IGBT транзистор. Принцип работы и применение.
Устройство составного транзистора.
Как уже говорилось, это два или более транзисторов, изготовленных на одном полупроводниковом кристалле и запакованные в один общий корпус. Там же находится нагрузочный резистор в цепи эмиттера первого транзистора.
У транзистора Дарлингтона те же выводы, что и у всем знакомого биполярного: база (Base), эмиттер (Emitter) и коллектор (Collector).
Схема Дарлингтона
Как видим, такой транзистор представляет собой комбинацию нескольких. В зависимости от мощности в его составе может быть и более двух биполярных транзисторов. Стоит отметить, что в высоковольтной электронике также применяется транзистор, состоящий из биполярного и полевого. Это IGBT транзистор. Его также можно причислить к составным, гибридным полупроводниковым приборам.
Какое освещение Вы предпочитаете
ВстроенноеЛюстра
Типичные реализации источника, генератора тока
Приведенные схемы обладают рядом серьезных недостатков. Схема A1 на полевом транзисторе — одна из худших реализаций. Рассчитать ее параметры невозможно, так как они зависят от индивидуальных особенностей экземпляра полевого транзистора. Нужный ток устанавливается подбором резистора. Схема может функционировать, когда сопротивление резистора равно 0. Дифференциальное сопротивление (а значит стабильность тока) схемы невысоко, нередко оно бывает меньше 200 кОм. На работу этого варианта сильно влияет температура полевого транзистора. Преимущество одно — это действительно двухполюсник. Он не требует подвода дополнительного питания
Это бывает очень важно в некоторых схемах
Схема A2 обладает гораздо лучшими характеристиками. В случае применения транзисторов с большим коэффициентом передачи тока, схема может иметь дифференциальное сопротивление выше 1 МОм (10 МОм, или даже больше). Но вывода у схемы не два, а три. Так что она может быть включена только в некоторые электронные схемы, в которых один вывод источника тока подключен к шине питания или общему проводу, и есть возможность подвести к одному из выводов общий провод или питание соответственно. На рисунке приведена схема с подключением к шине питания. Схема с подключением к общему проводу выглядит совершенно аналогично с той разницей, что ее надо перевернуть и поменять проводимость транзистора и полярность стабилитрона.
Обратите внимание, что в схеме в качестве источника опорного напряжения используется стабилитрон. Для стабилитронов характерна зависимость напряжения стабилизации от температуры
Помните об этом при проектировании источников тока. Стабилитрон может быть источником шумов. Чтобы уменьшить их влияние на работу устройства параллельно стабилитрону можно подключить керамический конденсатор емкость 0.1 мкФ.
Конструкция и принцип работы силовых транзисторов
IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) или биполярный силовой транзистор с изолированным затвором – элемент из двух транзисторов в общей полупроводниковой структуре, устроенный по каскадной схеме. Биполярный транзистор образует силовой канал, полевой – канал управления. Объединение полупроводниковых элементов реализовано структурой элементных ячеек в одном кристалле.
Упрощенная эквивалентная схема биполярных транзисторов с изолированным затвором представлена на рисунке:
IGBT – приборы появились после того, как были выявлены недостатки MOSFET транзисторов в высоковольтных схемах: квадратичная зависимость сопротивления канала от напряжения.
Полупроводниковые приборы IGBT сочетают достоинства силовых биполярных и полевых транзисторов с изолированным затвором:
- Небольшая мощность управления.
- Высокая скорость переключения.
- Маленькие потери при открытом транзисторе.
- Высокое номинальное напряжение силового канала.
Сопротивление канала IGBT-элементов растет пропорционально току, зависимость потерь от величины тока не квадратичная, как у транзисторов MOSFET. Быстродействие силовых элементов с изолированным затвором превосходит скорость коммутации биполярных транзисторов, но уступает элементам MOSFET.
Структура IGBT представлена на рисунке. В области стока нанесен еще один дополнительный p+-слой, который образует биполярный транзистор.
При закрытом ключе, напряжение приложено к n–-слою. При подаче на изолированный затвор управляющего напряжения, область р образует открытый канал, включая полевой транзистор, который в свою очередь отпирает биполярный p-n-p элемент. Между внешним коллектором и эмиттером начинает протекать ток. При этом ток стока полевой ячейки усиливается. При открытой биполярной ячейке, остаточное напряжение в n–-области падает еще благодаря потокам электронов и дырок.
