Giáo trình điện tử công nghiệp Tài liệu giảng dạy

Trương Cạo Đắng Công Nphệp Thỏ Đức : Khoa Đ iện-điện tửv ề nội dung, tài liệu đề cập một số kiến thức quan trọng của lĩnh vực điện tử công suất như: +Câ'u tạo và nguyên lý hoạt động của

Trang 1

Trương Cạo Đắng Công Nphệp Thỏ Đức : Khoa Đ iện-điện tử

v ề nội dung, tài liệu đề cập một số kiến thức quan trọng của lĩnh vực điện tử công suất như:

+Câ'u tạo và nguyên lý hoạt động của những linh kiện điện tử công suất thông dụng hai lớp, ba lớp, bốn lởp tiếp giáp

+Khảo sát dạng sóng và nguyên lý hoạt động của các dạng mạch chỉnh lưu 1 pha, 3 pha

+Giải thích nguyên lý hoạt động của các niạch biến đổi nguồn, như inverter, converter

+Giới thiệu và hướng dẫn cài đặt các thông số cơ bản của một số

biến tần

Tài liệu được soạn đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu Tùy theo tính chất của ngành học, khoa chuyên môn của sinh viên, các giáo viên có thể điều chỉnh nội dung, thời lượng giảng dạy cho thích hợp

Tài liệu này được soạn dựa trên các kiến thức nền tải được tham khảo

từ một sô giáo trình khác và được thực hiện trong thời gian tương đối ngắn, do

đó chắc chắn còn có nhiều thiếu sót Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp của các Giáo viên và Học sinh để tài liệu này được hoàn thiện hơn

Trang 2

MỤC LỤC

LỜI NÓI Đ Ầ U 1

MỤC LỤC 2

CHƯƠNG 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỦ CÔNG SUÂT THÔNG DỤNG 1 i A MỤC TIÊU: 1 1 B NỘI DUNG: 11

I PHẦN MỞ Đ Ầ U : I 1 1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT: 1 I 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHẤT BÁN D A N : 12

2.1 CHẤT BÁN D Ẫ N : 12

2.2 CHẤT BÁN DẪN LOẠI N (Negalive - âm): .12

2.3 CHẤT BÁN DẪN LOẠI p (Positive - dương): 13

2.4 TIẾP GIÁP P-N: 13

II DIODL CÒNG SUẤT: 14

1 CẤU TẠO: 14

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 14

2.1 ĐẶC TUYẾN: 14

2.2 NGUYỀN LÝ HOẠT ĐỘNG: 15

3 CÁC THÔNG SỐ CHÍNH: 17

4 ĐẶC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG: 18

4.1 ĐẶC ĐIỂM: 18

4.2 ỨNG DỤNG: 18

5 CÂU HỎI ÔN TẬP: 18

III TRANSISTOR CÔNC SUAT 18

1 CẤU TẠO: 18

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỎNG: 20

Trang 3

Môn: Đ iện Tử Công Nghiệp TQT

3 CÁC THÔNG SỔ CHÍNH: 21

5 CẢU HỎI ÔN TẬP: 22

IV THYRISTOR 23

1 CẤU TẠO: 23

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 24

3 MỞ V À TẮ TSCR : 25

3.1 MỞ SCR VỚI NGUỒN D C : 25

3.2 TẮT SCR VỚI NGUỒN D C : 25

3.3 MỞ VÀ TẮT SCR Đ ố i VỚI NGUồN A C : 26

5 1 ĐẶC ĐIỂM: 27

V DIAC: 28

1 CẤU TẠO: 28

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG; 30

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 30

4.1 Đ Ặ CĐ IỂM : 31

5 CÂU HỎI ÔN TẬ P: 31

V I TRIAC: 31

1 CẤU TẠO: 31

Trang 4

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 3.3 2.2.1 TRIAC VỚI NGUỒN DC: 33

