длительность перегрузки практически равна времени выключения).

Для работы совместно с СИТ можно рекомендовать диоды типа КД244, 245, конденсаторы типа К78-2 и рр

Формирование надежной ООБР при работе СИТ в биполярном ключевом режиме обеспечивается в схеме с истоковым запиранием, практически аналогичной схеме эмиттерного запирания биполярных транзисторов (рис. 7.23).

При этом последовательно с СИТ включается низковольтный, быстродействующий МДП. СИТ или биполярный транзистор (должен иметь время запирания на порядок меньше СИТ). В результате полное прерыва-

ние. 7.23. Ключ на СИТ с истоковым запиранием

X Т JL

-Ест

Рис 7.24. Схемы заищты СИТ от перегрузок по току:

Рис 7.25. Схема полумоста с защитой от одновременного включения СИТ

ние тока истока при выключении расширяет ООБР по току и напряжению до прямоугольника с \ствх и UcHmsx. резко сокращается также время рассасывания, т.к. обратный ток затвора - это ток нагрузки. Стабилитрон VD2, обеспечивающий отрицательное смещение, желательно иметь импульсного типа. Применение МДП-транзистора (например, типа КП921, КП922) позволяет заметно упростить схему управления ключа.

Рис. 7.26. Схема датчика температуры СИТ

Методы и схемы защиты СИТ по току в принципе аналогичны методам и схемам, применяемым при защите от токовых перегрузок и коротких замыканий в нагрузке МДП-транзисторов (при полевом режиме работы СИТ) и биполярных транзисторов (при биполярном режиме работы СИТ). Типичное построение датчика тока перегрузки приведено на рис. 7.24а.

а) датчик защиты - шунт;

б) датчик защиты - диодная оптопара;

в) датчик защиты - выпрямительный мост.

Датчиком перегрузки является шунт, исполнительным элементом - быстродействующий биполярный транзистор, снимающий ток затвора СИТ при перегрузке. Вариант быстродействующего датчика защиты на базе диодной оптопары приведен на рис. 7.246. Формирователь прямого тока затвора СИТ на биполярном транзисторе VT1 насыщен и его состояние от тока выходной цепи не зависит. СИТ VT2 при токовой перегрузке выходит из насыщения и диод оптопары начинает излучать, формируется сигнал на исполнительный элемент защиты. Отметим, что в данном случае датчик защиты фиксирует напряжение сток-за-твор-СИТ, т.е. защищает как от перегрузки по току, так и от повышения напряжения выходного источника.

Примером схемы защиты от КЗ в нагрузке служит схема рис. 7.24в с мостовым датчиком защиты: в нормальном режиме мостовой выпрямитель формирует запирающее смещение СИТ через стабилитрон VD1; при КЗ в нагрузке выходное напряжение выпрямителя резко снижается, стабилитрон VD1, диод VD2, СИТ VT1 и VT2 запираются.

Примером активной защиты является предупреждение одновременного включения СИТ е схемах мостового типа (рис. 7.25).

Датчиком состояния СИТ являются здесь излучающие диоды оптопар; в результате включение СИТ в одном плече моста возможно только при выключении СИТ в противоположном плече; схема, может работать

в автоколебательном режиме с feux 100 кГц и Рвых = (2-4) кВт.

Защита от перегрева требует датчиков температуры и используется обычно в гибридных силовых интегральных схемах: на кристалле (или корпусе) СИТ эпоксидным клеем закрепляется датчик температуры с ис полнительным элементом тиристорного типа, выход которого включен параллельно затвор-исток МДП-транзистора, отпирающего СИТ; при достижении температуры 150С датчик срабатывает, тиристор открывается и СИТ запирается; повторное включение обеспечивается снятием питающего напряжения (рис. 7.26).

Применение СИТ характеризуется высокими скоростями изменения выходного напряжения (длительности фронтов г., 20 не), и в ряде случаев необходимы специальные меры защиты СИТ от dUcn/dt. При этом различают воздействие dU/dt в статическом режиме, т.е. когда скачок напряжения подается на выключенный транзистор. При этом начинает протекать емкостный ток через проходную емкость СИТ и возможно паразитное отпирание СИТ; при (dU/dt) менее (20-30) В/нс защита не обязательна. Так называемый динамический эффект (dU/dt) в СИТ возникает при выключении СИТ на индуктивную нагрузку, когда запирающийся СИТ выступает как генератор высокочастотного напряжения и вызывает емкостные токи в распределенных емкостях СИТ (вплоть до отпирания транзистора). Применение ограничивающих по напряжению цепей обычно позволяет надежно работать при (dU/dt) = (10-45) в/нс, причем большие значения соответствуют высоковольтным приборам.

Особо следует выделить эффект dU/dt для СИТ в

Рис 7.27. Эффект dU/dt в полумосте а) и схема защиты б)

полумостовых и мостовых схемах. В этом случае при выключении транзистора VTl ток нагрузки замыкается через диод VD1 (см. рис. 7.25) - рис. 7.27а, затем включается транзистор VT2 и к транзистору VT1 прикладывается напряжение питания, моста, скорость нарастания которого определяется временами включения транзистора VT2 и выключения диода VD1 и может быть очень высокой. Опыт показывает, что в высоковольтных схемах возникает аварийный режим (сквозной ток) уже при dU/dt 1 В/нс. В этом случае используют схему защиты типа показанной на рис. 7.276. Возможно также применение снаббера или СИТ с относительно большим фронтом включения.