Напряжение на включенном транзисторе определяется из выражения:
Где Uбэ – напряжение база-эмиттер открытого ключа, Rпол – сопротивление полевой ячейки, Iб – ток базы, Iк – ток коллектора, B – коэффициент передачи тока биполярной ячейки. Для снижения падения напряжения на открытых IGBT приборах применяют вертикальные затворы. Площадь ячейки транзистора уменьшают в 2-5 раз.
Падение напряжения на открытом IGBT зависит от температуры гораздо меньше аналогичного параметра MOSFET-транзисторов. На рисунке приведен график падения напряжения в функции температуры для 2 IGBT транзисторов и одного полевого прибора.
Как и биполярные транзисторы, IGBT способны накапливать заряд, который является причиной остаточного тока и нагрева прибора при запирании. Между электродами и переходами полевой и биполярной элементной ячейки образуются паразитные емкости. Время рассасывания заряда для IGBT прибора составляет всего 0,2-1,5 мкс, при коммутации с частотой 10-20 кГц для надежной работы транзисторов не нужно включать в схему дополнительные цепи.
Параметрические стабилизаторы
Являются простейшими устройствами, в которых малые изменения выходного напряжения достигаются за счет применения электронных приборов с двумя выводами, характеризующихся ярко выраженной нелинейностью вольт-амперной характеристики. Рассмотрим схему параметрического стабилизатора на основе стабилитрона (рис. 2.82).
Проанализируем данную схему (рис. 2.82, а), для чего вначале ее преобразуем, используя теорему об эквивалентном генераторе (рис. 2.82, б). Проанализируем графически работу схемы, построив на вольт-амперной характеристике стабилитрона линии нагрузки для различных значений эквивалентного напряжения, соответствующих различным значениям входного напряжения (рис. 2.82, в).
Из графических построений очевидно, что при значительном изменении эквивалентного напряжения uэ (на ∆uэ), а значит, и входного напряжения uвх, выходное напряжение изменяется на незначительную величину ∆uвых.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Причем, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (т. е. чем более горизонтально идет характеристика стабилитрона), тем меньше ∆uвых.
Определим основные параметры такого стабилизатора, для чего в исходной схеме стабилитрон заменим его эквивалентной схемой и введем во входную цепь (рис. 2.82, г) источник напряжения, соответствующий изменению входного напряжения ∆uвх (на схеме пунктир):
Rвых= rд|| R0≈ rд, т.к. R0>> rд ηст = ( uвых· Iн) / ( uвх· Iвх) = ( uвых· Iн) / .
Kст= ( ∆uвх/ uвх) : ( ∆uвых/ uвых) Так как обычно Rн>> rд Следовательно, Kст≈ uвых / uвх· [ ( rд+ R0) / rд]
Обычно параметрические стабилизаторы используют для нагрузок от нескольких единиц до десятков миллиампер. Наиболее часто они используются как источники опорного напряжения в компенсационных стабилизаторах напряжения.
Схема прибора серии VC-122
Устройство защиты от импульсных перенапряжений и помех указанной серии подходит для понижающих трансформаторов. Также модель активно используется в щитках серии РС
В первую очередь важно отметить, что у модели применяется высоковольтный модулятор. Параметр выходной проводимости у него равен 2 мк. Для щитков РС19 модель подходит
Модулятор в данном случае подсоединяется через обкладку
Для щитков РС19 модель подходит. Модулятор в данном случае подсоединяется через обкладку.
Фильтры разрешается использовать лишь проходного типа. Если рассматривать щитки серии РС20, то у них имеется демпфер. Расширитель для подключения используется магнитного типа
Также важно отметить, что понижающие трансформаторы на 200 В применяться не могут
Подробности Опубликовано: 29 Сентябрь 2015 Просмотров: 25575
Здесь привожу несколько типовых схем подключения устройств защиты от импульсных перенапряжений (УЗИП). Ниже вы найдете однофазные и трехфазные схемы для разных систем заземления: TN-C, TN-S и TN-C-S. Они наглядные и понятные для простого человека.
