Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Разработка и исследование управляемых выпрямителей на основе биполярных статических индукционных транзисторов Букашев, Федор Игоревич

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Букашев, Федор Игоревич. Разработка и исследование управляемых выпрямителей на основе биполярных статических индукционных транзисторов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.27.01 / Букашев Федор Игоревич; [Место защиты: Новгород. гос. ун-т им. Ярослава Мудрого].- Великий Новгород, 2011.- 129 с.: ил. РГБ ОД, 61 12-5/1704

Введение к работе

Актуальность темы. Прогресс современных высокочастотных преобразователей электрической энергии связан с повышением удельных массогабаритных характеристик, повышением рабочих частот и снижением потерь в активных и пассивных компонентах. Снижение потерь энергии в преобразователях является одним из важнейших аспектов, определяющих их энергоэффективность. Существенный вклад в суммарные потери мощности преобразователей с низким выходным напряжением постоянного тока вносят потери в выходном выпрямителе. Для снижения этих потерь нашли применение управляемые выпрямители с МОП-транзисторами в качестве ключевых элементов.

К достоинствам современных управляемых выпрямителей на МОП-транзисторах можно отнести высокий к.п.д. при рабочих частотах до сотен килогерц. Недостатком данных выпрямителей является схемотехническая сложность, обусловленная применением специализированных схем управления. Схемы управления обеспечивают синхронизацию отпирания и запирания ключевых МОП-транзисторов и формируют требуемые уровни напряжений и токов для управления затвором. Другим недостатком использования МОП-транзисторов является высокая мощность потерь на переключение, пропорциональная рабочей частоте Известны также управляемые выпрямители на основе биполярных транзисторов. К достоинствам устройств можно отнести их меньшую схемотехническую сложность. Основные недостатки таких устройств – невысокий к.п.д. (не более 80%) и низкая рабочая частота (до 100 кГц).

Одним из перспективных полупроводниковых приборов, пригодных для создания и совершенствования управляемых выпрямителей, является биполярный статический индукционный транзистор (БСИТ). С точки зрения электрических характеристик БСИТ подобен биполярному транзистору. К числу достоинств БСИТ следует отнести также очень малое время выключения и высокую плотность тока на единицу площади структуры (до 10 А/мм2). Важными качествами БСИТ являются низкое входное напряжение управления и малая входная диффузионная емкость, чем обусловливается малая мощность, необходимая для отпирания БСИТ. По проведенной оценке, при частотах выше 300 кГц мощность потерь на переключение у БСИТ ниже, чем у МОП-транзистора того же класса по напряжению и току. Учитывая перечисленные преимущества БСИТ, представляется актуальным разработка и исследование управляемых выпрямителей на их основе с низким выходным напряжением и рабочей частотой выше 300 кГц.

Целью работы является разработка и исследование управляемых выпрямителей на основе биполярных статических индукционных транзисторов.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе было необходимо решить следующие основные задачи:

разработать модель БСИТ в виде электрической схемы замещения, адаптировать модель для использования в системах автоматизированного проектирования;

исследовать различные режимы управления БСИТ и сформулировать предложения по оптимизации режимов;

разработать методику проектирования управляемых выпрямителей на основе БСИТ;

экспериментально исследовать макеты управляемых выпрямителей на основе БСИТ.

Научная новизна работы. При выполнении диссертационной работы получены следующие новые научные результаты:

разработана модель в виде электрической схемы замещения БСИТ, предназначенная для использования в системах автоматизированного проектирования;

предложен и экспериментально исследован режим пропорционально-насыщенного управления БСИТ;

разработана методика проектирования управляемых выпрямителей на основе БСИТ в режиме пропорционально-насыщенного управления.

Практическая ценность полученных в диссертации результатов:

использование пропорционально-насыщенного управления БСИТ позволяет существенно снизить суммарные потри в БСИТ и в устройствах на их основе;

использование разработанной электрической схемы замещения БСИТ позволяет с удовлетворительной точностью проводить автоматизированное проектирование устройств на их основе;

разработанные и исследованные макеты низковольтных высокоэффективных управляемых выпрямителей на основе БСИТ с пропорционально-насыщенным управлением демонстрируют к.п.д. более 90% при выходном напряжении от 2 до 3 В и рабочей частоте до 750 кГц.

Научные положения, выносимые на защиту:

  1. Режим пропорционально-насыщенного управления биполярным статическим индукционным транзистором позволяет на 25-30% снизить суммарные потери в транзисторах и управляемых выпрямителях на их основе, по сравнению с режимом управления постоянным током базы.

  2. Разработанная модель биполярного статического индукционного транзистора в виде электрической схемы замещения позволяет проводить автоматизированное проектирование устройств на их основе с погрешностью 5-10%.

  3. Разработанная методика проектирования управляемых выпрямителей на основе биполярных статических индукционных транзисторов в режиме пропорционально-насыщенного управления позволяет оптимизировать характеристики выпрямителей.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:

конференции «Современные наукоемкие технологии», РАЕ, Москва, 2005 г.;

конференции «Современные проблемы радиоэлектроники». Красноярск, КГТУ, 2005 г.;

научно-технической конференциии преподавателей и студентов, НовГУ, Великий Новгород, 2005 г;

VI Международном научном семинаре «Карбид кремния и родственные материалы», Великий Новгород, 2009 г.

Публикация результатов работы. По результатам выполненных исследований опубликовано тринадцать научных работ, в том числе три статьи в журналах из Перечня ведущих рецензируемых научных журналов и изданий, два Свидетельства РФ на полезную модель.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка, приложений.

Похожие диссертации на Разработка и исследование управляемых выпрямителей на основе биполярных статических индукционных транзисторов