автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.12, диссертация на тему:Обратные параметры и явление вторичного пробоя мощных переключающих транзисторов в преобразователях постоянного напряжения

АКАДЕМИЯ НАУК УКРАИНЫ ИКСГИТУТ ЭЛЕКТРОДИНАМИКИ

На правах рукописи

ИЕРУСАЛИМОВ Александр Маркович

ОБРАТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И ЯВЛЕНИЕ ВТОРИЧНОГО ПРОБОЯ МОЩНЫХ ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИХ ТРАНЗИСТОРОВ В ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Специальность 05.09.12 - Полупроводниковые преобразователи

электроэнергии

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени ' кандидата технических наук

КИЕВ 1992

Работа выполнена в Институте элвктродтшяки АН Укргит Научные рукоиодители - кандидат технических наук,

I Ь.и'.драоович |

■- доктор технических наук,

Н.Н.Юрченко

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

С.Г.Герман-Галкин

- кандидат технических наук, В.Н.Губарзвич

Ведущая'организация - ПО "Реле и автоматики" (г.Киев)

Зашита диссертации состоится н22 " Д9каг!Ря 1992 г.

в _час. на заседании специализированного совета Д 016.30.03

по защите диссертаций при Институте электродинамики АН Украины (252680, г. Киев-57, проспект Победа, 56, тел.совета 446-91-15)

С диссертацией мояно ознакомиться в библиотеке Института электродинамики АН Украины.

Автореферат разослан "20 " ДекабРя 1992 г.

Ученый секретарь специализированного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИНА РАБОТУ

Актуальность проблемы. Повышение надежности, экономичности, энергетической эффективности, долговечности при одновременном снижении себестоимости, массо-габаритных показателей и затрат на эксплуатацию любых видов электронной аппаратуры является оЗи^м требованием современного рынка научно-технлческой продукции. Применительно к преобразовательной технике это выражается преимущественно в росто КПД и мощности ссздаваешх устройств за счет повышения уровня преобразуемого напряжения и увеличенал частот^ преобразования. Наиболее ярко такие тенденции проявляются, тп-ример, при проектировании сетевых источников электропитания на основе преобразователей постоянного напряжения (ППН) - одного из наиболее распространенных классов устройств преобразования электромагнитной энергии.

Решение этих практических задач в значительной степени опирается на использование силовых транзисторных ключей (СТК) в качество коммутирующей1 элементной базы ШН. Сочетание тага.х характеристик СТК, как толнэя управляемость, высокое быстродействие, малые статические и динамические потери, технологичность в ном производстве, возг.:о.яюста параллельного соединения бомтгв числа единггших элементов определяет шсокую эффективность СТК на основе биполярных и полевых транзисторов (БТ к ПТ).

Переход к повышенным рабочим непряжениям выдвигает на первый план вопросы обеспечения высокой надежности работы СТК. В данном случае проявляется один из основных недостатков СТК -критичность биполярных транзисторов я перегрузкам. Вс многих случаях это является существенным препятствием к повышению мощности преобразовательных устройств. Действующая в настоящее ^ре-мя система предельно допустимых параметров транзисторов принята еще в 1958-1959 гг. и ориентирована преимущественно на линейный режим работы БТ. В существующем виде применение ее к клтевому режиму неэффективно. Согласно статистике отказов, одна из наиболее распространенных и трудноустранимых причин выхода ключевых элементов из строя заключается в развитии так ьасызаекогэ вторичного пробоя (ВП). Известен ряд методов определения границы В11

на статической и импульсной областях безопасной - работы (ОБР). Вопросы определения динамической ОБР и исследования электрофизических механизмов ВП во взаимосвязи с реальными режимами работы силовых каскадов изучены в значительно меньшей степени. Отсутс-тьупт также детальные рекомендации по выбору безопасных режимов эксплуатации'к физически обоснованные методики определения предельно допустимых параметров БТ для режимов коммутации активно-индуктивной нагрузки. Исследования в этой области позволяют полнее использовать максимальные возможности БТ во всем диапазоне рабочих токов и напряжений. Информация по ОБР для режимов переключения мо>::ет служить уточняющим фактором при расчете цепей формирования траектории рабочей точки либо при выборе иного способа защиты СТК.

