|
|
В принципе, как IGBT, так и МОП-транзисторы способны выдерживать, не выходя из строя, лавинный пробой. Однако допустимая энергия пробоя невелика (десятки-сотни миллиджоулей) и вероятность отказа вполне реальна. Отсюда следует необходимость защиты от бросков напряжения в силовой цепи. Для двухполярных реле, коммутирующих цепи переменного тока, справедливо все сказанное выше о защите тиристорных реле. Защитой однополярных реле может служить стабилитрон или варистор, шунтирующий выход.
Распространенный способ защиты от высоких напряжений, возникающих при отключении индуктивной нагрузки, - шунтирование ее диодом в обратной полярности. Ток I, протекавший через нагрузку до разрыва цепи, в этом случае спадает по экспоненте с постоянной времени L/r, где:
L и г - соответственно индуктивность и сопротивление нагрузки.
Часть энергии W = LI2/2, запасенной в индуктивности нагрузки, рассеивается на ее активном сопротивлении, другая - на шунтирующем диоде. Можно показать, что при малых значениях r основная доля рассеиваемой энергии приходится на диод. Это вызывает перегрузку последнего по импульсной, а при высоких частотах коммутации - и по средней рассеиваемой мощности. Если предельно-допустимое напряжение транзистора Uдоп значительно выше коммутируемого Uком, режим работы защитного диода существенно облегчит включение последовательно с ним резистора номиналом R < (Uдоп - Uком)/I
В этом случае в момент выключения напряжение на выходе реле равно Uном + RI на диоде выделяется энергия Wд = LuдI/2(R + r), (где Uд » 0,7В - прямое падение напряжения на диоде), а на резисторе - WR = RLI2/ 2(R + r). Следовательно, при частоте коммутации fком мощность резистора должна быть не менее РR = (RLI2/ 2(R + r))* fком. Введение резистора дает еще один положительный эффект - уменьшает время выключения нагрузки, так как постоянная времени спада тока в этом случае равна L/(R + r).
Для реле серий 5П 19, 5П 20, как уже отмечалось, характерна задержка включения в десятки миллисекунд, что ограничивает максимальную частоту коммутации значениями 10...30Гц. Длительность нарастания тока в нагрузке при включении tнар - единицы миллисекунд. В этом интервале на коммутирующем элементе реле рассеивается энергия Wком = Uком*Iком*tнар/6, где:
Iком - коммутируемый ток.
Так как длительность спада тока при выключении на порядок меньше tнap, рассеиваемой при этом энергией можно пренебречь. Потенциально опасны для силовых транзисторов реле два режима работы: коммутация стационарной нагрузки с частотой, близкой к предельной, и включение нагрузки с большим пусковым током (например, пусковой ток лампы накаливания более чем в 10 раз превышает номинальный). В первом случае средняя рассеиваемая реле мощность равна Wком* fком + (Rоткр*I2ком)/Q, где:
Rоткp - сопротивление выходной цепи в открытом состоянии;
Q - скважность (отношение периода коммутации к длительности включенного состояния).
Например, на однополярном реле 5П 20.10 П-5-0,6 (предельное напряжение - 60В, ток - 5 A, Rоткp - 0,055 Ом, тепловое сопротивление кристалл - окружающая среда - 40°С/Вт) при токе нагрузки 5 А в постоянно включенном состоянии выделится мощность не более 1,375 Вт, что вызовет приемлемый в большинстве случаев перегрев кристалла относительно среды на 55°С. Однако коммутация той же нагрузки с частотой 10 Гц при скважности 2, напряжении 50В и tнap = 5 мс приведет к возрастанию выделяемой мощности до 2,77 Вт и перегреву кристалла уже на 110°С. Это не позволит реле надежно работать при температуре окружающей среды выше 40°С.
|
|
