Ключовим називається режим роботи біполярного транзистора, при якому транзистор або повністю відкритий, знаходиться в режимі насичення, або повністю закритий, абсолютно не проводить струм. З одного стану в інший біполярний транзистор в цьому режимі переключається за дуже невеликий час.
Для ключового режиму характерна мінімальна розсіює потужність на транзисторі. Дійсно, розсіює потужність дорівнює добутку напруги на елементі на силу струму через нього. У ключовому режимі за винятком невеликих перехідних періодів, або напруга на транзисторі дуже невелике (коли транзисторний ключ відкритий), або струм дорівнює нулю (коли транзисторний ключ закритий).
Вашій увазі добірка матеріалів:
керуючий струм
На першому етапі потрібно визначитися з струмом, який потрібно комутувати і з коефіцієнтом передачі струму обраного біполярного транзистора. Зверніть увагу, що для коефіцієнта передачі струму характерний великий розкид. Потрібно орієнтуватися на мінімально можливий коефіцієнт передачі струму. Крім того, зазвичай робиться невеликий запас 20 - 30%, з цим запасом теж треба визначитися.
[Керуючий струм] = (1 + [коефіцієнт запасу]) * [комутований струм (струм навантаження)] / [коефіцієнт передачі струму]
Потужність, що розсіюється в відкритому стані
[Розсіюється в стаціонарному режимі] = ([напруга насичення колектор - емітер] * [струм навантаження] + [напруга насичення база - емітер] * [керуючий струм]) * [частка робочого часу, коли транзистор залишається у відкритому стані]
Частка робочого часу, коли транзистор залишається у відкритому стані застосовується в розрахунку, якщо транзистор досить часто (100 і більше разів на секунду) перемикається. Якщо транзистор перемикається рідше, то цей коефіцієнт вважається рівним одиниці.
Пікова потужність, що розсіюється при відкритті
Формули для розрахунку пікових потужностей приблизні. Перехідні процеси, що протікають при перемиканні, мають складну фізичну природу. Їх точна математичне моделювання утруднено. Але для наших інженерних цілей наведені формули дають результат необхідної точності.
Ця потужність залежить від типу навантаження.
Навантаження має емкостную природу, прагне підтримувати фіксований напруга на собі, а значить, і на транзисторі, так як напруга на транзисторі дорівнює напрузі харчування мінус напруга на навантаженні.
[Пікова потужність відкриття] = [Напруга харчування] * [комутований струм] / 2
Навантаження має індуктивну природу, прагне підтримувати фіксований струм через себе, а значить, і через транзистор.
[Пікова потужність відкриття] = 0
Навантаження має резисторную природу. Струм через навантаження і через транзистор пропорційний напрузі на навантаженні.
[Пікова потужність відкриття] = [Напруга харчування] * [комутований струм] / 6
Пікова потужність, що розсіюється при закритті
Ця потужність теж залежить від типу навантаження.
Якщо навантаження має емкостную природу.
[Пікова потужність закриття] = 0
Навантаження має індуктивну природу.
[Пікова потужність закриття] = ([Напруга харчування] + [Напруга індуктивного викиду з урахуванням схеми демфірованія]) * [комутований струм] / 2
Зверніть увагу, що індуктивний викид напруги при закритті транзистора може в десятки разів перевищувати робочу напругу. Теоретично він нічим не обмежений. Для його зниження і захисту транзистора використовуються різні схеми демпфірування.
Навантаження має резисторную природу.
[Пікова потужність закриття] = [Пікова потужність відкриття]
Сумарна середня потужність, що розсіюється ключем
[Сумарна середня розсіює потужність] = [розсіюється в стаціонарному режимі] + ([Пікова потужність відкриття] * [Час відкривання транзистора] + [Пікова потужність закриття] * [Час закривання транзистора]) * [Частота перемикань]
Розмірності величин у всіх формулах: Сила струму - ампери (А), Напруга - Вольти (В), Час - Секунди (с), Частота - Герци (Гц), Потужність - Примор'я (Вт)
Параметри і максимальні експлуатаційні умови транзистора
Перевіримо тепер наостанок, чи підійде нам обраний транзистор.
Максимальна напруга колектор - емітер має бути вище комутованого напруги, а для випадку коммутирования індуктивного навантаження, вище комутованого напруги з урахуванням кидків напруги при обраній схемі демпфірування.
Максимальний струм бази повинен бути вище, ніж наш розрахунковий керуючий струм.
Максимальний струм колектора повинен бути вище, ніж комутований струм.
Допустима пікова потужність розсіювання повинна бути вище, ніж пікова потужність розсіювання в момент комутації. Справа в тому, що навіть за умови невисокої середньої потужності, що розсіюється, велика теплова енергія, що виділяється за дуже короткий час при перемиканні, може погубити біполярний транзистор.
Допустима середня розсіює потужність повинна бути вище, ніж сумарна середня потужність, що розсіюється ключем.
Частота. рекомендована для транзистора, повинна бути вище, частота перемикань в схемі.
Система охолодження транзистора (радіатор або інша система відводу тепла) повинні бути в змозі розсіяти виділяється потужність.
Для використання в якості ключів краще підбирати транзистори з мінімальними напругою насичення колектор - емітер, база - емітер, це знизить втрати потужності в відкритому стані, мінімальними часом включення і виключення (розсмоктування), це знизить втрати потужності при перемиканні, максимальним коефіцієнтом передачі струму, це знизить втрати на управління.