Исследования по диссертационной работе проводились в Институте электродинамики ЛН Украины в раж ах координационного плана научно-исследовательских работ "Научные, основы электроэнергетики" по проблеме "Преобразование параметров электрической энор-гга''\ Постановлениям Президиума Л11 Укра'.гны от 17.11.82 г. N 487, от 24.12.87 г. N 402 по телам "Транзистор" (1982-1987), "Тран-знстор-2" (1988-1991), включенным в число важнейших работ АН Украины .

Црлыо диссертационной работы является повышение надетое; транзисторных преобразователей постоянного напряжения пут« исследования физических механизмов пробоя полупроводниковых эл« ментов и разработки системы предельно допустимых параметр« переключающих транзисторов.

Исходя из указанной цели в работе решались следующие задачи:

- анализ электромагнитных процессов в ППН, приводящих к возшпшовению предельных режимов и выход' из строя СТК;

- исследование взаимодействия электрических и тедловых процессов в структуре высоковольтных транзисторов, работающих в ре-хзаде переключений;

- анализ тепловой устойчивости дискретных и непрерывных моделей электропроводящих элементов;

- исследование различных механизмов вторичного пробоя БТ, как одного из наиболее распространенных видов отказов СТК;

- обоснование новых принципов построения динамической ОБР;

- разработка экспериментальной установки для контроля об-

ютних параметров высоковольтннх транзисторов с учетом реалышх •ехкмоп ГОШ;

- разработка статистических методов определения ОБР парал-;елыю соединенных единичных транзисторов, образующих силону:-) ■ранзисторную ыатрищ' •

■Уетоды д исследования. При Бынолнен.а теоретических рсоледо-1сний использованы оское1шо положения теории электрических тк--¡ей, отдельготе элемента и методу физики полупроводников ч полуи-юводниковчх приборов, теории тепловых цнпеП, теории 'врмодинамики неравновесных процоссов, анализа уравнений в частых производных и моделирования физических процессов н;- ЗВ'и с :спользованием программ BIPOLE, MEXTRAM, WATÚIID. Достоверность [аучшх положений, выводов и рекомендаций подтверждена экспори-юнталышмн исследованиями на опытной установке с использованием ювремешшх высокоточных измерительных приборов - измерительных сциллографнчоских комплексов, микротгрометричесют приборов.

Автор защищает;

- усовершенствованную систему предельно допустимых парамет-юв, ориентированную на ключевой рожи.: работы БТ;

- методику выбора оптимального типа транзистора и ого безо-'зсного режима для ГШ;

- принцип построения динамической °БР для режима перекльче-ий с учетом параметров сигнала управления и характера нагрузки;

- физическую модель явления вторичного пробоя внсокоааль-кпх транзисторэв;

- способ экспериментального контроля предельно допустит,их аремитров БТ;

- методику статистического определения ОБР силовых транзис-ортшх матриц на основе параллельного соедине.шя одиночных тсзн-исторов.

Научная новизна. На основании анализа существующей системы редельно допустимых параметров высоковольтных БТ установлен? их граничешюя применимость для выбора безопасного режима работ ТК в ППН. Развит новый подход к принципам построения динсничос-их ОБР в режимах прямых и обратшх смещений. Он основал, р от-ичие от традиционного, на рассмотрении временных параметров роцесга тепловой неустойчивости и воролтностшх характеристик торичпого пробоя. В развитие этого подхода детально исследованы

некоторие критические режимы работы ППН, при которых СТК находятся в условиях, близких к предельным, и их рабочая точка выходит за гранлць ОБР.

Впервае описаны специфические фарш потери тепловой устойчивости дискретных и непрерывных моделей электропроводящих элементов, исследование которых показало необходимость рассмотрения взаилодеистния электрических и топловых процессов при моделировании полупроводниковых структур. Получены аналитические выражения дль расчета величины критического тока развития ВП.

Предложи: новый опособ посменного измерения температуры коллекторного гирехода транзистора, позволяющий регистрировать щковыо температури локальных областей.

На основании проведенных исследований физических механизмов прсбоя разработана уточненная методика выбора оптимального типа тран&исторов и их безопасного режим?, работы для ГОШ.

Практическая црш.ооть. Использование ношх научных положений, обоснованных е диссертационной работе, послукило основой разработки ношх методов иэразрушаюцих испытаний БТ на устойчивость к вторичному пробою и экспериментального контроля параметров ОБР для режима прямого и обратного смещения. Проведенные исследования позволяют выбирать оптимальный тип транзистора для СТК ППН и обеспечиьать безопасный режим его коммутации.