2.2.2 TRIAC VỚI NGUồN AC: 34

4.2 ỨNG DỤNG 35

VII IGBT: 36

1 CẤU TẠO: 36

5 CÂU HỎI ỒN TẬP: 38

VIII PHẦN ĐỌC THÊM: MOSLET 39

1 CẦU TẠO VÀ KÝ HIỆU: 39

1.1 CẨU TẠ O : 39

1.2 KÝ HIỆU: 39

2 CÁC THÔNG SỐ CỦA MOSLLT: 39

3 ĐẶC TÍNH ĐÓNG NGATCỦA MOSPET: 40

4 MOSLLT CÔNG SUAT v à ứ n g DỤNG: 40

4.1 ĐẶC ĐIỂM MOSLLT CÓNG SUẤT LỚN: 40

C.TÀI LIỆU THAM KHẢO: 41 CHƯƠNG 2: MẠCH CHỈNH L ư u 1 PHA KHÔNG ĐIÊU KHIÊN 42

Trang 5

A MỤC TIF.U: 42

B NỘI DUNG: 42

I PHẦN MỞ Đ Ầ U : 42

1 KHÁI NIỆM VÀ ỨNG DỤNG MẠCH CHỈNH LƯ U : 42

1.1 KHÁI NIỆM: 42

1.2 ỨNG DỰNG: 42

2 PHÂN LOẠI MẠCH CHỈNH LƯU: 43

II MẠCH CHỈNH LƯU BÁN KỲ 1 PHA 43

1 S ơ ĐỒ MẠCH: 43

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ DẠNG SÓNG: 44

3 CÁC THÔNC SỐ CỦA MẠCH: 44

III MẠCH CHỈNH LƯU TOÀN KỲ HÌNH TIA 1 P H A 45

1 Sơ ĐỒ MẠCH: 45

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNC VÀ DẠNG SÓNG: 45

3 CÁC THÔNG SỐ CỦA MẠCH: 46

IV MACH CHỈNH LƯU TOÀN KỲ HÌNH CÀU ! PH A 47

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ DẠNG SÓNG: 47

3 CÁC THÔNC SỐ CỦA MẠCH: 48

V MẠCH CHỈNH LƯU VỚI TAI HỎN H Ợ P 49

1 XÉT MẠCH CHỈNH LƯU BÁN KỲ T Ả I R - L : 49

1.1 Sơ ĐỒ MẠCH: 49

1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT Đ Ộ N G : 49

1.2.1 DẠNG SÓNG: 49

1.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: 50

1.3 CÁC THÔNG SỐ CỬA M Ạ C H : 50

Trang 6

2 KHẢO SÁT DANG SÓNG MỘT s ố MẠCH CHỈNH Lưli VÓI TAI HỒN

HỢP: ' 50

2.1 MẠCH CHỈNH LƯU BÁN KỲ 1 PHA: 50

2.2 MẠCH CHỈNH LƯU TOÀN KỲ 1 PHA HÌNH CÀU: 51

.3 KHẢO SÁT DẠNG SÓNG MẠCH CHỈNH Lưu 1 PHA CÓ TỤ LỌC: 52

4 CÔNG THỨC TỔNG HỢP m ạ c h c h ỉ n h l ư u 1 PHA: 53

Môn: Điện Tở t ô n g Nghiệp TQT VI CHINH LƯU BÁN KỲ HÌNH TIA 3 PHA 55

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNCi VÀ DẠNG SÓNG: 55

4 CÂU Hỏi ÔN TẬP: 57

II CHÌNH LƯU TOÀN KỲ HÌNH CÀU 3 PHA 57

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNC VÀ DẠNG SÓNG: 57

4 GHÉP MẠCH CHỈNH LƯU: 59

c TÀI LIỆU THAM KHẢO: 60

CHƯƠNG 3: CÁC MẠCH TẠO XƯNG ĐIÈƯ KHIÊN 61 A MỤC TIÊU: 61

B NỘI DUNG: 61

II VI MẠCH 555 61

1 GIỚI THIỆU CHUNG: 61

2 CẤU TẠO: 62

3 CHỨC NĂNG CÁC CHÂN: 62

4 NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG: 63

5 CÁC THÔNG SỐ CỦA IC 555: 63

Trang 7

III MẠCH DAO DỘNG ĐA HÀI PHI Ồ N 63

2 MẠCH DAO ĐỘNCi PHI Ổn DÙNG TRANSISTOR BJT: 64

2.1 SO ĐỒ NGUYÊN LÝ: 64

2.2 NHIỆM VỤ TỪNG LINH KIỆN TRONG M ẠCH: 64

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH: 64

3 MẠCH DAO ĐỘNG PHI Ổn DÙNG IC 553: .65

3.1 Sơ ĐÔ NGUYÊN LÝ: 65

3.2 NHIỆM VỤ TỪNG LINH KIỆN TRONG M ẠCH: 66

IV MẠCH TẠO XUNG RÀNG C Ư A 67

2 MẠCH TẠO XUNG RĂNG CƯA DỪNG TRANSISTOR UJT: .68

V MẠCH DIÈU CHÍNH ĐỘ RỘNG X U N G 69

1 PHƯƠNG PHÁPĐIỀƯ CHẾ PWM: 69

1.1 NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHẾ PWM: 69

1.2 MẠCH ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG PWM DÙNG IC 555: 70

2 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ SPWM: 72

2.1 NGUYÊN LÝ ĐlỀU CHẾ SPWM: 72

2.2 MẠCH NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHÉ SPWM 1 PHA: 73

2.3 MẠCH NGUYÊN LÝ ĐIỀU CHÉ SPWM 3 PHA: 73

C TÀI LIỆU THAM KHẢO: 75

CHƯƠNG 4: BỘ CHUYÊN Đ ổ i N G U ồ N 76

A MỤC TIÊU: 76

Trang 8

B NỘI DUNG: 76

I BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC-AC (1NVERTLR* 76

1 KHÁI NIỆM: 76

2 NGHỊCH LƯU NCiUồN DÒNG 1 PHA: 76

3 NGHỊCH LƯU NGƯồN DÒNG 3 PHA: 77

4 NGHỊCH LƯU NCiUồN ÁP 1 PHA: 79

4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNC CỦA MẠCH: 79

5 NGHỊCH LƯU NC.UồN ÁP 3 PHA: 80

6 CẢU HỎI ÔN TẬP: 81

