Содержание
Указатель высокого напряжения (УВН) | Заметки электрика
Дорогие читатели, приветствую Вас на своем ресурсе «Заметки электрика».
Сегодня мы поговорим с Вами об указателе высокого напряжения, или сокращенно его называют УВН.
Данную статью пишу, так сказать, по горячим следам.
Несколько дней назад проводили фазировку электрооборудования с классом напряжения от 0,4 (кВ) до 10 (кВ).
Обойтись без указателей высокого и низкого напряжения там просто невозможно. Читайте мою подробную статью о применении, конструкции и испытании указателей низкого напряжения (УНН).
Применение УВН
Напомню сразу, что указатель высокого напряжения, да и не только высокого, но и низкого, является основным изолирующим электрозащитным средством. Об этом более подробно Вы можете прочитать в статье средства защиты в электроустановках.
Указатели высокого напряжения (УВН) применяются для проверки наличия, либо отсутствия высокого напряжения в распределительном устройстве на тех токоведущих частях, где будут производиться работы. А также УВН используют для проверки совпадения фаз, т.е. фазировки высоковольтного электрооборудования.
Из чего состоит указатель высокого напряжения?
Чтобы научиться правильно пользоваться указателем высокого напряжения, необходимо знать его конструкцию.
Вот об этом мы сейчас и поговорим.
В своей работе и практики чаще всего приходится пользоваться указателем высокого напряжения типа УВН-10 и УВНУ-10. Поэтому в данной статье основной упор я буду делать на конструкцию, испытание и применение указателей напряжения УВН-10 и УВНУ-10.
Указатель высокого напряжения УВН-10 и УВНУ-10 состоит из следующих основных частей:
- рабочая часть
- индикаторная часть (газоразрядная или светодиодная лампа, прорезь-окно для лампы или затенитель)
- изолирующая часть
- рукоятка с ограничительным кольцом
Рабочая и индикаторная части крепятся к изолирующей части с помощью резьбы. На фото выше показан УВНУ-10 транспортировочного вида.
Чтобы его привести в рабочий вид необходимо выкрутить резьбу, перевернуть рабочую и индикаторную часть и закрутить наоборот. Что из этого получится — смотрите картинку ниже.
Рабочая часть состоит из элементов, которые реагируют на присутствие напряжения в контролируемой цепи. Корпус рабочей части выполняется из электроизоляционного материала с улучшенными диэлектрическими свойствами.
Указатели могут быть:
- контактного типа (УВН-10)
- бесконтактного типа
- комбинированного типа (УВНУ-10)
В первом случае в рабочей части УВН имеется электрод-наконечник (щуп) для прямого контакта с токоведущей частью. Во втором случае — электрод-наконечник отсутствует.
Индикаторная часть указателей высокого напряжения состоит из элементов световой или свето-звуковой индикацией.
Световая индикация выполняется с помощью:
- газоразрядных ламп
- светодиодных ламп (более новые конструкции УВНУ-10)
Изолирующая часть указателей напряжения выше 1000 (В) выполняется из электроизоляционного материала, отталкивающих влагу, с улучшенными диэлектрическими и механическими свойствами.
Ее поверхность должна быть гладкой.
На изолирующей части указателей высокого напряжения должны отсутствовать различные трещины, царапины, расслоения и другие дефекты.
Запрещено в качестве изолирующей части использовать бумажно-бакелитовые трубки.
Рукоятка УВН может входить в состав изолирующей части, а может быть и отдельным звеном. Все зависит от типа и конструкции применяемого указателя напряжения.
Существуют нормы по минимальной длине рукояток и изолирующих частей указателей высокого напряжения в зависимости от класса напряжения. Все данные приведены в таблице ниже.
И еще, забыл упомянуть, что напряжение индикации УВН должно быть не более 25% от номинального напряжения сети.
Испытание указателей высокого напряжения (УВН)
Все УВН в процессе эксплуатации должны периодически проходить электрические испытания. Испытаниям повышенным напряжением подлежит изолирующая часть, а также проверяется напряжение индикации.
Рабочую часть УВН испытывают только по требованию руководства по эксплуатации.
Если же по характеру работы с УВН рабочая часть может стать причиной замыкания фазы на землю или двух фаз между собой, то в этом случае необходимо проводить электрические испытания рабочей части УВН.
В нашей электролаборатории мы проводим электрические испытания только изолирующей части УВН и проверку напряжения индикации УВН.
