Тема: Введение

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ.

ЛЕКЦИЯ 1.

РАЗДЕЛ 1.

Силовая электроника — область техники, связанная с управлением потоками электроэнергии посредством мощных электронных приборов. Последние, как правило, работают в ключевых режимах, пропуская или блокируя поток электроэнергии, что позволяет изменением алгоритмов их переключения управлять усредненными значениями мгновенной мощности по требуемым законам.

Появление и промышленное использование устройств силовой электроники относится к началу XX в. В качестве первых силовых электронных приборов начали использовать ртутные вентили.

В 1948 г. изобретение транзистора открыло новую эру в электронике, а в 1956 г. был создан мощный полупроводниковый прибор — тиристор. На основе этого прибора началось интенсивное развитие нового поколения силовых электронных устройств с существенным расширением сфер их применения. Однако ограниченная управляемость тиристора и относительно невысокое его быстродействие явились существенными факторами, ограничивающими дальнейшее развитие силовой электроники. И только с начала 80-х годов намечается новый революционный этап в ее развитии, обусловленный научно-техническими и технологическими достижениями в области создания высокоэффективных, полностью управляемых силовых электронных приборов — мощных биполярных и полевых транзисторов, запираемых тиристоров и биполярных транзисторов с изолированным затвором. Одновременно в устройствах силовой электроники стали успешно использоваться новейшие достижения микроэлектроники, в частности микропроцессорные средства. При этом на основе интеграции этих средств стали создаваться «интеллектуальные», или «разумные», схемы, которые определили новые возможности совершенствования силовых электронных устройств и расширили области их применения.

По мнению многих ведущих технических экспертов, силовая электроника является наиболее интенсивно развивающейся и перспективной областью техники. Так, например, в трудах IEEE (Vol. 80, № 8, 1992) В.К. Bose отмечает, что «в XXI в. две технологии будут иметь наибольшее значение — компьютеры и силовая электроника с электроприводом. Первая станет выполнять функции разума, а последняя — мускулов». При этом специалисты по силовой электронике считают, что основополагающим фактором ее развития является эффективность используемых электронных ключей. По существу, этапы развития силовой электроники определяются принципиальными достижениями в технологиях силовых ключей.

Термин «силовая электроника» получил широкое распространение сравнительно недавно. До его появления преимущественно использовался термин «силовая преобразовательная техника», что соответствовало основным решаемым в этой области научно-техническим задачам преобразования одного вида электрической энергии в другой. За последние годы функции силовых полупроводниковых устройств существенно расширились. Они стали использоваться в качестве аппаратов коммутации и защиты, регуляторов, активных фильтров и др.

В электронных аппаратах основным элементом, управляющим потоком электрической энергии являются коммутирующие электрические статические или бесконтактные электронные ключи. Функции бесконтактных ключей в настоящее время преимущественно выполняют силовые полупроводниковые приборы. К силовым полупроводниковым приборам относятся приборы с максимально допустимым средним током свыше 10 А или импульсным током свыше 100 А. Силовые полупроводниковые приборы работают в качестве электронных ключей в двух явно выраженных состояниях – включенном, соответствующем высокой проводимости, и выключенном, соответствующем низкой проводимости. В этих режимах их вольтамперные характеристики (ВАХ) подобны характеристикам нелинейных элементов релейного типа. Физической основой большинства таких приборов являются полупроводниковые структуры с различными типами электронной проводимости. Управление электронной проводимостью позволяет осуществлять бездуговую коммутацию электрических цепей.

По принципу действия силовые полупроводниковые приборы разделяются на три основных вида: диоды (вентили), транзисторы и тиристоры.

По степени управляемости силовые полупроводниковые приборы разделяются на две группы:

- не полностью управляемые приборы, которые можно переводить в проводящее состояние, но не наоборот, например, тиристоры (условно к этой группе можно отнести также и диоды, состояние которых определяется полярностью приложенного к ним напряжения);

- полностью управляемые приборы, которые можно переводить в проводящее состояние и обратно сигналом управления (например, транзисторы или запираемые тиристоры).

Сигнал управления формируется электронным устройством (формирователем), входящим в состав системы управления (СУ) аппарата, преобразователя или другого устройства, содержащего электронный ключ. Такое устройство именуют оконечным каскадом СУ или формирователем импульсов, а в технической литературе его часто называют драйвером (driver). Основная функция драйвера заключается в формировании сигнала управления, необходимого для включения или выключения ключа при воздействии информацион­ного сигнала малой мощности. Функционально драйвер аналогичен приводу электромеханического коммутационного аппарата.

Дата добавления: 2014-01-11