На рис. б,а ВиДны Преимущества СКПН-РЭ, обуслов= ленные организацией процесса выключения с полным форсированием по сравнению с СКПН-ОЭ, где он был компромиссным с традиционным (здесь и далее выключение СКПН-ОЭ при экспериментальном исследовании осуществлялось запирающим током управления без формирования с амплитудой 1,5 ... 2,5 А и с обратным напряжением на эмиттерном переходе не более 5 В). Необходимость обеспечения полного обратного напряжения на эмиттерном переходе иллюстрируется ухудшением процесса в СКПН-РЭ при искусственном ограничении этого напряжения.

По специфике процесса выключения высоковольтного транзистора в СКПН-РЭ обычно предполагается его одиночное (однокаскадное) использование (см. рис. 4,а), с которым и проведены известные исследования [5, 6]. Однако установлено, что более высокие значения удельной мощности и эффективности СКПН (с учетом комплектующих узлов) обеспечиваются при использовании составных (двухкаскадных) транзисторов (см. рис. 4,6) [1]. В этом аспекте представляет интерес комбинированная структура СКПН-РЭ, в которой используются высоковольтный предварительный и низковольтный управляющий МДП-транзисторы.

Высоковольтный МДП и основной биполярный транзисторы образуют составной высоковольтный транзистор, причем замыкающая цепь подключена к базе основного транзистора непосредственно. Получить приемлемые выходные статические характеристики этого СКПН-РЭ можно только при значительной установленной мощности высоковольтного МДП транзистора, способного передать до 25% полного тока СК.ПН при напряжении сток-исток до 1 В. Но на трех-четырех таких транзисторах, соединенных параллельно, т. е. почти при том же числе силовых элементов, может быть выполнен обычный СКПН с общим истоком и выходными данными, лучшими, чем у комбинированного СКПН-РЭ, благодаря таким свойствам МДП-транзисторов, как высокое быстродействие, слабое проявление вторичного пробоя и устойчивость распределения тока при параллельном соединении.

В то же время развитие технологии элементной базы, увеличение единичной мощности [3], выпуск интегральных составных транзисторов, обеспечивая биполярным высоковольтным транзисторам в ряде применений технико-экономические преимущества перед МДП-транзистора-ми, подтверждают необходимость исследований СКПН-РЭ

с состабйЫм бипблярйыМ йЫкойольтНым трайЭИстороМ.

Предварительный анализ и экспериментальная проверка показывают, что повышение эффективности и надежности процесса выключения составного высоковольтного транзистора в схеме СКПН-РЭ может быть обеспечено только при определенных условиях. Во-первых, это обязательное обеспечение большего быстродействия предварительного высоковольтного транзистора как путем согласования по паспортным характеристикам и коэффициенту загрузки с основным высоковольтным транзистором, так и поддержанием режима малой глубины насыщения при всех значениях тока и длительности включенного состояния. Выполнению второй части этого условия способствует регулирование управляющего тока, предварительного транзистора для квазистабилизации напряжения на его коллекторном переходе (см. рис. 3). При этом емкость замыкающей цепи, подключенной непосредственно к базе предварительного транзистора, должна выбираться с учетом длительности тока СКПН-РЭ и времени накопления. Во-вторых, структура составного высоковольтного транзистора должна предусматривать шунтирование эмиттерного перехода предварительного транзистора обратным диодом (см. рис. 4,6), который должен быть рассчитан (как и вывод базы) на короткий импульс (около 1 мкс) полного тока СКПН-РЭ.

В организованном таким образом СКПН-РЭ с составным высоковольтным транзистором на первой стадии процесса выключения после запирания управляющего транзистора и спада эмиттерного тока коллекторный ток основного высоковольтного транзистора начинает проходить через базовую область и через эмиттерный переход и базовую область предварительного высоковольтного транзистора, осуществляя форсированное рассасывание избыточных носителей. Так как токовая загрузка предварительного транзистора невелика, а регулированием его тока управления обеспечена слабая модуляция ширины коллекторной области, оба его перехода очень быстро запираются (см. осциллограммы коллекторного тока Unp и напряжения g32 на рис. 6,6) при малом обратном напряжении на коллекторном переходе (1 ... 2 В). В результате полный ток СКПН ii проходит через коллекторно-базовые области основного транзистора и шунтирующий диод на замыкающую цепь, и вторая стадия процесса выключения полностью соответствует ранее описанному процессу выключения одиночного высоковольтного тран-

зистора в СКПН-РЭ (см. осциллограммы /хг. бэ2 рис. 6,6). На рис. 6,6 видно, что процесс выключения составного транзистора происходит с меньшим временем рассасывания и спада тока, а следовательно, и при меньших потерях энергии, чем у одиночного высоковольтного транзистора. Это обусловлено меньшей модуляцией ширины коллекторной области основного транзистора. Еще

0,6 0,2

Рис. 7. Относительные потери

мощности в СКПН-ОЭ (----)

и СКПН-РЭ (-) при коммутации активной нагрузки: а - с транзистором на ток /к 25 А по схеме рис. 4,а; б -с транзистором на ток /к=25 А по схеме рис. 4,6; / - потери при включении; 2 - потери при выключении; 5-статические потери; 1/к=300 В; /к= =30 кГц

Рис. 8. Относительные потери мощности и время выключения в

СКПН-ОЭ (----) и

СКПН-РЭ (-) при коммутации индуктивной нагрузки: а - в зависимости от коммутируемого напряжения при /к=6 А; б -в зависимости от коммутируемого тока при 1/к=300 В; / - потери при включении; 2 - потери при выключении; 3 - статические потери; 4 - время выключения; транзистор КД213Б (3 щт. последовательно) иа ток /к =25 А по схеме рис. 4,6, /к=30 кГц