Испытание изолирующей части указателей напряжения выше 1000 (В) проводится следующим образом.
Испытательное напряжение от испытательного трансформатора прикладывают на место соединения ее с рабочей частью (резьба или разъем) и на временный электрод, который предварительно устанавливается около ограничительного кольца рукоятки.
Например, для указателей напряжения:
- до 10 (кВ) испытательное напряжение составляет 40 (кВ)
- от 10 — 20 (кВ) испытательное напряжение составляет 60 (кВ)
- от 20 — 35 (кВ) испытательное напряжение составляет 105 (кВ)
- 110 (кВ) испытательное напряжение составляет 190 (кВ)
- от 110 — 220 (кВ) испытательное напряжение составляет 380 (кВ)
Во всех случаях продолжительность испытания указателей напряжения составляет 5 минут.
Ток, проходящий через изделие не нормируется. Периодичность испытаний УВН — 1 раз в год.
Проверка напряжения индикации УВН с газоразрядной лампой проводится следующим образом.
Испытательное напряжение прикладывают на электрод-наконечник (если такой имеется, об этом читай выше) и на место соединения рабочей части с изолирующей частью (резьба или разъем). Испытательное напряжение плавно поднимают до значения, которое соответствует 25% от номинального напряжения сети.
Проверка напряжения индикации УВН со светодиодной лампой немного отличается от предыдущей проверки. Разница заключается в том, что напряжение от испытательного трансформатора прикладывается только на электрод-наконечник. Устанавливать вспомогательный электрод и заземлять его в этом случае нет необходимости.
Правила пользования указателем высокого напряжения
Перед применением указателя высокого напряжения нужно проверить его состояние — исправен он или нет, а также наличие штампа о прохождении испытания.
Как это сделать?
Исправное состояние УВН можно проверить путем кратковременного прикосновения им к токоведущим частям, находящимся под напряжением.
Как проверить отсутствие напряжения?
Проверка отсутствия напряжения указателем высокого напряжения производится в контролируемой цепи на токоведущих частях путем непосредственного контакта. Время контакта должно быть не менее 5 секунд.
Пользоваться указателем напряжения выше 1000 (В) следует только в диэлектрических перчатках.
Указатели напряжения (УВН) реагируют на емкостной ток. При внесении указателя высокого напряжения в электрическое поле, которое создается от токоведущих частей, находящихся под напряжением, емкостной ток проходит через УВН по цепи: токоведущая часть — щуп — газоразрядная лампа (светодиодная лампа) — конденсатор, встроенный в трубку — проводимость изолирующей части — проводимость человека — земля.
P.S. На этом статью на тему указатель высокого напряжения я завершаю. Думаю, что данный материал будет Вам полезен, т.к. повторяю еще и еще, что электробезопасность превыше всего, а тем более в электроустановках высокого напряжения.
Если статья была Вам полезна, то поделитесь ей со своими друзьями:
Распределительные устройства высокого напряжения | Электроснабжение, электрические сети | Архивы
Страница 29 из 52
Распределительным устройством (РУ) называется электроустановка, предназначенная для приема и распределения энергии. Распределительное устройство высокого напряжения состоит из следующих конструктивных элементов:
а) сборные шины;
б) камеры и аванкамеры выключателей;
в) камеры трансформаторов напряжения для питания аппаратов защиты, измерительных приборов и приборов учета электроэнергии;
г) коридор управления;
д) камеры реакторов.
Распределительные устройства бывают с монтажом электрооборудования непосредственно на месте установки (закрытые и открытые) и комплектные (КРУ), состоящие из металлических шкафов заводского изготовления, в которых встроены все электрические аппараты высокого напряжения, аппаратура защиты и измерительные приборы.
Комплектные распределительные устройства изготовляются как для внутренней, так и для наружной установки на напряжение 6—10—35 кВ.
Закрытые распределительные устройства сооружаются на напряжение 6—10 и реже на 35 кВ. Открытые РУ строятся для установок более высокого напряжения.
Распределительные устройства должны быть надежны в эксплуатации, удобны п безопасны для обслуживания и экономичны при сооружении.
Надежность и бесперебойность питания потребителей обеспечиваются правильным выбором электрической схемы и качеством электрооборудования.
Таблица 10.1
Минимальные допустимые расстояния и габариты РУ 6—10 кВ
Удобство и безопасность обслуживания достигаются соблюдением необходимых габаритных размеров и расстояний между токоведущими частями (табл. 10.1).