II BỘ CHUYỂN ĐỔI NGUỒN DC - DC (CONVERTER) 81

1 KHÁI NIỆM: 81

2 MẠCH CONVERTER DÙNG 2 TRANSISTOR NPN: 82

2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG c ủ A MẠCH 82

3 MẠCH CONVERTER DÙNG CÀU 4 TRANSISTOR NPN: 82

3.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐÔNG CỦA MẠCH: 83

4 MẠCH CONVERTER DÙNG CÀU 4 TRANSISTOR NPN: 83

4.1 MẠCH CONVERTER DÙNG 2 TRANSISTOR B ổ PH Ụ : 84

4.1.1 Sơ ĐỒ MẠCH: 84

4.1.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA MẠCH: 84

4.2 MẠCH CONVERTER DÙNG CẦU DÙNG 2 CẶP TRANSISTOR BỔ PHỤ: 84

Trang 9

4.2.1 S ơ ĐỒ MẠCH: 84

4.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỬA MẠCH: 85

CHƯƠNG 5: BIEN T A N 87

A MỤC TIÊU: 87

B NỘI DUNG: 87

1 KHÁI NIỆM: 87

2 PHÂN LOẠI: 87

3 ỨNG DỤNG: 88

II BIẾN TẦN C.IÁN T IẾ P 89

1 BIẾN TẦN GIÁN TIẾP NGUỒN D Ò N G : 90

1.1 BIẾN TẦN GIÁN TIẾP NGUỒN DÒNG I PHA: 90

1.2 BIẾN TẦN GIÁN Tl HP NCiUồN DÒNG 3 PHA: 90

2 BIẾN TẦN GIÁN TILP NGUồN Á P : 92

2.1 BIẾN TANGIAN TIẾP NGUỒN ÁP 1 PH A : 92

2.2 BIẾN TẦN GIÁN TIẾP NGUồN ÁP 3 PHA: 92

III BIẾN TẦN TRỰC TIẾP 94

1 BỘ BIẾN TẦN TRựC TIẾP 1 P H A : 94

1.1 Sơ ĐỒ MACH: 94

1.2 NGUYÊN L Ý : 94

2 BỘ BIẾN TẦN TRỰC TIẾP 3 P H A : 95 2.1 Sơ ĐỒ MẠCH:

95

Trang 10

2.2 NGUYÊN L Ý : 96

IV CÀI ĐẶT VÀ VẬN HÀNH BIẾN T A N 97

1 GIỚI THIỆU BIẾN TẦN S.I200SERILS- Hitachi: 97

2 GIỚI THIÊU BIẾN TAN VF S9- Toshiba: 101

3 CÂU HỎI ỒN TẬP: 103

Trang 11

CHƯƠNG 1: CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUÂT

THÔNG DỤNG

A MUC TIÊU:

Trình bày cấu tạo, ký hiệu và nguyên lý hoạt động của các linh kiện điện

tử công suất thông dụng như: diode, transistor, Mosfet, SCR Diac Triac

Trình bày ứng dụng của các linh kiện điện từ công suất thông dụng như: diode, transistor, Mosíet, SCR, Diac, Triac

B NÔI DUNG:

L PHẦN MỞ ĐẨU:

1 GIỚI THIÊU CHUNG VỀ LINH KIÊN ĐIÊN TỬ CỐNG SUẤT:

Các linh kiện điện tử công suất được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các ngành công nghiệp hiện đại như truyền động điện tự động, giao thông đường sắt, gia nhiệt cảm ứng, các quá trình điện phân trong công nghiệp hoá

c h ấ t trong rất nhiều các thiết bị công nghiệp và dân dụng k h á c

Hình 1: Phạm vi ứng dụng hiện tại và triễn vọng của các linh kiện công suất mới

Trang 12

:: Í Ìi n ¡1 :1 1 8 8 1 8 m 8 ! 8 8 £ TQT

2 GIỚI THIÊU CHUNG VE CHẤT BẢN DẤN:

Tính dẫn điện của chất bán dẫn trong điều kiện nhiệt độ bình thường:Chất cách - C 2 > Chất bán dẫn Chất dẫn điện

2.2 CHẤT BẢN DẪN LOAI N (Negative - âm):

Được tạo ra bằng cách pha tạp chất hóa trị 5 (như Sb, p ) vào nguyên tố silic hoặc germani, kết quả dư 1 điện tử trong các mối liên kết cộng hóa trị

Điện tử thứ 5 liên kết râ't yếu với hạt nhân và với các nguyên tử xung quanh Vì vậy chỉ cần cung cấp 1 năng lượng rất nhỏ (nhờ nhiệt độ, ánh sáng vv ), điện tử này sẽ tách khỏi mối liên kết và trở thành điện tử tự do

Trang 13

2.3 CHẤT BẢN DẪN LOAI p (Positive - dương):

Được tạo ra bàng cách pha tạp chât hóa trị 3 (như Bo, In .) đươc pha vào nguyên tố silic hoặc germani, kết quả thiếu 1 điện tử trong các mối liên kết cộng hóa trị nên sẽ có 1 mối liên kết không thành (bỏ trống)

Chỉ cần một kích thích nhỏ là một trong những điện tử của mốì liên kết hoàn chỉnh k ế cận sẽ đến th ế vào liên kết bỏ trông nói trên, để lại một lỗ trông mang điện tích dương khác

Được tạo ra bàng cách cho 2 chất bán dẫn loại p và loại N tiếp xúc nhau

+Khỉ chưa có điên trường ngoài:

Chưa tiếp xúc Sau khi tiếp xúc

+Khỉ có điên trường ngoài:

Phân cực ngược Phân cực thuận

Hình 5: Mô tả 4 trạng thái tiếp giáp PN.