Сегодня существует большое количество производителей УЗИП. Сами устройства бывают разных моделей, характеристик и конструкций. Поэтому перед его монтажом обязательно изучите паспорт и схему подключения. В принципе, суть подключения у всех УЗИП одинаковая, но все же рекомендую сначала прочитать инструкцию.
Во всех выложенных схемах присутствуют УЗО и групповые автоматические выключатели. Их я указал для наглядности и полноты распределительного щитка. Эта «начинка» щитка у вас может быть совсем другая.
1. Схема подключения УЗИП в однофазной сети системы заземления TN-S.
На данной схеме представлен УЗИП серии Easy9 производителя Schneider Electric. К нему подключаются следующие проводники: фазный, нулевой рабочий и нулевой защитный. Здесь он устанавливается сразу после вводного автомата. Все контакты на любом УЗИП обозначены. Поэтому куда подключать «фазу», а куда «ноль» можно легко определить. Зеленый флажок на корпусе указывает на исправное состояние, а красный флажок сигнализирует о неисправной касете.
Представленное устройство относится к классу 2. Оно одно самостоятельно не способно защитить от прямого удара молнии. Грамотный выбор УЗИП это сложная и уже отдельная тема.
Также рекомендуется защищать устройства УЗИП с помощью предохранителей.
Думаю тут все понятно.
Ниже представлена аналогичная схема подключения УЗИП, но уже без электросчетчика и с использованием общего УЗО.
2. Схема подключения УЗИП в трехфазной сети системы заземления TN-S.
На схеме также изображен УЗИП производителя Schneider Electric серии Easy9, но уже для 3-х фазной сети. На рисунке изображено 4-х полюсное устройство с подключением нулевого рабочего проводника.
Еще существует 3-х полюсное УЗИП этой же серии. Оно применяется в системе заземления TN-C. В нем нет контакта для подключения нулевого рабочего проводника.
3. Схема подключения УЗИП в трехфазной сети системы заземления TN-C.
Здесь изображен УЗИП фирмы IEK. Данная схема представляет собой обычный вводной щит для частного дома. Он состоит из вводного автомата, электросчетчика, УЗИП и общего противопожарного УЗО. Также на схеме показан переход с системы заземления TN-C на TN-C-S, что требуется современными нормами.
На первом рисунке изображен 4-х полюсный вводной автомат, а на втором 3-х полюсный.
Нет постояннее соединения, чем временная скрутка!
Вот здесь нужно быть очень внимательным. Неправильный выбор автоматического выключателя по номиналу может привести к возгоранию проводки или автомат будет срабатывать на отключение по пять раз.
У вас дома в квартирном щитке сработал автоматический выключатель. В итоге какая-то часть квартиры обесточилась. В такой ситуации оказывался практически каждый. Какие ваши дальнейшие действия.
Лампочки перегорали, перегорают и будут перегорать иначе не выгодно их производить. Сами подумайте завод изготовил одну лампочку, человек ее купил, вкрутил у себя дома и она работает положенны.
Кабели и провода играют одну из самых важных ролей в электропитании вашего дома. Не правильный выбор сечения может привести к перегреву изоляции, ее пробою, короткому замыканию и к серьезным п.
Друзья, уважайте чужой труд и при копировании материалов, пожалуйста, ставьте открытую ссылку на источник sam-sebe-electric.ru, а то свет отключу. |
Как измерять диаметра проволоки
Диаметр тонкого провода лучше всего измерять . Если под рукой нет микрометра для измерения диаметра проволоки, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой.
Нужно намотать 10-20 витков к витку проволоки на линейку, поделить количество закрытых миллиметров на количество намотанных витков. Получите диаметр. Например, у меня намотано 10 витков провода, и они закрыли 6,5 мм. Делим 6,5 на 10. Диаметр провода получается равным 0,65 мм. 0,05 мм занимает изоляция. Следовательно, реальный диаметр составляет 0,6 мм.