Закрытые РУ высокого напряжения могут в зависимости οт располагаемого оборудования иметь однорядное или двухрядное исполнение. Наибольшее распространение имеют двухрядные распредустройства, при которых получаются более компактные здания.
На рис. 10.13 приведены схематические планы распредустройств 6—10 кВ с указанием основных габаритов, входов и выходов.
Рис. 10.13. План РУ 6—10 кВ: а — однорядное; б — двухрядное
При длине коридора управления до 7 м допускается один выход, до 60 м — два выхода, расположенных друг против друга по концам коридора или на расстоянии не более 7 м от торцов здания РУ.
Помещения РУ, как правило, выполняются без окон и отопления (за исключением РУ, имеющих постоянный дежурный персонал).
Сборные шины располагаются в верхней части РУ на расстоянии не менее 500 мм от перекрытия. Шины крепятся на опорных изоляторах, устанавливаемых либо на металлических конструкциях, либо на стене.
Камеры выключателей могут быть закрытыми и открытыми. Первые носят название взрывных и в них устанавливаются масляные выключатели с объемом масла более 60 кг (ВМБ-10, ВМ-16, ВМ-22, ВМ-23 и т. д.).
В открытых камерах (чаще всего их заменяют комплектные заводские ячейки типа КСО) устанавливаются выключатели с малым объемом масла горшкового типа ВМГ-133, МГГ и т.
д., которые не являются взрыво- или пожароопасными.
На встроенных подстанциях, имеющих РУ, рекомендуется устанавливать масляные выключатели только с малым объемом масла.
Взрывные камеры должны иметь огнестойкие перегородки и двери, выходящие наружу. Электрические соединения вводов масляного выключателя со сборными шинами и прочей аппаратурой выполняется при помощи проходных изоляторов, установленных в перегородке между камерой выключателя и аванкамерой1.
Разъединители устанавливаются в аванкамере, а трансформаторы тока либо в аванкамере, либо в перегородке взамен проходных изоляторов. Привод масляного выключателя устанавливается на стенке в коридоре управления вместе с приводами разъединителей.
В случае взрыва масляного выключателя (под действием незагашенной электрической дуги) двери камеры, как наиболее слабое звено, срываются силой взрывной волны, не причиняя существенных разрушений остальным частям здания РУ.
Приводы разъединителей и выключателей обязательно снабжаются механическими или электромагнитными блокировками, исключающими ошибочные отключения персоналом разъединителей под нагрузкой.
Измерительные трансформаторы напряжения совместно с разъединителями и предохранителями устанавливаются в открытых камерах РУ.
Коридор управления представляет собой помещение, в котором установлены все приводы выключателей и разъединителей и аппараты управления. При двухрядном расположении аппаратуры коридоры управления выполняются шириной не менее 2000 мм, а при однорядном — 1500 мм. При необходимости допускается местное сужение коридора не более чем на 200 мм (выступающая колонна, пилястр и т. д.).
Камеры реакторов (назначение см. гл. XII, XIII) выполняются закрытыми и снабжаются естественной вентиляцией, аналогично камерам силовых трансформаторов. Три фазы воздушных бетонных реакторов обычно располагаются внутри камеры вертикально на одном фундаменте. На рис. 10.14 показан разрез РУ на напряжение 10 кВ с закрытыми камерами.
Как видно из рисунка, баковые масляные выключатели в закрытых камерах подвешиваются на металлической конструкции, закрепленной на боковых стенках камеры.
Высота установки масляного выключателя принимается с учетом возможности опускания бака для осмотра контактов. Крупные масляные выключатели могут устанавливаться на особых тележках. Малообъемные масляные выключатели могут быть укреплены на стене, на стальной конструкции или установлены на полу.
Рис. 10.14. Разрез РУ с закрытыми (взрывными) камерами масляных выключателей
Широкое распространение получили в последнее время комплектные распределительные устройства, благодаря тому, что их применение значительно упрощает и ускоряет строительство и монтаж распределительных устройств. Комплектные распредели тельные устройства могут комплектоваться либо из отдельных металлических шкафов (камер) типа КСО (камера сборная одностороннего обслуживания), в каждом из которых неподвижно встраиваются все электрооборудование одной ячейки, либо из металлических шкафов (КРУ), в которых коммутационные аппараты — выключатели и разъединители, а также измерительные трансформаторы напряжения и разрядники размещаются в шкафах на выкатной тележке.