Trang 14

IL DIODE CÔNG SUẤT:

Trang 15

MAiu Điện Tử Ctìrtg Nghiệp TQT

ầ

Hình 7: b ậ c íuyến V- ,4cùa đirhỉc ịk h ii Oa \'iì Si).

2 2, h O V \ l.S ì \ ỉ h ìa ; ĩ ' ĨÌÙ H O :

Khi chùa cáp nguồn: i.ại núồ.n ú Ún xúc P-N ĩ.ổíì lại hiệu điộn ihc vách

ngăn khoáng Ừ,2V’0,SV (đối vó'i yennamì ’hoặc o,ỗV-0,7V ú!ối vó'ì sii.il-) Hiệu

ihc !Ằằy ngăn, dòiiá khuếch tá« củá các hạt (.lân cbưyếu ilộng lịtia UcỊ) giáp, hình -thành nên vùng nghẽo.

Hình S: hai chát bân dẫn chúa h h r xú

Trang 16

Khỉ trổ đì ộ n iruo'u” ngoui Phản cục nỊỊiỉực (V.VK < 0 }: lain tàng hiộu diện lile vách ngñn non 'S fina nghêu nới rộng ra, ìầm đòng khitéch tán cũ a các hạt đẫn gần hang không, - Diode không dán điện.

-4 - l ì - D òng hat tái thiếu 30

, T Vùng ne hèo

v r

/"/hỉ/ỉ ỉ ik M ạ i(í chu ĩ y iu.: diode kh i p h ú n t ụ t iipiíực

Khi eo diện trufó’»!» iigoàì Phân cực thuậii i.'V VK > 0 í: iàrn giảm hiệu diên ỉ hê vách ngâm nên cùng nghèo thu hẹp kìL !àm dòng khuèch tán cua các

thiểu 30 dù giam theo Y - ị ; ( dòng bai tai ihidr số rát be nén co thế coi nhu’ không dóiỊ [.node dân idem

Trang 17

Ũ Ệ *É H ệnT ốđôngNghifi TQT

3 CÁC THÔNG SỔ CHễNH:

+ Iịt,: giá trị trung bình của dòng điện cho phép qua diode

+ Iđm : dòng điện định mức tôi đa cho phép qua diode

+ Um : điện áp ngược cực đại cho phép đặt lên diode

+ Vy (hay VT): điện áp ngưỡng

+ Rj: điện trở động

+ Rt : nhiệt trở xác lập của diode

*Vễ du 1; Một số diode công suât có Ungmax vài trăm V:

*Vi du 3: Một số diode chỉnh lưu thông dụng:

Trang 18

+ Các diode công suất được c h ế tạo đ ể chịu được một giá trị điện áp

ngược nhât định, còn gọi là khả năng khóa điện áp khoảng từ vài V —> vài k v

4.2, ỨNG DUNG:

Diode thường được ứng dụng để biến điện xoay chiều thành điện một chiều (diode chỉnh lưu) hoặc thường được dùng làm phần tử tách sóng cao tần, xén hoặc ghim áp, hạn c h ế biên độ

Ngoài ra còn có các loại diode cao tần, diode zener, diode biên dung ( thường được sử dụng trong các mạch tự động điều chỉnh tần số cộng hưởng,

trong các bộ khuếch đại tham số hoặc nhân tần).

5 CẢU HỎI ÔN TÂP:

1 Giải thích nguyên lý hoạt động của diode?

2 Vẽ hình câu tạo, ký hiệu và mô hình tương đương của diode?

3 Vẽ đặc tuyến V-A của diode ?

4 N ê u một số ứng dụng của diode?

5 N êu các thông số của diode D3001N, 1N4007?

HL TRANSISTOR CÔNG SUÂT:

Trang 19

*Transistor Nhât bản sản xuất:

+ Loại PNP: 2S A [mã sổ tra cứu], 2S B [mã số tra cứu]

Trang 20

*Transistor Trung Quốc sản xuất:

+ Thường bắt đầu bàng số 3, tiếp theo là hai chừ cái, và [mã số tra cứu],+ Chữ cái thứ nhất cho biết loại transistor: chữ A và B là transistor thuận PNP, chữ c và D là transistor ngược NPN,

+ Chữ cái thứ hai cho biết đặc điểm: X và p thuộc loại âm tần, A và G thuộc loại cao tần

Trang 21

Môn; EHện Tứ cổng Nghiệp TQT

Từ đồ thị ta thấy rằng khi IB càng tăng thì điểm làm việc càng đến gần điểm uốn của các đường cong 1, 2, 3 khi IB tăng đến trị sô nào đó thì điểm làm việc trùng với điểm uốn và Ic sẽ không tăng lên nữa Ta nói If đạt trị sô bão hòa(ICbb)

