|
| |
|
Слаботочка Книги в режиме циклических нагрузок и перегрузок средний ток тиристоров необходимо снижать на 30-357о по сравнению с током в стационарном режиме или резко интенсифицировать охлаждение тиристоров, если это согласуется с возможностями по допустимым значениям аварийных токов [1.6]. При кратковременных перегрузках током большой амплитуды разрушение СПП связано с эффектом шнурования тока - тепловым пробоем, вызванным локализацией тока в небольшой области структуры. При этом амплитуда и длительность допустимого импульса тока перегрузки определяются максимальной температурой кремния, от которой зависит его собственная проводимость в наиболее нагретом участке. Критическими мгновенными значениями температуры р-п-р-п структур, вызывающими выход СПП из строя, многие авторы считают значения, близкие к температуре плавления кремния 1412 °С. В связи с этим зависимость джоулева интеграла и допустимой амплитуды импульса тока от его длительности /и оказывается сложной. С одной стороны, чем меньше /и, тем меньше значение выдерживаемого прибором джоулева интеграла. Например, для тиристора В-200 при и=1 мс джоулев интеграл равен 15.103 A2-C, а прии=10 мс -67-10 Дг-с. Для некоторых вентилей зарубежного производства, допускающих протекание одиночного импульса 9000 А в течение 5 мс, джоулев интеграл принимает значение 200X ХЮ А-с. Однако при длительности импульса 1,5 мс допускается больший ток 12,7 кА при меньшем интеграле 120-103 А-с для нагретого вентиля. Эти параметры при испытаниях из холодного состояния возрастают на 20, а при испытаниях без приложения обратного напряжения - на 60%. При механических напряжениях, возникающих вследствие неоднородного нагрева системы кремниевая пластина - термокомпенсатор, критическим фактором является разность температур между ними. Совершенствование конструкции вольфрамовых термокомпенсаторов, отказ от одного из термокомпенсаторов и от сварки и переход на систему прижимных контактов позволили резко увеличить срок службы тиристоров. В переходных и аварийных режимах рост температуры полупроводниковой структуры определяется постоянной времени т=?стСст, где Rci - тепловое сопротивление; Сет - тепловая емкость структуры. В связи с малым объемом полупроводниковой структуры (35-7000 мм) ее те- плоемкость также оказывается небольшой, и постоянная времени структуры составляет 1-5 мс. Постоянная времени всего полупроводникового прибора в корпусе не превышает нескольких секунд. Отсюда сильная чувствительность СПП к токовым перегрузкам. . 1.3. Расчет-режимов работы СПП при воздействии импульсов аварийного тока - Тепловые свойства полупроводниковой структуры СПП или СПП совместно с системой охлаждения характеризуются установившимся значением теплового сопротивления R. Это значение определяется как отношение разности температур-Полупроводниковой структуры прибора и корпуса Тк к потерям" мощности АР, вызвавшим эту разность; Р=(Ттш-Тк)/АР. Значения теплового сопротивления R для СПП обычно приводятся в информационных материалах. Надежность СПП определяется температурой Ттш, Которая не должна превышать допустимые нормы в любых режимах работы. Поэтому необходим расчет этой температуры по заданным значениям мощности потерь АР, теплового сопротивления R и температуры корпуса Т. Пусть к СПП, первоначально,йаходящемуся в холодном сосгЬянии, в момент времени (рис. 1.5) прикладывается импульс мощности ДР прямоугольной формы длительностью ti. Определим температуру Гппг в момент времени h. В интервале времени -h температура структуры нарастает до значения Гппь а в интервале времени U-2 спадает до Гпп2. В соответствии с [1.6] для расчета Гпп2 импульс мощности условно продолжается до момента h, причем в интервале -h Для расчета вводится отрицательный импульс мощности - ДР. Этот импульс компенсирует воздействие условно введенного на промежутке времени ti-tz, положительного импульса ДР. В этом случае действительная температура Гпп2 в момент времени /2 будет  Рис. 1.5. Диаграмма для определения температуры нагрева полупроводниковой структуры при воздействии прямоугольного импульса мощности Т2 = Тп - Тпп2 = APR + R"; • T = AP(R-R"), где R\ R - тепловое сопротивление прибора fe интервалах времени соответственно U-2 и -/2, которое определяется по известным зависимостям для данного типа СПП; 7jjns-условная температура,, которой достигла бы полупроводниковая структура при суммарном воздействии рассматриваемого импульса ДР и положительного »мпуль- са ДР, введенного для расчета; Т"пп -условная температура полупроводниковой структуры от воздействия отрицательного импульса мощности - ДР, введенного для расчета. На практике форма импульса мощности часто отличается от принятой прямоугольной. Импульс входной мощности любой произвольной формы можно описать набором прямоугольных импульсов в виде . Р (т) =Pof (т) + Д,Р/ (Т-Д1Т) + ... +Дп-,Р/ {x-t-Апч) + где т - время; APj - мощность i-ro импульса (i=l, п); /(т-Д1Т) - единичная прямоугольная функция, равная нулю для <т-Д1Т и единице для t>x-Ait. В этом случае еависимость температуры структуры от времени и мощности имеет вид -1-Л2Р/?(т-AiT-(Лгт)-!- . . ... -1-Л„-,Р/?(т-М-Д„т)-Ь +ArPR{%-t), где /?(т-Д1Т-Л2О -переходное тепловое сопротивление в момент времени т-hiX+hit. Для «AiT-fA2T функция 7(т)=0. Выбрав достаточно большое число налагаемых друг на друга прямоугольных импульсов, можно добиться любой требуемой степени точности отображения реального импульса. С целью упрощения расчета реальный импульс мощности произвольной формы Р можно заменять эквивалентным прямоугольным им« пульсом мощности Р с такими же максимальным Ртах и средним Рср значениями. Это достигается соответствующим выбором длительности <н эквивалентного импульса: lB = PcptB/Pmax=Fcptu/Pmax. Учет формы тока и напряжения при расчете рассмотрен в [1.7] на примере треугольного н полусниусоидального импульсов тока. Максн- 2-6178 17 0 1 2 3 [4] 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 |