1 Аванкамерой (предкамерой) называется открытая со стороны коридора управления ячейка РУ, в которой смонтирован кабельный или воздушный ввод отходящей или питающей линии.
Для сборки из камер КСО и КРУ различных схем распределительных устройств последние выпускаются по определенной сетке первичных и вторичных схем с различным электрооборудованием. Камеры КСО отличаются простотой конструкции и их изготовляют как на заводах, так и в мастерских монтажных организаций. На монтажную площадку они доставляются с вмонтированным оборудованием. Конструктивно шкафы КРУ выполнены так, что основное оборудование (выключатели, разъединители, предохранители, измерительные трансформаторы) размещены внутри шкафа, а приводы управления выключателями и разъединителями, приборы управления и защиты расположены на наружной стене шкафа. Главные шины расположены открыто сверху над шкафом. На рис. 10.15 приведены некоторые камеры КСО1. В настоящее время ЦПКБ треста «Электромонтажконструкция» разработана новая конструкция КСО-266 вместо КСО-2УМ, выпускавшихся ранее.
Рис. 10.15. Камеры КСО:
а — с выключателем ВМГ и трансформаторами тока ТИФ; б — с трансформатором напряжения НТМИ; в — с выключателем нагрузки ВНП
В основном КСО-266 отличается от КСО-2УМ наличием стационарных заземляющих ножей, блокировок и уменьшенным размером по ширине. На рис. 10.16 представлен шкаф КСО-266 с масляным выключателем.
Большое распространение получили камеры КРУ выкатного исполнения, допускающие смену встроенной аппаратуры, в частности выключателя, выкаткой тележки с аппаратурой, требующей ремонта, и заменой ее такой же тележкой с резервной аппаратурой. Это позволяет обеспечить быструю ликвидацию аварии и ввод в действие распределительного устройства.
1 Размеры камер КСО одинаковы. Рисунок является безмасштабным.
Кроме того камеры КРУ надежны в эксплуатации и безопасны при обслуживании. По конструктивному выполнению шкафы КРУ рассчитаны на двустороннее обслуживание. Корпус шкафа разделен металлическими перегородками на ряд отсеков (отсек выкатной тележки, трансформаторов тока и кабельной сборки, отсек первичного шинного разъединяющего контакта, блок сборных шин, блок вторичной аппаратуры, блок релейной защиты), в которых устанавливаются оборудование и аппараты.
В отсеке тележки размещается металлическая тележка на четырех катках, на которой установлены выключатель с приводом, подвижные части первичных разъединяющих контактов, вставка штепсельного разъема с гибким металлическим рукавом.
Рис. 10.16. Общий вид камеры КСО-266 с масляным выключателем ВМГ-133
В качестве разъединителя здесь используются вторичные разъединители штепсельного типа. При выкатывании тележки в ремонтное положение предназначенные для первичных разъединяющих контактов проемы закрываются автоматически падающими шторками, а ври вкатывании тележки шторки автоматически открываются. Этим самым исключается случайное прикосновение людей к частям, оставшимся под напряжением. Камеры КРУ с выключи телями имеют механическую блокировку, исключающую выкат ку или вкатку тележки при неотключенном выключателе. Тележка в корпусе шкафа КРУ может занимать следующие положения:
а) рабочее — при котором тележка вдвинута до упора и первичные и вторичные цепи замкнуты;
б) испытательное — при котором первичные цепи разомкнуты (разъединители отключены), а вторичные цепи (управления, сигнализации, защиты и измерения) могут оставаться замкнутыми.
При ремонтных работах или ревизии тележка полностью выдвигается из шкафа. На рис. 10.17 показан шкаф КРУ серии К-ХП с выключателем типа ВМП-10К с приводом типа ПЭ-11.
- Назад
- Вперед
Высоковольтные устройства
Текстовый индекс высокого напряжения >>>
Руководство по сборке PDF-файл, 470 КБ.
Универсальный блок питания высокого напряжения. Этот высоковольтный источник питания может использоваться в различных высоковольтных приложениях, таких как:
кирлианская фотография
гелий-неоновый источник питания для лазерных трубок
рентгеновские трубки
плазменные трубки 6 генераторы отрицательных ионов, 900 и т.д.
Регулировка частоты с помощью потенциометра. Также имеет переключатель диапазона высоких-низких частот.