Такой провод подойдет для изготовления предохранителя на 30 А. Провод мотал толстый для большей наглядности. Чем больше намотаете витков на линейку, тем точнее будет результат измерений. Нужно наматывать не менее одного сантиметра. Если в наличии проволока малой длины, то намотайте ее на любой стержень, например, отвертку, зубочистку или карандаш, а линейкой измерьте ширину намотки.
| Онлайн калькулятор для расчета диаметра провода | |
|---|---|
| Ширина намотки на линейке, мм: | |
| Количество витков: | |
Результаты измерений можете обработать с помощью онлайн калькулятора. Для определения диаметра провода достаточно в окошках ввести ширину намотки, количество витков и нажать «Рассчитать диаметр провода».
Электрическая вилка
В международном патенте РСТ 9848504 (1998 г.) описана электрическая вилка. Это вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты. Схема вилки показана на рис.5. Сетевые провода обозначены 10 и 12, выходы вилки на нагрузку — 20 и 22.
Рис. 5. Вилка для маломощной нагрузки, в которую встроена схема защиты, патент.
В состав вилки входят предохранители 14 и 16 и интегральная микросхема 50. Между входным и выходным контактами включены последовательно термистор 52 и специальный диод (не обозначен). Этот диод называется «твердотельным выпрямляющим предохранителем».
Если ток диода превышает номинальный, он срабатывает как предохранитель. Кроме того, в схему включен обычный диод. Схема предназначена для включения елочных гирлянд.
Блок предохранителей УАЗ Симбир 3162, 31602
Обозначение на рисунке блока предохранителей:
- К2 — реле стеклоочистителя;
- К3 — релюшка указателей поворота;
- К4 — элекро реле включения ближнего освещение фар;
- К5 — релюшка включения дальнего свечения фонарей;
- К6 — дополнительное (разгрузочный) переключатель;
- К7 — соленоид включения обогрева заднего стекла;
- К8 — электромагнит включения противотуманных светильников;
- A1-A23 — плавкие предохранители (см. таблицу)
Cхема блока предохранителей:
Энергоблок установлен в салоне машины, слева, под панелью измерительных приборов, напротив сиденья водителя.
Расшифровка блока предохранителей:
| Обозначение | Сила тока, А | Защищаемые цепи |
| Сборочный электро модуль | ||
| F1 | 5 | Освещение приборов, габаритные огни левого борта |
| F2 | 7,5 | Ближнее свечение правой электро фары |
| F3 | 10 | Дальнее освещенность правого фонаря |
| F4 | 10 | Правый противотуманный светильник |
| F5 | 30 | Система стекло подъемников дверей, электрический привод люка |
| F6 | 15 | Штепсельная розетка переносной лампы |
| F7 | 20 | Звуковой сигнал, электропривод зеркал |
| F8 | 20 | Элемент обогрева заднего стекла |
| F9 | 20 | Очистители и омыватели стекол |
| F10 | 20 | Релюшка очистителей фонарей |
| F11 | 5 | Габаритные огни правого борта, освещение номерного знака |
| F12 | 7,5 | Ближний накал левого фонаря |
| F13 | 10 | Дальняя освещенность левого светильника и сигнализатор дальнего света фонаря |
| F14 | 10 | Левая противотуманка |
| F15 | 20 | Система блокировки замков дверей |
| F16 | 10 | Аварийная сигнализация и указатели поворотов |
| F17 | 7,5 | Плафоны освещения, подкапотная лампа, выключатель сигнала торможения |
| F18 | 25 | Печка, прикуриватель, переключатель обогрева заднего стекла |
| F19 | 10 | Комбинация приборов, переключатель освещения заднего хода, бортовая система контроля |
| F20 | 7,5 | Задний противотуманный |
| F21 | 10 | Резервный электрический предохранитель |
| F22 | 20 | Запасная электро пробка |
| F23 | 30 | Аварийная пробка |
Главная релюха 90.3747-10 (РФ) расположена на щитке передка, над движком, рядом с релюхой топливного насоса.
Соленоид топливного насоса типа 90.3747-10 (РФ) устанавливается на щитке передка, над мотором, рядом с главным электромагнитом КМПСУД и промежуточной релюшкой включения стартера (втягивающего соленоида).
Промежуточная релюха стартера устанавливается на щитке переда, над мотором, рядом с главной релюшкой КМПСУД и реле топливного насоса.