Реализация результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований диооертационной работы попользованы при создании опытных образцов сиотем вторичного электропитании с повышенными выходными напряжениями и улучшенной электромагнитной совместимостью (ПО "Реле и автоматики"), а также в отделе транзисторных преобразователей при создании устройств "Матрица", "РИШ" и др.

Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертации, ее отдельные разделы докладывались на Ш-У Всесоюзны? конференциях "Проблемы преобразовательной техники" (г.Киев, 1983; г.Чернигов, 1987; г.Чернигов, 1991 гг.), на семинаре "Источники электропитания РЭА и устройств связи" при НТО РЭО им. А, С.Попова (КПИ), Всесоюзных семинарах: "Высокоэффективный источники и системы вторичного электропитания ?ЭАН (Москез, 1989 г.): "Опыт разработки, внедрения в аппаратуру и освоения в серийно( производстве унифицированных источников вторичного электролита-

ния импульсного типа" (Севастополь, 1987 г.); "йлпульагые ИВЭП. Состояние и перспективы развития". (Севастополь, 1989 г.); Республиканском научно-техническом семинаре "Транзисторные преобразователи систем электропитания" при ИЭД Ш (Кпез, 1991 г.).

Публикации. Основные научные результаты отражены в 9 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключатся, списка литературы из 177 наименовать и 4 приложений. Общий объем диссертации составляет 217 страниц, в том числе 148 страниц основного' текста, иллюстрированного 57 рисунками и 5 таблицами.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении представлен краткий обзор перспектив использования СТК на основе высоковольтных БТ в устройствах преобразовательной техники, обоснована актуальность тем?! исслецоваш'й сформулированы цель и задача работы, основные положения, еынзси-мые на защиту, дана информация по структуре работы, апробации, публикации результатов исследования и внедрении этих результатов в народное хозяйство.

В первой главе проведен сравнительный анализ современной транзистошой элементной базы силовой преобразовательной техники, который П0И03НВ0Ч? устойчивую тенденцию к сохранению лидиру-эдш далдашя бишлярш транзисторов применительно к устройствам малой и ер§даей м«Щ!00ТИ. Особенно заметно увеличение объема выпуска рилбвых транзиеторвв, предназначенных для коммутации токов до 10-15 А при ПбёУШЙШХ НбПрЯКЭГОМХ 400-С00-В00 в, одздавдемадс по &ГптвксиалЬно-планарной технологии, для кото-рай Характерна структура типа п-р-п-п+ и наличие высокоокяого коллекторного слоя.

Переход к повншвйинм раОочям напряжениям выдвигает особые требования к вйвАпвчешно безопасной работы транзисторов, в основе которой лежит система предельно допустимых параметров.В работе анализируются физические принципы построения существующей системы предельных параметров, наиболее часто приводимых в ТУ и справочной литературе. Сопоставление физического смысла этих параметров и методов измерения показывают их ограниченную применим-

ость для описания предельных свойств транзисторов в режиме нереюпочония при протекании больших запирающих токоз базы. •

Далее параллельно анализируются электрофизические явления в структуре UTK и электромагнитные процессы в силовой цепи ПШ, когда рабочая точка транзистора на этапе коммутации приближается к границе ОБР и возникает регам одновременного воздействия на БТ больших токов и больших напряжений (близких к предельно допустимым значениям). Рассмотрены четыре наиболее типичных случая¡включение СТК на короткозамкнутую нагрузку, короткое еамыкание нагрузки при открытом СТК (рис Л) выключение СТК при индуктивлой нагрузке и включение СТК при емкостной нагрузке.

Обосновывается необходимость введения понятия динамического граничного напряжения, характеризующего границу режима умножения на выходных ВАХ на этапах коммутации.

Основным и наиболее информативным критерием для выбора типа транзистора и установления режимов его работы служит ОБР транзистора, представляющая совокупность точек на плоскости 1к-икэ, в лределгх которой транзистор сохраняет работоспособность и неизменные электрические характеристики.