Кроме того, эта цепь должна питаться либо от батареи 9–25 В постоянного тока (максимум 25 В при 300 мА), либо от настенного трансформатора также 9–25 В (максимум 25 В при 300 мА) с выходом переменного или постоянного тока.
Несмотря на то, что батареи обеспечивают преимущество портативности (для работы в полевых условиях), при использовании любого источника питания, который может обеспечивать ток более 300 мА. нужно поставить
токоограничивающий резистор последовательно с блоком питания. Например, при питании цепи от свинцово-кислотных аккумуляторов на 24 В (2 батареи по 12 В) следует последовательно добавить резистор 84 Ом мощностью 10 Вт между источником питания и цепью, чтобы ограничить ток в цепи до 300 мА.
При использовании стандартных конденсаторов C1 и C4 диапазон низких частот составляет примерно 700–1300 Гц. Диапазон высоких частот составляет примерно 800-2000 Гц. При входном напряжении 24 В постоянного тока в цепи выходное напряжение, измеренное с помощью искрового разрядника и сферических электродов, составляет примерно 10–14 кВ. Меняя конденсаторы С1 и С4, можно изменять рабочую частоту и выходное напряжение схемы, см. таблицу ниже.
ВХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ 12 В пост. тока |
|||||
| С1(мкФ) | С4(мкФ) | Низкочастотный диапазон | Выходное напряжение | Высокочастотный диапазон | Выходное напряжение |
|
0,047 |
0,1 |
700 Гц / 1300 Гц |
10/8,5 кВ |
800 Гц / 2000 Гц |
10/8 кВ * |
|
0,22 |
0,22 |
70 Гц / 200 Гц |
0/10 кВ |
250 Гц / 500 Гц |
0/10 кВ |
|
0,22 |
0,47 |
70 Гц / 250 Гц |
0/10 кВ |
125 Гц / 330 Гц |
0/15 кВ |
|
1 |
1 |
30 Гц / 40 Гц |
0 кВ |
40 Гц / 60 Гц |
0 кВ |
* Стандартное устройство
ВХОДНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ 24 В пост. тока |
|||||
| С1(мкФ) | С4(мкФ) | Низкочастотный диапазон | Выходное напряжение | Высокочастотный диапазон | Выходное напряжение |
|
0,047 |
0,1 |
700 Гц / 1300 Гц |
17/15 кВ |
800 Гц / 2000 Гц |
14/10 кВ |
|
0,22 |
0,22 |
70 Гц / 200 Гц |
0/10 кВ |
250 Гц / 500 Гц |
0/10 кВ |
|
0,22 |
0,47 |
70 Гц / 250 Гц |
0/12 кВ |
125 Гц / 330 Гц |
0/22 кВ |
|
1 |
1 |
30 Гц / 40 Гц |
0кВ |
40 Гц / 60 Гц |
0кВ |
Руководство по сборке (файл PDF 470 КБ)
Учебное видео по строительству в низком разрешении (файл WMV 7,52 Мб)
Учебное видео по строительству в высоком разрешении (файл WMV 16,9 Мб)
HVPS-01 — 94,95 $
Высоковольтный источник питания (комплект; требуется сборка)
Генератор ионов
Генерирует отрицательные ионы и выдувает воздух без каких-либо движущихся частей.
Высоковольтный генератор отрицательных ионов создает «ионный ветер» без вентилятора или движущихся частей. Ветер создается силой отталкивания ионов. Принципиально аналогичен ионным двигателям, используемым НАСА в современных космических кораблях. Генерация отрицательных ионов для здоровья и удаления загрязнений из воздуха на небольших площадях. В комплект входит отрицательный источник питания 7,5 кВ постоянного тока на 400 мкА, 7 ионных ветряных трубок и крепежные детали для ионного ветрогенератора.
IG8 — 94,95 долл. США
Комплект генератора ионов (комплект; требуется сборка)
12 В постоянного тока, 500 мА — 13,95 долл. США
PN# ACA-12VDC-M-WP
Выберите продукт:
Генератор ионов IG8 $94,95ACA-12VDC-M-WP $13,95
Трансформатор обратного хода высоковольтного источника питания
Универсальный блок питания высокого напряжения. Этот высоковольтный источник питания может использоваться в различных высоковольтных приложениях.