Цепь главного соленоида, идущая от аккумулятора, защищена от коротких замыканий на «массу» жгутовым плавким предохранителем на 20 А типа 688670-7 (АМР) или 354.3722 (РФ). Одновременно, цепь зажигания КМПСУД защищена от коротких замыканий на «массу» жгутовой плавкой электро пробкой 10 А типа 688670-5 (АМР) или 352.3722 (РФ). Пробки ставятся в колодки, которые крепятся:
- — 20А — к главной релюхи;
- — 10А — к релюшке электрического бензонасоса.
Защитное устройство на полевом транзисторе — Обмен опытом — Статьи — Принципиальные схемы, статьи, журналы, книги, по электронике
При подключении низковольтных переносных устройств — телевизоров, магнитофонов, электроинструментов, преобразователей напряжения и др. (далее будем их называть нагрузкой) — к источнику питания нередко происходят ошибки в соблюдении полярности. Они, как правило, приводят к выходу из строя либо нагрузки, либо самого источника питания. Наиболее простой и часто применяемый на практике способ защиты от подобных ошибок — включение диода или диодного моста последовательно с нагрузкой. Однако при значительном нагрузочном токе потери мощности на защитных диодах становятся слишком большими. В таком случае для защиты нагрузки эффективнее использовать мощный полевой транзистор. Схема одного из наиболее простых вариантов такого защитного устройства показана на рис. 1. Оно работоспособно при напряжении питания до 20 В и токе до 60 А. При нагрузочном токе в 10 А на транзисторе (на участке исток—сток) падает всего 0,1 В. К затвору транзистора приложено положительное открывающее напряжение, равное входному минус падение напряжения на внутреннем диоде транзистора. В результате транзистор открывается, его рабочая точка располагается на отрицательном участке выходной характеристики (где минусовое напряжение на стоке). При малом стоковом напряжении значения сопротивления канала симметричны относительно нуля , т. е. при отрицательных значениях напряжения сопротивление будет таким же, как при таких же положительных.Рис.2. При обратной полярности напряжения питания транзистор и его внутренний диод закрыты и ток через нагрузку RH не протекает. Сопротивление канала транзистора IRF3704 — 0,009 Ом при напряжении затвор—исток 10 В, максимальный ток Рис. 2 стока — 64 А, предельное напряжение сток—исток — 20 В, а затвор—исток — ±20 В . Резистор R1 разряжает емкость затвор—исток и защищает транзистор от статического электричества. Этот резистор может быть исключен, если есть возможность перенести выключатель SA1 нагрузки левее по схеме точки подключения затвора транзисто- ра. При токе нагрузки, не превышающем 10 А, теплоотвод для транзистора необязателен. Транзистор IRF3704 можно заменить другим мощным полевым с параметрами, соответствующими реальным требованиям. Необходимо только учесть, что если в процессе работы напряжение питания значительно уменьшается (когда источник — аккумуляторная батарея, например), то оно может приблизиться к пороговому напряжению затвор—исток. Это вызовет увеличение сопротивления канала, а значит, и рассеиваемой на нем мощности. Стало быть, пороговое напряжение транзистора должно быть меньше минимально возможного напряжения источника питания. Если напряжение питания более 12 В, можно воспользоваться схемой защитного устройства, показанной на рис. 2. Это устройство работоспособно при напряжении в пределах 5…50 В и токе нагрузки до 60 А. Стабилитрон — любой, на напряжение стабилизации 12…13 В. ЛИТЕРАТУРА 1. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника (Справочное руководство). Пер. с нем. — М.: Мир, 1982. 2. IRF3704,IRF37C4S, IRF3704L HEXFET Power MOSFET. — .
Электронные предохранители и ограничители тока
Электронные защитные устройства разделяются на три вида:
- самовосстанавливающие электрическую цепь после устранения аварии;
- устройства сигнализации об аварии;
- восстанавливающие питание за счет внешнего вмешательства.
В электронике применяются датчики тока, подключенные к нагрузке. При увеличении падения напряжения на датчике выше заданного, с него подается сигнал на защитное устройство, которое отключает цепь или ограничивает ток.
Простейшей защитой радиоэлектронных устройств от токовых перегрузок является стабилизатор напряжения 220в, изображенный на рис. а. Ток нагрузки здесь не может быть выше максимального тока транзистора КП302В. Для изменения величины выходного тока можно выбрать другой транзистор или включить их параллельно.