• В диссертации приводится подробный обзор известных методик и аппаратуры для экспериментального определения границ 0Б° БТ, формулируются общие требования к испытательной аппаратуре. Основным недостатком многих существующих методов является рассмотрение, как правило, только случаев прямого смещения перехода 3-Б. Как показывает практика, такие ОБР не пригодны для переключательного регл.и и их использование приводит к тому, что СТК выходят из строя, хотя параметры квазистатического режима не превышает паспортных значений. Кроме того, большинство авторов предлагает использование косвенных признаков фиксации момента развития ВП, например, по возникновению осцилляций в базовой цепи, предшествующей развитию ВП. Такой подход значительно снижает точность измерений, а в некоторых случаях дает принципиально неверные данные.

Известно, что одной из наиболее опасных и распространенных причин выхода транзисторов из строя является развитие в его структуре вторичного пробоя. Существующие методы защиты с одной стороны не всегда эффективны из-за отсутствия четких критериев и параметров ВП, а с другой стороны, чаще всего ограни швают воз-

мохность использования СТК во всем диапазоне номинальных токов и напряжений. Ь работе приводен обзор основных моделей Bit.

Во второй главе рассмотрен вопрос о механизмах развития тепловой неустойчивости в мощных транзисторах с оольшой площадью р-n переходов. При этом структура полупроводникового кристалла представлялась в виде электропроводящей пластины с отрицательном температурным коэффициентом сопротивления, удельная проводимость которой зависит только от температуры, что может быть ассоциировано с рексимом насыщения транзистора. Установлено сущестьованке двух форм потери темпоратурнсй устойчивости. Первая сог.роровда-ется исменением тока, проходящего через пластину и, следовательно, мощности выделяемой на пластине, и состоит в нггрнве всей структуры целиком. Она опискзаатся вырпюзнием:

A , (1>

ft

где р.г - плотность и удельпея тешюомкосп материал?); мп - собствешше числа уравнения теплопроводности. При второй £орме ток и, следовательно, мощность, выделяемая на плзстиж?, остаются неизменными, Это приводит к тому, что одна чгсть пластины нагревается, а другая охлаадэетс^. При этом образуются области локального перегрева - горячие пятна. Риракение для гемпчро-гуры в этом случае имеет вид:

Т « ехр Г- 1] ,

1 l ру j

Т ехр f-^t] Uix.y) , (2)

г L or i "

2 РГ

гд9.ийи,У).- соответствующие собственные Сунтшш уравнения теплопроводности.

Методом сеток проведен анализ динвкики тегоюшх ползй в транзисторе КТ 838. Полученные зависимости (рис.??) показывают, чго тостошшая времени разогрева горячих п.:ген (ГП) значительно меньше постоянной времени их охлажде'шя.что связано с различной величиной пэреходного теплового сопротивления при разогреве и зхлавдении малого объема. Предложена методика косвенного определения момента образования ГП, основанная на анализе темперс.турно'1 зависимости напряжения ибэ .

Проведенные исследования динамики тепловых и электрических :олей говорят о необходимости рассмотрения тачмс действия друх

форм ЕП применительно к этапам коммутации. В работе проводится трехмерный ьнализ структуры БТ. Установлены доминирующие процес-сг: по оси X - движение границы модулированной области высокоом-ного коллектора к переходу К-Б на этапе рассасывания; по оси У -стягивание эмиттерного тока к центральным областям эмиттерных дорожек вследствие протекания больших обратных токсв базы; закон изменения глотности тока имеет вид:

«т.. (г)---, (3)

„ «э Г, 62Т6 '

1-

[• -И

2 Ь цРйй0'0)

где р-периметр эмиттеюа, тб- врем* пролета, 0(0)- плотность избыточного заряда в режиме насыщения, Тб2- запирающий ток базы; по оси 7. - тепловое неизо'.ермическое шнурования тока, вызванное флуктуациям!- вида ¿.I, ат (рис.3.). Взаимодействие указанных процессов приводит к развитию специфического механизма, который в отличие от известного явления "устойчивых" горячих пятен (ГП), назван режимом "мерцающих" ГП, когда в течеш.э одного периода переключения температура ГП изменяется в широких пределах. Показано, что такой режим является определяющим при рассмотрении устойчивости транзистора к ВП, поскольку он приводит к развитию микроплазменных областей'с низким напряжением пробоя. .

