Расчет оптимального числа транзисторов выполнен с учетом и без учета влияния саморазогрева транзисторов на их остаточное сопротивление Ren- Результаты расчета показали, что для транзисторов в стандартных корпусах (ТО-3) и для бескорпусных транзисторов учет саморазогрева приборов дает увеличение их оптимального числа в 1,59 раза. Результаты расчета приведены в табл. 2. Следует отметить, что при использовании бескорпусных транзисторов необходимо учитывать ограничение по остаточному току.

Таблица 2

Саморазогрев МДП-траизистора. Как известно, температура оказывает существенное влияние на характеристики мощных МДП-транзисторов. С ростом температуры уменьщаются пороговое напряжение и крутизна .передаточной характеристики, но растет сопротивление эпитаксиальной области стока прибора. При протекании тока в кристалле выделяется определенная энергия, которая, разогревая транзистор, изменяет некоторые параметры, влияющие, в свою очередь, иа величину этой энергии. Возникает вопрос: отрицательной или положительной является такая обратная связь, будет ли иметь место самостабилизация температуры транзистора или его саморазогрев при условии динамического теплового равновесия с окружающей средой?

Поскольку температурная зависимость параметров, оказывающих влияние иа выделяемую в транзисторе энергию, имеет различный характер и даже разные знаки температурных коэффициентов, ответ иа этот вопрос ие очевиден. Если ток через транзистор слабо зависит от напряжения ии (например, когда uyi пренебрежимо мало по

сравнению с напряжением питания или ток поддерживается постоянным посредством обратной связи в замкнутых системах регулирования), снижение порогового напряжения с ростом температуры ведет к уменьщению остаточного сопротивления Rq и, следовательно, к

умеиьщению энергии потерь. Однако уменьщается крутизна и растет омическое сопротивление области стока, что обусловливает увеличение остаточного сопротивления и рост потерь. Исходя из этого можно предположить существование некоторой температуры, при которой потери в транзисторе будут минимальны при заданном токе.

Расчеты, проведенные с помощью электротепловой модели, показали, что для сочетания параметров, характерного для современных мощных МДП-транзисторов, оптимальная температура лежит далеко в области отрицательных температур, а в рабочем диапазоне преобладает механизм саморазогрева транзистора. Таким образом, про-

Рис. 5. Зависимость статических потерь в высоковольтном транзисторе от температуры кристалла

текающий через транзистор ток будет разогревать его, пока ие установится динамическое равновесие между мощностью, выделяемой в приборе, и мощностью, отводимой в окружающую среду. Такое равновесие может быть устойчивым и неустойчивым, что определяется соотнощеиием выделяемой и отводимой мощностей. Возможны той случая.

1. Кривые выделяемой и отводимой мощностей не пересекаются

вообще. Это соответствует практически нереализуемой конструкции, поскольку выделяемая мощность превышает рассеиваемую и будет иметь место неограниченный саморазогрев транзистора вплоть до его выхода из строя.

2. Кривые пересекаются в двух точках. Обе точки пересечения являются точками теплового равновесия, однако практический интерес представляет лишь точка А (рис. 5), поскольку она соответствует устойчивому тепловому равновесию, для которого верны соотношения

с1Рв дй(Яр,с

(13>

3. Возможен случай, когда кривые мощностей только касаются в одной точке, соответствующей критической температуре, превышение которой ведет к саморазогреву транзистора и его тепловому прибою. Важно выяснить, лежит ли такая критическая точка в рабочем диапазоне температур, поскольку в этом случае необходимо учитывать этот эффект при выборе требуемых условий теплоотвода.

Расчет с применением электротепловой модели МДП-транзистора был выполнен для рассматривавшегося выше случая постоянного тока через транзистор, являющегося наихудшим с точки зрения саморазогрева. В расчет было заложено наихудшее сочетание параметров транзистора с точки зрения влияния на потери в нем эффекта саморазогрева, а именно: минимальное значение порогового напряжения в максимальные значения крутизны и сопротивления стока в соответствии с ТУ на приборы, а также максимально возможные значения, температурных коэффициентов.

Расчет был выполнен для низковольтных и высоковольтных транзисторов. Результаты расчета приведены на рис. 5, где представлены зависимости статических потерь в высоковольтном транзисторе от температуры кристалла. Анализ результатов позволяет сделать вы-

12-5084 177

Рис. 6. Расчетные вольт-амперные характеристики МДП-транзистора без учета {-) и с учетом (-. -) влияния температуры

вод, что для указанных типов транзисторов саморазогрев не приводит к нарушению теплового баланса во всем диапазоне допустимых темпе-0 5 10 15 2030 33 40 45 50 U(,B ратур. Однако для дру-

гих типов транзисторов саморазогрев может оказаться настолько сильным, что прибор перегреется и произойдет тепловой пробой. Кроме того, в выполненном расчете учитывались только статические потери. Очевидно, что для полного решения зада- чн саморазогрева транзистора необходимо учесть влияние динамических потерь, что является предметом дальнейших исследований.

Таким образом, ограничение по нарушению теплового баланса необходимо учитывать при определении требуемых условий охлаж-jieHHH, для чего удобно использовать зависимости, подобные приве-ленным на рис. 5. Кроме того, целесообразно принимать во внимание электротепловые процессы в транзисторе при разработке самого при- бора. Влияние температуры на характеристики МДП-траизистора хо- рошо иллюстрируется рис. 6, иа котором видеи характерный загиб жривой тока стока при росте напряжения IcH

Динамические потери в ключе на МДП-транзисторе. С помощью описанной выше модели были рассчитаны переходные процессы в ключе на МДП-транзисторе, работающем на активную нагрузку, а также на индуктивно-активную, блокированную диодом. Было получено хорошее соответствие расчетных кривых с. результатами эксперимента. Среднеквадратическая ошибка не превышала во всех случаях 10 %

На рис. 7 для примера приведены временные диаграммы процесса переключения для низковольтного транзисто-фа{/симакс = 50В,/смакс=12 А при ИНДУКТИВНОЙ нагрузкс, блокированной диодом. Для сравнения здесь же показаны расчетные точки, полученные при интегральных значениях межэлектродных емкостей транзистора. Анализ результатов показывает, что нелинейность этих емкостей оказывает существенное влияние на характер переходного процесса и для.правильного его моделирования необходимо учитывать зависимость емкостей от напряжения на них. Тем не -менее в некоторых случаях для упрощения можно пользоваться интегральными значениями емкостей. Так, при рас--чете динамических потерь в транзисторном ключе расхож-.дение между значениями мощности, полученными с уче-

iI78