Il commutatore a transistor

Come abbiamo visto, durante i tempi di commutazione i valori di corrente e di tensione nel transistore variano continuamente (vedi figura 16). Il prodotto dei valori istantanei di corrente di tensione nei vari istanti viene denominato: Dissipazione di potenza nella commutazione. Di essa si deve tener conto nel dimensionamento e nella scelta degli appositi interruttori elettronici di potenza.



Fig. 24 – Perdite alla commutazione

A causa dei brevi tempi di commutazione dei transistori, anche le perdite relative hanno durata breve. Pertanto la temperatura della giunzione. a causa dell’inerzia termica, non riesce a seguire i valori delle perdite che mutano rapidamente. (fig. 25, linea verde). Si stabilisce invece una temperatura che è circa funzione del valore medio delle perdite di potenza nel tempo (linea punteggiata). Come si vede dalla fig. 25 questo valore medio dipende sia dal valore massimo della perdita totale Ptot, e sia dal tempo di durata dell’impulso t in rapporto all’intervallo di tempo t tra un impulso e l’altro:

In caso di commutazione di carichi non troppo forti. con l’aiuto di questo valore medio della perdita di potenza in commutazione, si può valutare l’aumento di temperatura del transistore (vedi figura I4).

Fig. 25 – Perdite alla commutazione. Valore medio.

Nella commutazione di carichi molto forti, non si possono più usare le semplificazioni sin qui seguite. Nei fogli dei dati caratteristici dei grossi transistori da commutazione si trovano delle curve dalle quali si può ricavare la cosidetta Resistenza termica dinamica RthG, valevole per carichi ad impulso, in funzione della durata dell’impulso t, e del fattore υ (vedi figura 25). Il diagramma si legge seguendo la verticale corrispondente al tempo t sino a che essa incontra la curva corrispondente al fattore υ. Poi sulla scala delle ordinate si legge il valore RthG. Con questa resistenza termica dinamica si può calcolare la perdita di potenza ammissibile, come spiegato alla figura 14, con la differenza che in questo caso si ottiene non la perdita statica, bensì la perdita dinamica ammessa per comandi ad impulso.

Fig. 26 – Diagramma per determinare la perdita di potenza nelle commutazioni ad impulso.

Sinora abbiamo solo considerato la commutazione di carichi ohmici. Spesso però si devono inserire o disinserire delle induttanze o delle capacità. Allora la commutazione non avviene più lungo una linea retta, come indicato nella figura 16 per un carico ohmico.

Nell’inserzione di un’induttanza ad esempio, sia il valore della corrente che quello della tensione restano sempre al di sotto dei valori corrispondenti per carichi ohmici, per cui questo caso non e critico.

Fig. 27- Inserzione di un carico induttivo.

Nel disinserire un carico induttivo, la corrente tende dapprima a mantenere la stessa intensità. In questo caso si può avere una tensione di interdizione, applicata all’alta resistenza di interdizione del transistore, maggiore della tensione di lavoro. Si avrebbe perciò per un breve intervallo di tempo una notevole perdita di potenza al transistore.

Fig. 28 – Disinserzione di un carico induttivo.

Specialmente in caso di carico capacitivo, se si usa un sovrapilotaggio, la corrente aumenterà al di sopra. del valore massimo eventualmente consentito dalla resistenza prevista in parallelo.

A causa della bassa resistenza interna di un condensatore scarico, la corrente durante il tempo di carica verrà solo limitata dalla corrente di base e dall’amplificazione di corrente del transistore.

Fig. 29 – Inserzione di un carico capacitivo

Nel disinserire un carico capacitivo, il punto di lavoro del transistore segue una curva che è simile a quella che abbiamo indicata per l’inserzione di un carico induttivo, e pertanto anche questo caso non è critico.

Le curve di commutazione pratiche, caso per caso, si possono stabilire con l’uso di un oscilloscopio.

Fig. 30 – Disinserzione di un carico capacitivo.

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