Швидкодіючі запобіжники для захисту напівпровідникових приладів

Захист потужних напівпровідникових приладів – діодів, транзисторів, - тиристорів, затруднений тим, що ці прилади мають малу теплову інерцію та швидке прогрівання р-п переходів.

Звичайні типи запобіжників і автоматичних вимикачів у зв’язку з їх відносно великим часом спрацювання не забезпечують захист напівпровідникових приладів від короткого замикання.

Для виконання цієї задачі розроблені спеціальні швидкодіючі запобіжники.

Якщо с (час протікання струму), то процес нагрівання можна вважати адіабатичним. Для зручності узгодження характеристик приладів та запобіжників вводять поняття інтеграл Джоуля:

 

;

t – тривалість протікання струму через прилад.

Для ефективного захисту необхідно, щоб повний джоулів інтеграл запобіжника був меншим джоулевого інтеграла приладу, що захищається.

Джоулевий інтеграл нагрівання до температури плавлення вставки G_пл. і джоулевого інтеграла гасіння дуги – G_гас.

Для скорочення G_пл. запобіжник повинен працювати з великим струмообмеженням.

Для цього плавка вставка: 1) виготовляється із срібла; 2) має перешийок із мінімальним перерізом і охолоджується кварцовим наповнювачем.

Для кращого охолодження при великих номінальних струмах плавка вставка виконується із стрічки товщиною 0,05 – 0,2мм. Для цього також роблять заповлення кварцевим піском під великим тиском.

Для зменшення часу горіння дуги плавка має багато перешийків. Після плавлення вставки утворюється ряд послідовно включених дуг, завдяки цьому ВАХ запобіжника піднімається.

Кількість перешийків обмежується перенапругою, яка виникає при вимиканні кола.

При постійному струмі необхідно вибирати запобіжники на більш високі напруги, ніж при змінному струмі.

Час плавлення при сталому струмі.

 

;

 

Час плавлення при змінному струмі частотою :

 

;

 

де Б – константа, що залежить від питомої теплоти плавлення і випаровування матеріалу;

S – площа перерізу перешийка плавкої вставки запобіжника.

Б_Си =8∙10⁴ А/мм²;

Б_Al =3.4∙10⁴ А/мм²;

(стала часу кола);

установлене значення струму короткого замикання кола.

Постійний максимальний струм, що пропускається запобіжником:

 

;

 

, як правило, 35 мс

Конструктивно швидкодіючі запобіжники складаються із форфорового корпуса, всередині якого знаходиться плавка вставка і кварцовий пісок.

В сучасних перетворювачах кожний напівпровідниковий прилад має свій запобіжник.

Марки найпоширеніших швидкодіючих запобіжників ПП-57 і ПП-59

Швидкодіючі запобіжники працюють тільки для захисту від короткого замикання. Захист від перевантажень здійснюється іншими типами апаратів.

 

Вибір швидкодіючих запобіжників для захисту напівпровідникових приладів

 

1) Повний джоулевий інтеграл при вимиканні запобіжника

 

 

2) – беруть із каталога, або із рівняння (14.4);

де, I_т – допустиме значення ударного струму в прямому напрямку

Т – період ~ струму.

2) Якщо є декілька діодів для захисту діодів, повинна виконуватсь умова:

 

с =0 при рівномірному розподілі і

с – коефіцієнт нерівномірності поділу струму по вітках;

п – кількість паралельних виток перетворювача.

При пробиванні діода D_к (рис. 15.2) струм короткого замикання замикається через D_к і закорочує фази. Запобіжник FU спрацьовує, діод вимикається, і схема продовжує роботу із деяким перевантаженням діодів.

4) Найбільше значення струму, що проходить через запобіжник, повинно бути

5) при спрацюванні запобіжника в пошкодженій вітці характеристики запобіжників в непошкоджених вітках не повинні змінюватись. Звідси:

 

 

– джоулевів інтеграл G плавлення в непошкоджених вітках.

Найменше значення джоулевого інтеграла переддугового стану можна знайти за формулою:

 

;

 

6) джоулевий інтеграл запобіжника залежить від напруги:

 

7) Значення джоулевого інтегралу залежить для запобіжника від кола. Чим більше cos , тим менше джоулевий інтеграл G внаслідок полегшення гасіння дуги. Так, для cos =0.95, G =0.43 G_{початкове}.