Đ iểm cắt K của đường AC với đường cong 1 tương ứng với 1)3 = 0 được gọi là điểm khóa Còn điểm cắt M của AC với đường cong 3 tương ứng với I]ị = IBbb được gọi là điểm mở bảo hòa

Khi transistor làm việc ở điểm khóa K thì IB = 0 và Ic gần = 0, ta nói transistor khóa, còn khi transistor làm việc ở điểm mở bão hòa M, IB = IBbb và

le = Icbh~ Icmax - E c c / Rc ta nói transistor mở bẵo hòa

3 CẤC THÔNG SỔ CHÍNH:

+ Độ khuếch đại dòng điện ß - hfc : ß - —

f H

+ Điện áp đánh thủng: Là điện áp ngược đặt vào các cặp cực transistor

và gây hư hỏng cho transistor Có 3 giá trị:

+ Veno max: giới hạn điện th ế đánh thủng giữa c - E khi B hở

+ VCBO max: giới hạn điện th ế đánh thủng giữa c - B khi E hở+ VEBO max' giới hạn điện thê đánh thủng giữa E - B khi c hở

+ Icmax? Ißmax : dòng điện cực đại qua cực c, B.

+ Pc max' giới hạn công suât cho phép

+ fT: Tần sô" cắt là tần số tín hiệu làm transistor có hệ số khuếch đại bằng 1

*VÍ du 4: Một số transistor công suât nhỏ thông dụng:

Vebo

max ß-hfe

frmax2SC1815 150 mA 400 mW 50 V 60 V 5 V 100 80MHz2SA1015 - 150mA 400 mW -50 V -50 V -5 V 80 80MHz

Trang 22

4 ĐẢC ĐIỂM VẢ ỨNG DUNG

4.1 ĐĂCĐIỂM:

Trong mạch công suất, BJT vận hành như một khóa đóng c ắt bán dẫn Tuy nhiên, BJT không có khả năng khoá áp ngược trị sô" lớn, nên chuyên dùng khoá áp thuận (áp VCE> 0)

BJT công suất được định mức đến 1200V và 400A Chúng thường được

sử dụng trong các bộ biến đổi vận hành đến 10kHz

+ Mạch công suâ"t nôi giữa 2 cực c và E.

+ Xung điều khiển cấp vào giữa 2 cực B và E

Trong điện tử công suất người ta thường dùng BJT để đóng cắt không tiếp điểm các mạch điện Khi IB = 0, trans khóa, mạch điện bị ngắt, còn khi IB

= IBbh, BJT mở b ẩ o hòa, mạch điện được đóng

5 CẢU HỎI ỔN TẤP:

1 Giải thích nguyên lý hoạt động của BJT?

2 Vẽ hình câu tạo, ký hiệu và mô hình tương đương của BJT?

3 Nêu các thông số của transistor 2SA1015, H I 061?

4 Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch đảo chiều quay động cơ có sơ

đồ nguyên lý như sau:

Trang 23

IVỊâọiĐiệnTử CôngNghỉệp '•

IV THYRISTOR:

h CẨU TAO:

Thyristor còn được gọi là SCR (Silicon Controlled Rectifier : Bộ chỉnh

lưu có điều khiển làm bằng silic) hay còn được gọi là diode bán dẫn có diều khiển SCR gồm có 4 lớp bán dẫn khác loại ahép liên tiếp với nhau, hình thành

nên 3 tiếp giáp PN bên trong Ba lớp bán dẫn này được nối ra naoài với các dây kim loại tạo thành 3 điện cực Trong đó:

A: Anode - cực dương

K: Cathode - cực âm

G: Gate - cực cổng (điều khiển)

Trang 24

Hình 16 a, b: Sơ đồ nguyên lý mạch phân cực SCR

*Trường hơp phân cơc thuân:

+ Nếu IG = 0: tăng nguồn v cc từ ov đến giá trị VB0

Khi v cc< VB0 thì SCR chưa dẫn nên VAK của SCR tăng theo V(X , còn

dòng IA rất nhỏ

Khi v cc đạt đ ế n giá trị VBO thì V AK = VBO làm cho SCR dẫn điện, điện

áp VAK giảm nhanh về Vy đồng thời dòng IA tăng nhanh khỏi giá trị IH.

+ Nếu I(;i > 0: tương tự như trường hợp trên nhưng điện áp V AK làm cho SCR dẫn điện sẽ giảm về VB01<VB0

Nếu dòng điện kích càng tăng IG2 > IG| thì điện áp nguồn VAK làm SCR dẫn điện càng giảm, hay SCR dễ dẫn điện hơn

Trang 25

CôngNghỉệp ' TQT

Khi SCR đang dẫn nếu ngắt bỏ dòng IG, SCR sẽ tiếp tục dẫn (với dồng tải IA > dòng duy trì IH (Holding cuiTent)).

*Trường hơp phân CƯC ngươc:

SCR không dẫn điện, chỉ có dòng điện ngược rất nhỏ qua SCR Nếu tăng điện áp ngược quá lớn thì các tiếp giáp P-N của SCR sẽ bị đánh thủna và SCR sẽ bị hư

Hin h 77: M ở SCR trực tiếp dùng cho mạch dòng tài nhỏ.