Основная особенность модели взаимодействующих электрических и тепловых процессов заключается в том, что она ориентирована на списание поведения БТ в предельных и пробойных режимах, что соответствует нахождению рабочей точки в области умножения на еы-ходной ВАХ. На примерах расчета границы тепловой неустойчивости показана необходимость учета в известных соотношениях, описывающих ТН в режиме прямого смещения,зависимостей 11 21эи,Т),М(;1,и,Т)

ь218=—- , (4)

где г ^кэ ,

кп.г и д -1

0П,Б -коэффициенты диффузии электронов и дырок; Оа£)-равновесны заряд примесей на единицу площади эмиттера; максимальная дрей

фовэя скорость электронов; Нд-уровень легирования;Як-толщина слоя;

1

М ---. (6)

1 -ф

где интеграл ионизации ф аппроксимирован выражением:

2а -р Ф =-и„а е , (7)

в котором:

Ь кэ

Ь Ъ0С1 + С (Т-. - Т0)] р = —= —е-5521-?- , (8)

Ет 5,54МО-4 ( Мдикэ)1/Ь

а= 1,2-Ю5 см-1, Ь0= 1,47' 106 В/см , С= 7,57-Ю"4 К"1. Й21э - коэффициент прямой передачи эмиттерного тока, М - коэффициент лавинного умножения. Установлено, что в области малых токов 1к при определении координат ТН (икэ;1ктн) озонное значение имеют зависимости Ми), М(11), в то время, как в диапазоне больших и средних токов - зависимость Й21э(3)(рис.4.).

Проведенный анализ процессов переключения в условиях неоднородного распределения тока и температуры позволил предложить вероятностный подход к принципу построения ОБР. Он основывается на том, что точки (1к, икэ), лежащие внутри классической ОБР и традиционно рассматриваемые как равноценные с точки зрения угрозы развития ВП, в действительности различаются по степени "жесткости" электрического и теплового режима. С целью дифференциация областей, лежащих внутри ОБР предлагается ввести зоны равной вероятности ВП:Рш=сопз1,где Рш имеет физический смысл вероятности образования микроплазменных областей в структуре перехода (рис.5). Вводятся дополнительные динамические характеристики транзистора: т^, т^ - время разогрева и охлаждения ГП .

В третьей глаие описывается предлагаемая автором методика и аппаратура для экспериментального определения границ динамической ОБР длг режима запирания СТК. В работе применяется принцип непосредственного введения БТ в режим ВП, фиксируемого по резкому спаду напряжения икэ, что является основным признаком развития ВП. Осуществление такого подхода, стало возможным благодаря созданию специальной быстродействующей схемы защиты с временем срабатывания до 50 не. Блок-схема измерительной установки для контроля ОБР приведена на рис.6: Е1-регулируемый источник коллек-торнсю тока (0-10 А); Е2- высоковольтный .регулируемый четоч-

& i, im:

M т;с

б 16Q

fía

я

80

2 Чет. 4о

о <о го 30 ttmc Pùc,2

Ik,fi /0°

/О'1

J ^

fa-ccait M-coasi

КТу WA

40' тг ищв Рис.4

\ N .ягам 1

Р * V \\ *\ч i \Шзогр i

\ Ч

s. I

300 600

Рис. 5

U*3,ß

нин коллекторного напряжешь ( до 2000 В); ЕЗ-ограничение напряжения на исследуемом транзисторе; Е4-источшж, напряжение которого обратно пропорционально току Е2; СТ1, СТ2 - регулируемые ограничители перенапряжения; УУ-устройство управления; ИУС-источник базового тока; КЛМП- схема контроля локализации микротлазменных областей; З-быстродействукхцая схема защиты; ИВЗ-измеритель вре-ме!ш задержки вторичного пробоя. Предлагаемая методика позволяет проводить также и исследования ВТ, работающих в режиме умножения за пределами ОБР, определяя тем самым их перегрузочные способности. При этом контролируется энергия ВП и время задержки раз-вчтия ВП.