Электронные схемы ограничения предельного тока
На рис. б электрический ток также ограничивается транзисторами. VT1 работает в режиме насыщения, и напряжение входа практически полностью передается на выход. В рабочем режиме VT2 закрыт и светодиод HL1 не горит. Датчиком тока служит резистор R3. При превышении на нем порогового значения падения напряжения начинает открываться транзистор VT2, а VT1 – закрываться, ограничивая нагрузочный ток. При этом загорается светодиод HL1, сигнализируя о достижении током порогового значения.
Для больших рабочих токов применяется схема защиты на тиристоре (рис. в). В нормальном режиме тиристор заперт, а составной транзистор работает в режиме насыщения. Когда в нагрузке Rн появляется короткое замыкание, через управляющий переход тиристора протекает ток, открывающий его. При этом управляющая цепь транзисторов шунтируется открытым тиристором и ток в нагрузке снижается до минимума.
Плавкие предохранители
Классические предохранители в виде стеклянных трубок или плоских пластиковых пластин, знакомые нам по старой советской бытовой технике, имеют внутри проволоку из специального металлического сплава соответствующей толщины. Когда через провод протекает чрезмерный ток, на проводе выделяется тепло и его температура повышается. Производители предохранителей выбирают сечения этих проводов таким образом, чтобы перегорание происходило при превышении строго установленной силы тока.
Предохранители могут быть с задержкой срабатывания или быстродействующими. Предохранители с запаздыванием используются там, где немедленная реакция этого элемента нежелательна, потому что устройство, например, потребляет при пуске гораздо больший ток — трансформаторы или двигатели.
При перегорании плавкого предохранителя следует заменить его, при вторичном перегорании — определить причину неисправности и устранить.
Предохранители должны быть строго рассчитаны на ток защищаемого участка цепи. Как исключение, при отсутствии штатных плавких вставок в аварийных условиях допускается применение временных «жучков» из свинцовой или медной проволоки, смотрите таблицу выше.
Принцип работы предохранителя на видеоролике
При прохождении электрического тока меньше предельно допустимого, калиброванная проволока, соединяющая контакты предохранителя, нагревается до температуры около 70˚С. В случае превышения тока номинала предохранителя, проволока начинает нагреваться сильнее и при достижении температуры плавления металла, из которого она сделана – расплавляется, электрическая цепь разрывается, и течение тока прекращается.
Поэтому предохранитель и назвали плавким или плавкой вставкой. Видеоролик представлен в замедленном виде, для того, чтобы было хорошо видно, как происходит перегорание провода в предохранителе. В реальных условиях провод в предохранителе перегорает практически мгновенно.
Всего просмотров:
213798
Предохранитель защищает от превышения тока в цепи и, не имеет значения напряжение питающей сети, в которой он установлен, это может быть батарейка на 1,5 В, и автомобильный аккумулятор на 12 В или 24 В, сеть переменного напряжения 220 В, трехфазная сеть на 380 В. То есть Вы можете установить один и тот же предохранитель, например номиналом 1 А и в колодке предохранителей автомобиля, и в фонарике и в распределительном щите 380 В. Все типы плавких предохранителей отличаются только внешним видом и конструкцией, а работают по одному принципу – при превышении заданного тока в цепи, в предохранителе из-за нагрева расплавляется проволока.
Основных причин выхода из строя предохранителя две, из-за бросков питающего напряжения или поломки внутри самой радиоаппаратуры. Редко, но встречаются отказы предохранителя и по причине плохого его качества.
Многие думают, что предохранитель ремонту не подлежит. Но это не совсем так. В экстренной ситуации, когда под рукой нет запасного и, например, из-за отказавшегося работать авто в пути или усилителя, и срывается музыкальное сопровождение школьного бала или свадьбы, а все магазины уже закрыты, выбирать не приходится.
При грамотном подходе можно с успехом восстановить для временного использования до замены новым перегоревший предохранитель, сохранив его защитные функции. Зачастую такие проблемы решают банальным замыканием контактов держателя предохранителя любой попавшейся проволокой, а еще хуже, просто вставляют вместо предохранителя гвоздь или кусок толстой проволоки. Такое решение может окончательно все испортить и способствует возникновению пожара.