Hình 19: M ở SCR gián tiếp dùng cho mạch dòng tải lớn và có điện thê cao.

3.2 TẮT SCR VỚI NGUỒN DC: .với nguồn DC, khi đã dân điện thì SCR sẽ tự duy trì, không cần dòng kích IG Do đó muôn tắt SCR

ta phải thực hiện các biện pháp đặc biệt sau đây:

Trang 26

; > ::

c ắ t nguồn cung cấp Cân bằng diện áp A-K Dùng SCR phụ tắt SCR chính

(giâm dòng I.\ - dòng IA < 1H) Hình 20 a, b, c: Tắt SCR

3.3 MỞ VẢ TẮT SCR ĐỐI VỚI NGUỎN AC:

Đốì với nguồn AC, khi phân cực thuận ở bán kỳ dương thì SCR sẽ dẫn điện giống như đối với nguồn DC nếu như được kích, nhưng khi phân cực ngược ở bán kỳ âm thì SCR sẽ tự tắt Do đó ta không cần sử dụng các phương pháp tắt như đối với nguồn DC Tuy nhiên, vì cực tính nguồn AC thay đổi liên tục nên cần kích dòng IG liên tục cho SCR

* Dòng điên thuân cực đai: IA max

Là trị số dòng điện thuận lớn nhất qua SCR Khi SCR dẫn, điện áp

Vak=0,7V nên dòng điện thuận qua SCR có thể tính theo công thức:

V -0 ,7 L

K

* Điên áp ngựơc cơc đai: VBR

Là điện áp ngược lớn nhất có thể đặt vào giữa A và K mà SCR chưa bị đánh thủng, thường khoảng 100V đ ến 1000V

* Dòng điên kích cức G CƯC tiêu: IG min

Trang 27

Mön TH£n Tür Cöng Nghi^p TQT

La tri so döng kich nhö nhät du de dieu khien SCR dän, neu SCR cö cöng suät cäng lön thi IGmin phäi cäng lön Thöng thiföng IGmin tu" 1mA den väi chuc mA

* Dien äp thong dong Vnn» : (BO- Break Over)

La dien V AK du duVfng de döng SCR mä khöng can tin hieu dieu khien

* Dong duv tri IH: (H- Holding)

La döng dien toi thieu can cäp cho SCR de SCR cö the dän

Vi du: Möt so SCR cöng suät:

Thöng so" T828N T1500N T2871NDöng trung binh cUc dai: IA max A 828 1500 2870Dien äp cifc dai (thuan/nghich):

Trang 28

Môn: Diện Tử Ở»iìg r^hìệp

Nếu SCR dùng với nguồn một chiều thì có thể ứng dụng trong các mạch báo động quá nhiệt, quá áp suất, theo ánh sáng hay b á o trộm

SCR dùng với nguồn xoay chiều thì được sử dụng trong mạch điều khiển động cơ

6 CẢU HỎI ÔN TẤP:

1 Giải thích nguyên lý hoạt động của SCR? Vẽ đặc tuyến V-A của diode ?

2 Vẽ hình câu tạo, ký hiệu và mô hình tương đương của SCR?

3 Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điều chỉnh độ sáng đèn dùng SCR có sơ đồ nguyên lý như sau:

DIAC - Diode AC Semiconductor Switch - gọi là công tắc bán dẫn xoay

chiều 2 cực được cấn tạo tương tự như TRIAC nhưng không có cực điều kiển G

Các cực của DIAC gọi là MT2 và MT 1 và không có sự khác biệt giữa chúng

Tuy nhiên DIAC còn được chê tạo theo cấn trúc tương tự như BJT loại PNP hoặc NPN, nhưng không đưa ra cực B Với cấu trúc như vậy DIAC tương

tự như hai diode zener mắc ngược chiều nhau.

Trang 29

Hinh dang thi/c te

Vo Output voltage * see diagram 2 MIN r y

I bo Breakover current * C - 22nF ” MAX '00 50 100 uA

tr Rise time *' see csiagrant 3 TYP •: p . US

Is Leakage current * V b = 0 5 V bo max

see diagram

Chương 1: Các lỉnh kiện điện tử çông suâ t thông dụng

Trang 30

Xét nguồn v cc có giá trị thay đổi được.

Khi giá trị v cc chưa đủ lớn (Vcc < VBO ) thì DIAC không dẫn, dòng điện

qua DIAC là dòng điện rò rất nhỏ, điện áp V'I'2-TI ~ v cc.

Khi tăng điện áp VCC tới giá trị đủ lớn (Vcc = V B0) sẽ làm cho DIAC dẫn điện nên dòng đ iện qua DIAC tăng rất nhanh và điện áp V-I7-TI giảm nhỏ VBO được gọi là điện áp “ngập” của DIAC hay còn gọi là điện á p mở DIAC (điện áp chuyển mạch)

Tương tự như TRIAC, DIAC dẫn điện theo hai chiều nhưng khác ở chỗ

là DIAC không cần kích điều khiển Do có cấu tạo tương đương 2 diode zener mắc ngược nhau nên: VB0 = VD + v z.