Твердотельный высоковольтный источник питания идеально подходит для экспериментов с высоким напряжением, таких как фотосъемка по методу Кирлиана. Генерирует до 15 кВ при 22 кГц от полупроводниковой цепи. Высокое напряжение на терминале не убьет вас электрическим током, так что это относительно безопасно, но оно может вас обжечь, поэтому будьте осторожны.
Кроме того, эта цепь должна питаться либо от батареи 12 В постоянного тока, либо от настенного трансформатора также 12 В с выходом переменного или постоянного тока. 12 В постоянного тока 500 мА.
HVPS-02 — 94,95 долл. США
Высоковольтный источник питания (комплект; требуется сборка)
PS21 — 9,95 долл. США
PN# ACA-12VDC-MWW
Выберите продукт:
HVPS-02 $94,95ACA-12VDC-MWW $9,95
Высоковольтный плазменный генератор
- Создает искры диаметром 0,25 дюйма для ручной отвертки
- Люминесцентные лампы без проводов
- Создайте свой собственный плазменный шар
- Генерирует до 15 кВ при 22 кГц от полупроводниковой схемы
Твердотельный высоковольтный источник питания идеально подходит для экспериментов с высоким напряжением,
как кирлианская фотография. Высокое напряжение на терминале не
убить вас электрическим током, так что это относительно безопасно, но может обжечь вас,
так что будьте осторожны. 12 В постоянного тока 500 мА.
Руководство (PDF)
HVPS-03/PG13 — 96,95 долл. США
Комплект плазменного генератора (комплект; требуется сборка)
ACA-12VDC-MWW — 9,95 долл. США
Адаптер переменного тока
Выберите продукт:
Комплект HVPS-03/PG13 $96,95ACA-12VDC-MWW $9,95
Блок питания с отрицательными ионами
Характеристики
|
Приложения
|
Спецификация (PDF 91 КБ)
HVPS-06 — $48,95
Высоковольтный блок питания
ACA-12VDC-500mA — $9,95
PN# ACA-12VDC-MWW
Регулируемый источник питания высокого напряжения отрицательного
Характеристики
|
Приложения
|
HVPS-07 — 74,95 долл. США
Регулируемый источник питания высокого напряжения отрицательного напряжения
ACA-12VDC-MWW — 9,95 долл. США
Адаптер переменного тока
Генератор отрицательных ионов
Компактный генератор отрицательных ионов очищает воздух от примесей и обеспечивает фонтан
свежего воздуха. Эти отрицательные ионы того же типа, которые производятся в
гроза. Этот блок настроен на 7,5 кВ и может работать напрямую от стандартного
120 В переменного тока. Очень прост в использовании — просто подключите любой сетевой шнур переменного тока к черному и
белые провода питания, и будет испускаться огромное количество отрицательных ионов
с помощью показанного узла излучателя с 4 иглами. Полностью инкапсулированный модуль примерно
2 дюйма х 1 5/8 дюйма х 7/8 дюйма
IG-01 — $29,95
Генератор отрицательных ионов
Скоро
2.1 Типы высоковольтных устройств
2.1 Типы высоковольтных устройств
Далее: 2. 2 Методы проектирования устройств
Up: 2. Высокое напряжение и мощность
Предыдущий: 2. Высокое напряжение и мощность
Подразделы
- 2.1.1 Полевой транзистор на основе оксида металла и полупроводника
- 2.1.2 Биполярный транзистор с изолированным затвором
Огромный диапазон напряжений, охватываемый полупроводниковыми приборами, уже предполагает
что невозможно удовлетворить все требования с помощью одного устройства
тип. На самом деле используется широкий спектр различных устройств. Сегодня для переключения
приложениях обычно используются два основных типа устройств MOSFET (металлические
Oxide Semiconductor FET) и IGBT (биполярный транзистор с изолированным затвором)
[19]. Последний особенно используется для напряжений выше
300В. В настоящее время доступны модули IGBT для блокирующих напряжений до
6,5кВ [20,21] и максимальным суммарным током до
несколько тысяч ампер [22]. Для полноты оба
устройства будут кратко описаны, несмотря на то, что эта работа сосредоточена на MOSFET
устройства в автомобильных приложениях, где устройства IGBT редко используются.