Полученные экспериментальные данные по ОБР (рис.7) • .подтверждают применимость теоретической электро-тепловой модели ЗП и показывают следующие, общие для большинства исследованных типов транзисторов (КТ808, КТ809, КТ838, КТ841, КТ847 и др.) закономерности: для коммутируемых токов 1к в пределах до 25% номинального можно считать предельной границей по напряжению величину икэо, приводимую в справочниках и ТУ; для 1к в пределах 25-40% номинального, границей по напряжению можно принять значение икэогр' "Р11 Увеличении 1к вплоть до максимальной величины наиболее вероятно 60-70% снижение предельно допустимого напряжения. Исходя иг характера полученных экспериментальных зависимостей предлагается ввести для ключевого режима СТК два новых параметра: 1К10 - коммутируемый ток, при котором наблюдается 10%-ное снижение пробивного напряжения данного типа БТ, '1К50 - ток 50%-ного снижения ПКЭпр' В работе оговорен режим ичмерения этих величин. Преимущество предлагаемых параметров состоит в том, что с одной стороны они позволяют выбирать оптимальный ток загрузки СТК, а с другой стороны достаточно точно характеризуют основные закономерности конфигурации динамической ОБР, данные о которой в настоящее время не всегда доступны разработчику РЭА.

Экспериментально установлена зависимость напряжения ВП от прямого и обратного токов базы при форсированном запирании СТК, а также от электротеплового состояния транзистора в режиме насыщения, называемого "предшествующим" состоянием.

Сравнение различных типов транзисторов показывает, что во многих случаях, при максимальной загрузке транзистора по току, транзисторы с более низкими предельно допустимыми напряжениями

имеют более широкую ОБР (близкую к прямоугольной), чем более высокозольтные.

На основании данных по ДОБР предложен алгоритм анализа еы-ходов транзистора из строя, классификация отказов транзисторов и причин, приводящих к ним. Даны рекомендации пс выбору оптимального типа транзистора с учетом конкретных параметров создаваемого преобразователя.

Проведено сравнение большого числа. типов транзисторов на устойчивость к вторичному пробою, которое показывает значительное снижение такой устойчивости у более высокочастотных приборов.

В четвертой главе впервые рассмотрены, принципы определения ОБР транзисторных плат-сборок. Отмечается, что непосредственное измерение таких ОБР требует специальных мощных измерительных установок и во многих случаях не дает точных параметров границ ОБР.

Наиболее приемлемым является статистический подход к расчету ОБР ТПС. Предложена методика такого анализа, основанная на> нормальном законе распределения величины и^ в партии транзисторов одного типа. Типичная ОБР ТПО на транзисторах КТ808 показана на рис. 8.

Анализ форм потери тепловой устойчивости параллельно соединенных элементов показывает существование двух форм потери устойчивости, аналогичных рассмотренным в главе II. На основании этого сделан вывод о том, что моащвй тршшвтор С большой площадью р-п перехода можно представит! 8 6йД§ 6§ЛЬШ9ГР вдела включенных параллельна элементарны* трнре?ер98 И, наоборот» при определенных условиях тепловой ?РЯ8Й ТЙ§ М8Ш рабвМЭТрййТЬВЯ как один мощный полупроводниковый рдамш. Тш§ уел§Вйй имеют вид: _

й » /муГ, (9)

где й- размер одиночного элемента, ху-. тепловое сопротишнм единицы торцевой поверхности, К - толвдна структура,

В приложениях представлены материалы обзорного характера, описывающие границы традиционной ОБР статического режима; изложены существующие физические модели различных механизмов ВП. Приведены материал»! о практической реализации и документы о внедрении разработок.

Рис J Рис.8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей работе предложено новое решение актуальной научно-технической задачи повышения надежности транзисторных преобразователей на основе усовершенствования системы предельно допустимых параметров ключевого режима высоковольтных биполярных транзисторов к новых способов их неразрушаицего контроля, а также разработки инженерной методики выбора оптимального типа переключающего транзистора с учетом его динамической области безопасной работы.

При этом получены следующие.основные результаты:

1. Установлено, что приводимая в настоящее время в справочниках и ТУ система предельно допустимых параметров БТ может эффективно использоваться только в статическом к импульсном (при прямом смещении эмиттерного перехода) режимах. Для режима форси- • роЕанного выключения силоеогс транзисторного ключа,когда главным видом отказа является ВП, необходимо основываться на данных то динамической ОБР с учетом параметров сигнала управления.

2. На основании анализа форм потери температурной устойчивости электропроводящих элементов, моделирующих р-п переходы большой площади, исследована взаимосвязь электрических и тепловых механизмов вторичного пробоя. Получены выражения,описывающие динамику тепловых к ■электрических полей в структурах с внсоко-омннм коллектором.

3. Установлено, что на этапе коммутации в структуре БТ может возникать особый режим изменения температуры "горячих пятен", названный режимом "мерцающих" ГП и приводящий к развитию микроплазменной формы ВП.