Trang 31

3 CÁC THÔNG SỔ CHÍNH:

Diac có các thông sô tương đương như Triac

*Điện áp định mức Uđm: là điện áp cực đại cho phép đặt vào diac

*Dòng điện hiệu dụng định mức Iđm: Là trị số hiệu dụng cực đại cho phép của dòng điện đi qua diac

*Dòng điện duy trì IH: Là trị sô" tôi thiểu của dòng điện đi qua diac để duy trì diac ở trạng thái mở

Dùng đ ể điều khiển các thiết bị điện trong mạch điện xoay chiều

1 Giải thích nguyên lý hoạt động của diac?

2 Vẽ hình câu tạo, ký hiệu và mô hình tương đương của diac?

3 Vẽ đặc tuyến V-A của diac ?

VI TRIAC:

1 CẤU TAO:

TRIAC - Triode AC Semiconductor Switch - gọi là công tắc bán dẫn xoay chiều 3 cực, được câu tạo tương tự như SCR nhưng dẫn theo hai chiều.TRIAC gồm 4 lớp bán dẫn ghép nôi tiếp nhau, tương đương với 2 SCR khác loại ghép song song

Trang 32

Mdm S>i§nTuf C6ng Nghiep

Hinh dang thufc te

C m W W i

S ty k 1

C« M 263-04 Styte 2

Hlnh 24: Mo td cdu tao vci hinh dang triac.

2 NG UYEN LY HQAT DONG:

2.1 DAC TUYEN:

Trang 33

Khi vực M Ọ có diện áp i + j và lỤa f í úũVc kích xun 2 {+) iỉu ui.ìC dan điộn theo chiêu lừ ỊVĨỈ' -M i

TRIACMTj

Hình 26: Kích xung dương cho TRIAC.

+ Phả » cực ỉtgs/ữe JVỊ12 - VIT ị::

điện theo chiều từM Tị—-MTị

■fr Vcc +

G dượ ' kích xung (-) lít inac í.lủ i ỉ

R, - MT2

Trang 34

Mỏn: Diện Tử Cồng Nghiệp

2,2 2, Ị R Ị y : v ọ r \ < : t U N , u \ :

Khi sII' đụn? TRÍ '\C ỉrong nguồn AC tín ó hán ký (+) thi cực G được kích

xung (+.,>, ít' hán kỹ ị-} tín cực G dược kích xung (-) Như vậy, phái sử dụng xung kích trong cả 2 hán ky đe TRỈA í.,’ dẫn điện cá 2 chiểu.

Ta co thớ sứ dụng mạch tạo xunc kích chung với điện áp nguồn AC hoặc dùng mạch kỉch riêng có tần số gâp đỏi lẩn số nguồn AC như sau:

+1 JỊ,: doitẹ í í ung bình cho phép.

+I3mi!„: điện ấp cực đại (.thuận / nưiíi.ic) cho phép

-!-l : điên áp ilteu khiến mơ van

4-ĩ, : dòng diêu khiên imi van

-•HỈu/đt : tóc độ íáng diện áp ỉhuan trùn van

-rL(, : don« diện rò khi van khoã.

+ ỉũt : dong điện úuy ỉ n .

+ : sụt áp thuạn í rún van \ giá trị tương ứng dong ỉhcn van - 1.5

Trang 35

4.2 ỨNG DUNG

Triac đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều

và các mạch công tắc tơ tĩnh

1 G iải thích nguyên lý hoạt động của triac?

2 Vẽ hình cấu tạọ, ký hiệu và mô hình tương đương của triac?

3 Vẽ đặc tuyến V-A của triac ?

4 N êu một số ứng dụng của triac?

5 Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điều chỉnh độ sáng đèn dùng diac -triac có sơ đồ nguvên lý như sau:

R2

5 6 k

Trang 36

IGBT kết hợp khả năng đón? cắt nhanh của M OSFET và khả năng chịu tải lớn của transistor thường Có thể coi IGBT tương đương với một transistor PNP với dòng base được điều khiển bởi một M OSFET

Hai hãng sản xuất IGBT công suất cao lớn nhất trên thế giới hiện giờ là EƯPEC (Đức) và Mitsubishi (Nhật) Hiện nay, xu hướng các hãng sản xuất này tập trung giảm kích thước để phù hợp cho các thiết bị yêu cầu kích thước nhỏ

Mạch điều khiển cho IGBT công suất cao hầu như đều được tích hợp sẵn, tín hiệu vào cho mạch điều khiển là nguồn cung cap 5V-12V

Trang 37

Mồ nỉ l>iện Tử Cfi ng Nghiệp

Hình 29: Mô tủ cấu tạo và hình dạnị> IGBT.