Принцип работы полевых транзисторов (FET) заключается в управлении током в
твердого полупроводника электрическим полем. Впервые эту концепцию предложил
Lilienfeld [23] в двух патентах [24,25], выданных в 1930 и 1933 гг. Функциональность была подтверждена в
1948 г., но из-за проблем с интерфейсом и поверхностью, а также из-за изобретения и
Успех биполярного транзистора (BJT) полевого транзистора
дальше не преследовался. Внедрение термически выращенных диоксидов кремния
в 1959 [26] проложили путь для устройств MOSFET. По сравнению с
BJT, преимущества МОП-устройств заключаются в более простой обработке и лучшем
масштабируемость при сниженном энергопотреблении [27]. Тем не менее
настоящий прорыв произошел с ростом требований к интегральным схемам и
методы изготовления КМОП (комплементарных МОП) [27].
В области энергетики и высокого напряжения биполярный транзистор широко использовался до 1980-х годов.
[28]. Основным недостатком БЮТ в этом режиме является низкая
коэффициент усиления по току, для создания которого требовались сложные и дорогие схемы управления.
базовый ток. Эти схемы требовали дополнительной мощности и повышенного
тепловыделение было большой проблемой. Также внедрение мобильных устройств
повысился спрос на более высокую эффективность. Попытка увеличения
усиление тока в биполярных транзисторах приводит к более низким напряжениям пробоя и, следовательно, также не
универсальное решение. С другой стороны, полевые транзисторы имеют напряжение
управляется и не требует статического управляющего тока. Это помогло преодолеть
проблемы в цепи управления. Дополнительным преимуществом устройств MOSFET является то, что
второй поломки нет. Более высокие температуры приводят к уменьшению
подвижность носителей и, следовательно, ток стока уменьшается. Это приводит к
в снижении потерь мощности и тепловыделения. Таким образом, в отличие от BJT,
Устройства MOSFET можно просто соединить параллельно [29].], который
основа для проектирования силовых структур MOSFET.
Эти силовые МОП-транзисторы состоят из множества одиночных структур МОП-транзисторов.
соединены параллельно на уровне микросхемы. Сначала конструкции строились с
V-образный затвор, выгравированный на кремнии, дает устройству название VMOS (см.
Рис. 2.1(а)). В этом методе изготовления было проблематично производить
стабильные пороговые напряжения. Еще одной проблемой были сильные электрические поля вблизи
нижний пик оксида, ухудшившего напряжение пробоя. Эволюция
VMOS — это UMOS (см. рис. 2.1 (b)), где ворота выгравированы на
U-образная форма, в результате чего ток в канале течет вертикально к поверхности чипа. Этот
структура избегала пикового электрического поля, которое появлялось в нижней части
V-образная структура. UMOS изготовлен с использованием траншейного травления, которое было
первоначально представленный для изготовления высокоинтегрированной динамической памяти
клетки.
|
В конструкции канала используется другой метод изготовления.
MOSFET с двойной диффузией или просто DMOS (см. рис. 2.2). Вот, канал
область строится за счет боковой диффузии n- и p-примесей, обе маскируются
ворота. Длина канала определяется коэффициентом диффузии примесей и
температура и время процесса диффузии. Литографические ограничения не
влияют на минимальную длину канала, так как ее можно отрегулировать, изменив
температура и время процесса диффузии. Так как ворота можно использовать как
маска для диффузии канала, этот процесс является самовыравнивающимся и высокоэффективным.
можно получить точность.
Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT) [30] сочетает в себе
высокое входное сопротивление МОП-транзистора и высокая плотность тока,
возможны из-за биполярного переноса тока. Очень низкое поверхностное сопротивление
может быть достигнуто, что приводит к низкому падению напряжения и, следовательно, уменьшает
тепловая мощность, вырабатываемая в устройстве. На рис. 2.3 две разные формы
показаны структуры IGBT. Первые предложенные конструкции были изготовлены
с использованием методов двойной диффузии, как это используется для DMOSFET. Другой
структура вводит траншейный затвор UMOS в IGBT и помогает
дальнейшее снижение падения напряжения в открытом состоянии. Основное преимущество IGBT
по сравнению с тиристором и запирающим транзистором (GTO) является
емкостное управление затвором. Для низких частот это приводит к почти
беспотенциальное управление напряжением. Таким образом, сложные схемы управления, которые
особенно необходимо отключить GTO можно избежать.
|
Сравнение IGBT и MOSFET в высоковольтных приложениях показывает, что
удельные листовые сопротивления во включенном состоянии могут быть достигнуты с помощью
БТИЗ.
Добавить комментарий