Последовательное и параллельное соединение ключевых элементов

На практике нередко возникает необходимость параллельного или последовательного соединения однотипных ключей. Обычно причи­ной этому является потребность в повышении коммутируемых токов и напряжений или повышении надежности схемы посредством резер­вирования силовых ключей. При параллельном соединении (рис. 6.14,а) может возникать неравномерность распре­деления токов между отдельными диодами в установившемся режиме включенного состояния каждого из диодов. Причиной этому является неидентичность статических ВАХ параллельно соединенных диодов, находящихся в проводящем состоянии (рис. 6.14,б), что снижает допустимый уровень суммарного тока диодов.

Рис. 6.14. Параллельное соединение диодов: а - схема; б - ВАХ

При последовательном соединении диодов может возникать нерав­номерность в распределении обратных напряжений между диодами (рис. 6.15.) из-за различия статических ВАХ диодов на участках, соответствующих обратному напряжению.

Рис. 6.15. Последовательное соединение диодов:

а - схема; б - ВАХ

Достижение равномерных распределений токов или напряжения за счет подбора ключей с идентичными ВАХ является эко­номически нецелесообразным и поэтому обычно не используется. Более простым и технически грамотным методом является использование дополни­тельных выравнивающих резисторов. Для выравнивания токов используются низкоомные резисторы R1 и R2, включенные последовательно с диодами VD1 и VD2 (рис. 6.16,а).

Рис. 6.16. Выравнивающие цепи для:

а) – параллельного включения в статическом режиме;

б) – последовательного включения в статическом режиме;

в) – последовательного включения в дина­мическом режиме;

г) – параллельного включения в динамическом режиме

При последовательном соединении использу­ются высокоомные резисторы, подключенные параллельно диодам (рис. 6.16,б). Однако, использование резисторов как при параллель­ном, так и при последовательном соединении приводит к дополни­тельным потерям мощности. Кроме того, резисторы, подключенные параллельно диодам, увеличивают обратные токи и снижают блокирующую способность диодов.

Неравномерность в распределении токов и напряжений возникает также в динамических режимах переключения диодов из одного состояния в другое. Для устранения таких явлений используют RC-цепи для последовательно соединенных диодов (рис. 1.16,в) и вводят магнитно-связанные реакторы (рис. 6.16,г) при параллельном соединении. Магнитодвижущие силы (МДС) реакторов должны быть направлены так, чтобы при равных токах в них не возникали ЭДС самоиндукции. Например, для двух диодов это соответствует двухобмоточному реактору со встречновключенными обмотками с равным числом витков N1 и N2.

Подобные методы используются при соединении других ключей: тиристоров, транзисторов и др. Однако для отдельных видов ключей, например для МОП-транзисторов, обеспечение равномерного распре­деления токов при параллельном соединении достигается без введе­ния дополнительных сопротивлений. Это объясняется тем, что они обладают положительным температурным коэффициентом сопротив­ления (ТКС) во включенном состоянии.Поэтому перегрузка по току одного из транзисторов приводит к повышению его нагрева и, следо­вательно, сопротивления, что автоматически приводит к сни­жению тока перегруженного транзистора.