Ví du:

Ký hiệu LCH max le (A) U c E bh P(W) R (KAV)

Loại đơn (loại 1 vỏ chứa 1 IGB'0

Trang 38

Mỏni Điện Tử CAftg Nghiệp TQT

Cấu trúc của IGBT tương dương với M osfet và m ột Tranzitor PNP Ký hiệu dòng qua IGBT gồm hai thành phần: I| dòng qua M osíet I2 dòng qua Tranzitor Phần M osfet trong IGBT có thể khóa lại nhanh chóng nếu xả hết được điện tích giữa G và E Do đó dòng I|= 0 tuy nhiên 12 sẽ không suy giảm nhanh chóng được do lượng điện tích lũy trong chỉ có thể mất đi do quá trình tự trung hòa điện tích Điều này xuất hiện vùng dòng điện kéo dài khi khóa 1GBT

3 CÁC THONG Sỡ CÚA IGBT:

Vùng làm việc an toàn được thể hiện dưới dạng đồ thị quan hệ giữa điện

áp và giá trị dòng điện lớn nhất mà phần tử có thế hoạt động được trong mọi chế

độ khi dẫn, khi khóa, cũng như trong các quá trình đóng căt

Giá trị lớn nhất cúa dòng cho phép collector cho phép Ifmax được chọn sao cho tránh được hiện tượng chốt giữ dòng, không khóa lại được, giống như ở thyristor

Điện áp điều khiển lớn nhất Uge cũng phài dược chọn để có thể giới hạn được dòng diện Ice trong giới hạn lớn nhất cho phép này trong điều kiện sự có ngắn mạch bằng cách chuyền đổi bắt buộc từ chế độ bão hòa sang chế độ tuyên tính

4 ĐĂC ĐIỂM VẢ ỨNG DUNG:

4.2 ỨNG DUNG:

Với ưu điểm là khả năng đóng cắt nhanh, nên IGBT thường được ứng dụng trong các bộ biến đổi điều c h ế độ rộng xung tần số cao Tuy IGBT có độ sụt áp khi dẫn điện lớn hơn thyristor, nhưng IGBT hiện chiếm vị trí quan trọng trong công nghiệp với hoạt động trong phạm vi công suất đến 10MW hoăc cao hơn nữa

1 G iải thích nguyên lý h oạt động của IGBT?

2 Vẽ hình câu tạo, ký hiệu và mô hình tương đương của IGBT?

3 N êu một sô ứng dụng của IGBT?

Trang 39

VIII PHẢN ĐOC THÊM: MOSFET

l.CẢU TAO VÀ KỶ HIẼU:

ơ hai đầu N có hai cực s, D G là cực điều khiển được cách ly hoàn toàn với cấu trúc bán dẫn bởi lớp điện môi cực mỏng nhưhg có độ cách điện cực lớn SiO?

Hai cực còn lại là cực eô"c S(source) và cực m áng D (drain), cực máng

là cực đón các hạt mang điện

Tương tự nếu phiến Si ban đầu thuộc loại N, kênh dẫn loại p thì có

m osfet kênh p

M osfet được chia làm hai loại là loại kênh liên tục và kênh gián đoạn,

ơ mỗi loại trên lại được chia thành kênh N hoặc kênh p.

1.2 KỶ H1ẼU: Mosfet kênh gián đoạn

Mosfet kênh N Mosfet kênh p

2 CÁC THÕNG SỔ CUA MOSFET:

+Không giông như phần tử bán dẫn công suất khác, các thông số cơ bản

để chọn m ột mosfet là điện trở thuận và tổn hao công suât trong quá trình dẫn

là các thông số cơ bản cần được xem xét

+M osfet có tần số đóng cắt rất cao hơn hẳn so với transistor thường và thyristor, tuy nhiên khả năng chịu tải về dòng điện và điện áp thì kém hơn

Trang 40

+Tổng trở vào rất lớn từ vài trăm KÍ2 đến vài M íì

+ĐỘ truyền dẫn là tỷ sô" giữa độ biến thiên của dòng ID với độ biếnthiên của điện áp Vos khi VDS không đổi:

Giữa cực s và D là m ột điện áp Vns tác dụng đẩy h ạt tải đa sô chạy từ s

sang D nếu có kênh dẫn xuât hiện

Đ ặt m ột điện áp dương vào cực G sao cho Vos > 0 lác động hút điện từ của vùng nền p về khoảng giữa 2 cực s và D và khi điện áp VGS đủ lớn thì sô điện tử bị hút nhiều đủ đ ể nối 2 cực s và D tạo ra kênh dẫn điện liên tục và hình thành dòng điện ID Đ iện áp Vos càng tăng thì dòng IDcàng lớn

4 MOSFET CÔNG SUÂT VÀ ỨNG D U N G :

4.1 ĐẢC Đ IỂM MOSFET CỐNG SUẤT LỚN:

M osfet có tần số đóng c ắt râ"t cao hơn hẳn so với transistor thường và thyristor, tuy nhiên khả năng chịa tải về dòng điện và điện áp thì kém hơn

4.2 ỨNG DUNG

Với ưu th ế tuyết đốì về thời gian đóng cắt cực nhỏ (cỡ 0,5 đến lus) các

M osfet chiếm ưu th ế tuyệt đối cho các ứng dụng yêu cầu tần số đóng cắt rất cao (đến vài trăm KHz) nhưng có công suât tương đôi nhỏ, ví dụ như các bộ nguồn phát xung cho máy tính PC

Tiêu đề	Điện Tử Công Nghiệp
Tác giả	Trương Cạo Đắng, Thỏ Đức
Trường học	Khoa Điện-Điện Tử
Chuyên ngành	Biện Tử Công Nghiệp
Thể loại	tài liệu tham khảo
Năm xuất bản	2011
Thành phố	Thủ Đức

Định dạng
Số trang	106
Dung lượng	9,03 MB