4. Получены времешше характеристики дакамшсиТорячих пятен", позволяющие ввести в рассмотрение вероятностный подход к принципу

построения динамической ОБР. Установлен линейный характер зависимости вероятности вторичного пробоя от величины перенапряжения.

5. Трехмерный анализ процессов в структурах типа п-р-п~-п+ позволил исследовать определяющее влияние электрофизического состояния СТК в режиме насыщения и величины обратного тока базы на снижение величины пробивного напряжения и на устойчивость к вторичному пробою.

6. Определены теплофизические условия выполнения принципа э.пектро-топлоЕой тождественности одиночного элемента и матрицы •на основе параллельного соединения транзисторов.

7. Создана экспериментальная установка для неразрушаккцих испытаний биполярных транзисторов на устойчивость к вторичному

" пробою и контроля параметров динамической 0BF в режиме обратного смещения эмиттерного перехода, содержащая схему защиты повышенного быстродействия. Получены данные по ОБР для большого числа отечес-твешшх высоковольтных биполярных транзисторов и установлены общие закономерности при определении границ безопасного режима с учетом параметров сигнала управления и характера нагрузки.

8.Установлено,что на частотах до 10 кГц и напряжении питания до 600 В можно отказаться от использования цепей формирования траектории рабочей точки и-схем с эмиттерной коммутацией и обеспечивать надежность работы СТК только на основании данных по динамической ОБР и соответствуящего выбора управляющих токов базы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. ДрабоЕич Ю.И., Иерусалимов A.M., Остапенко С.И., Оста-.тэнко E.H. Оорул потери тепловой устойчивости электропроводящей пластины// Техническая электродинамика,- 1989.- N 3.- С. 3-9.

2. Иерусалимов A.M. Особенности электрофизических процессов при виключешш еыссковольтних транзисторов// Высокоэффективные источники н системы вторичного электропитания РЗА. Матер, семин. - М.„ 1989,- С. 120-122.

3. Иерусалимов A.M. Влияние предаестЕущего состояния на область безопасней работы высоковольтных переключающих транзисторов в преобразователях постоянного напряжения// Прсбл. прообразовав техники.- Киев, 1987.- Ч. А.- С. S1-93.

.4. Иерусалимов A.M. Вероятность развития вторичного пробоя как параметр области безопасной работы транзисторов// Пробл. пресбразоват. техники.- Киев, 1991.- Ч. 5.- С. 206-203.

5. Иерусалимов A.M. О механизме развития Еторичного пробоя в полевых транзисторах// Проб, пресбразоват. техники. - Киев, 1991.- Ч. 5. - С. 208-209.

6. Иерусалимов A.M. Аппаратура и методы неразрушавдих испытаний высоковольтных транзисторов// Проектирование и исследование полупроводниковых электромеханических преобразователей.-Киев. Институт электродинамики, 1989.- С.. 132-139.

7. Исследование и разработка регулируемых к управляемых силовых транзисторных преобразователей с повышенными энергетическими показателями; Отчет/ ИЭД АН Украины; Рук. работы Ю.И.Драбо-вич.- N ГР 79032672.- Киев, 198г.- C.II7-I27.

8. Исследование и разработка принципов построения транзисторных источников вторичного электропитания повышенной эффективности; Отчет/ ИЭД 4Н Украины; Рук. работы Ю.И.Драбович. К ГР 01.83.0020684.- Киев, 1907.- С. 17-52.

9. Развитие теоретических основ и разработка на новой элементной базе принципов построения регулируемых и управляемых транзисторных преобразователей со специальными характеристиками и повышеннгми технико-экономическими показателями; Отчет/ ИЭД АН Украины;Рук.работы Ю.И.Драбович,Н.Н.Юрченко.-N ГР QI88.U02570I.-Киеь, 1991.- С. 18-50.

Личный вклад. В работе 113, опубликованной в соавторстве, со-г искателю принадлежит расчет динамики теплоЕ'лх полей в транзисторных структурах; остальные работы написаны автором самостоятельно.

Подписано к печати »^.хыээгг, формат 60x84/16 Бумага офсетная Усл.-печ.лиот.|,0.Уч.-и8д.лист 1,0. Тирак юо. Закая 1230. Бесплатно

Полиграф, уч-к Института »лектродинамвки АН Украины, 253057, Киев-57, проспект Победы, 56.

Соискатель