Giáo trình điện tử công suất (nghề điện công nghiệp trình độ cao đẳng)

Các sóng tần số cao này phát sinh từ các mạch điều khiển phát sóng với tần số cao hoặc do quá trình đóng ngắt các linh kiện công suất, các sóng hoạt động trong các mạch điện có khả năng

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN – XÂY DỰNG VÀ NÔNG LÂM TRUNG BỘ

GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ

Năm 2021

2

LỜI GIỚI THIỆU

Cùng với yêu cầu phát triển về qui mô và chất lượng đào tạo nghề của Trường thì yêu cầu về biên soạn giáo trình, tài liệu phục vụ giảng dạy và học tập trong trường

là yêu cầu cần thiết và mang tính thiết thực Việc biên soạn giáo trình điện tử công suất để phục vụ giảng dạy cho các nghề điện CN, Điện Tử CN, là một sự cố gắng lớn của nhà trường và bản thân các giáo viên nhằm từng bước thống nhất và hoàn thiện các nội dung giảng dạy của mô đun

Nội dung của giáo trình được xây dựng dựa theo chương trình khung do hiệu trưởng ban hành Trên cơ sở tiếp cận và kế thừa những kiến thức đã được biên soạn từ các giáo trình của các tác giả khác ở trong và ngoài nước và với những nội dung kiến thức và kinh nghiệm giảng dạy trên lớp, giáo trình này thể hiện các kiến thức cơ bản và những ứng dụng cụ thể giúp người học có thể hiểu được các nguyên

lí cơ bản của các mạch và có thể thực hiện việc lắp ráp, vận hành được các mạch điện đó

Giáo trình được xây dựng và biên soạn bỡi các giáo viên giảng dạy điện tử trong khoa Điện- điện tử Với quan điểm biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, chủ yếu đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu và từ đó có thể mở rộng hơn cho những nội dung phức tạp

Tuy đã có sự cố gắng của các thầy giáo trong nhóm biên soạn nhưng không thể tránh khỏi những tồn tại, khuyết điểm Chúng tôi rất mong được sự góp của khoa, trường và bạn đọc để khi tái bản lần sau thì giáo trình này sẽ có chất lượng tốt hơn

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ động viên về tinh thần và vật chất của trường, khoa đã giúp chúng tôi hoàn thành giáo trình này

Tham gia biên soạn:

1 Ks Lê Kim Ngọc (Chủ biên)

2 Ths Nguyễn Văn Loi

3

MỤC LỤC

4

BÀI 1 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mục tiêu :

Sau khi học xong bài này người học có khả năng :

- Trình bày được nghĩa các đại lượng cơ bản trong điện tử công suất

- Phân biệt được các đại lượng cơ bản trong điện tử công suất

- R n luyện tính chính xác, nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc

Nội dung:

1 Giá trị trung bình của 1 đại lượng:

bình của đại lượng i, viết tắt là IAV được xác định theo hệ thức:

Ta thường hay gặp các đại lượng trị trung bình được biểu diễn với chỉ số Id

bình Itb (Id), điện áp trung bình Utb (Ud)

2 Công suất trung bình :

Công suất tức thời của một tải tiêu thụ được xác định bằng tích điện áp và dòng điện tức thời dẫn qua tải đó, tức là: p(t) = u(t).i(t)

Công suất trung bình được xác định bằng cách áp dụng tính trung bình vào đại lượng công suất tức thời p(t), tức là :

trung bình qua tải bằng tích của điện áp và dòng điện trung bình:

suất trung bình của tải bằng tích điện áp và dòng điện trung bình

Pd = U.Id = Ud Id

Giả thiết đại lƣợng i biến thiên theo thời gian theo một hàm tuần hoàn với chu

kỳ Tp hoặc với chu kỳ theo góc Xp = .Tp Trị hiệu dụng của đại lƣợng i đƣợc tính theo công thức:

bằng tỉ số giữa công suất tiêu thụ P và công suất biểu kiến S mà nguồn cấp cho tải

hệ số công suất nhƣ sau :

6

tạo nên công suất tiêu thụ của tải:

P = P1 = m.U.I1.cos1

Các sóng hài còn lại ( bậc cao) tạo nên công suất ảo

Với : P = m.U.I1.cos1 - Công suất tiêu thụ của tải

Q1 = m.U.I1.sin1 - Công suất phản kháng (công suất ảo do sóng hài cơ bản của dòng điện tạo nên)

của dòng điện tạo nên)

Khái niệm biến dạng (deformative) xuất hiện từ nghĩa tác dụng gây ra biến dạng điện áp nguồn của các thành phần dòng điện này, vì khi đi vào lưới điện chúng tạo nên sụt áp tổng không sin trên trở kháng trong của nguồn, từ đó sóng điện áp thực

tế cấp cho tải bị méo dạng

Từ đó, ta rút ra hệ thức tính hệ số công suất theo các thành phần công suất như sau:

2 2 2 1

S P Q D

  

4.2 Biện pháp nâng cao hệ số công suất :

Muốn tăng hệ số công suất, ta có thể :

phản kháng Các biện pháp thực hiện như bù bằng tụ điện, bù bằng máy điện đồng

bộ kích từ dư hoặc dùng thiết bị hiện đại bù bán dẫn (SVC – Static Var Compensator)

7

của dải tần số của sóng hài bậc cao được bù, ta phân biệt các biện pháp sau đây:

- Lọc sóng hài: Áp dụng cho các sóng hài bậc cao lớn hơn sóng hài cơ bản đến giá

trị khoảng kHz Có thể sử dụng các mạch lọc cộng hưởng LC Ví dụ như mạch lọc

LC cộng hưởng bậc 5,7,11… mắc song song với nguồn cần lọc

- Khử nhiễu: Áp dụng cho các sóng bậc cao có tần số khoảng kHz đến hàng

MHz Các sóng tần số cao này phát sinh từ các mạch điều khiển phát sóng với tần

số cao hoặc do quá trình đóng ngắt các linh kiện công suất, các sóng hoạt động trong các mạch điện có khả năng phát sóng điện từ lan truyền vào môi trường và tạo nên tác dụng gây nhiễu cho các thiết bị xung quanh, thậm chí gây nhiễu cho chính bản thân mạch điều khiển các thiết bị công suất Các thiết bị biến đổi công suất thường phải trang bị hệ thống khử nhiễu nghiêm ngặt Một trong các biện pháp sử dụng là dùng tụ điện, dùng dây dẫn bọc kim loại hoặc dùng lưới chống nhiễu cho thiết bị

Ngoài ra, có thể biểu diễn hệ số công suất theo công thức sau:

  1

1 cos I .cos

I

8

BÀI 2 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Mục tiêu:

- Trình bày được nguyên lý cấu tạo các loại linh kiện điện tử công suất

- Giải thích được nguyên l làm việc các loại linh kiện

- Nhận dạng được các linh kiện điện tử công suất dùng trong các thiết bịđiện điện

tử

- Lắp được mạch kích mở/khoá đơn giản

- R n luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

Nội dung:

1 Phân loại

Các linh kiện bán dẫn công suất trong lĩnh vực điện tử công suất có hai chức năng cơ bản: Đóng và ngắt dòng điện đi qua nó Trạng thái linh kiện dẫn điện (đóng) là trạng thái linh kiện có tác dụng như một điện trở rất bé (gần bằng 0) Độ lớn dòng điện qua linh kiện phụ thuộc trạng thái mạch điện lúc linh kiện đóng và

độ sụt áp trên linh kiện nhỏ không đáng kể (tối đa khoảng vài volt)

Trạng thái linh kiện không dẫn điện (ngắt dòng điện) là trạng thái linh kiện có tác dụng trong mạch như một điện trở rất lớn Dòng điện đi qua linh kiện có độ lớn không đáng kể, độ lớn điện áp đặt lên linh kiện phụ thuộc vào trạng thái hoạt động của mạch điện bên ngoài

Do đó, linh kiện bán dẫn hoạt động với hai chế độ làm việc đóng và ngắt dòng điện, được xem là l tưởng nếu ở trạng thái dẫn điện nó có độ sụt áp bằng 0

và ở trạng thái không dẫn điện, dòng đi qua nó bằng 0

Các linh kiện bán dẫn có thể chuyển đổi trạng thái làm việc của mình, ví dụ

từ trạng thái không dẫn điện (ngắt) sang trạng thái dẫn điện (đóng) và ngược lại thông qua tác dụng kích thích của tín hiệu lên cực điều khiển (ngõ vào) của các linh kiện Ta gọi linh kiện có tính điều khiển Tín hiệu điều khiển có thể tồn tại dưới dạng dòng điện, điện áp, ánh sáng với công suất thường nhỏ hơn rất nhiều so với công suất của nguồn và tải

Trên đây, ta chưa đề cập đến tác dụng của điện áp và dòng điện của mạch công suất lên quá trình chuyển đổi trạng thái làm việc của linh kiện Tín hiệu điều khiển lên mạch cực điều khiển chỉ có tác dụng khi trạng thái điện áp đặt vào hai cực chính ở ngõ ra của linh kiện có chiều phân cực và độ lớn phù hợp

9

Với những nhận xét ở trên, các linh kiện bán dẫn công suất, theo chức năng đóng và ngắt dòng điện và theo khả năng điều khiển các chức năng này, có thể chia làm ba nhóm chính:

1.1 Linh kiện không điều khiển

Trong trường hợp linh kiện không chứa cực điều khiển và quá trình chuyển trạng thái làm việc của linh kiện xảy ra dưới tác dụng của nguồn công suất ở ngõ

ra, ta gọi linh kiện thuộc loại không điều khiển Ví dụ: diode, DIAC là các linh kiện không điều khiển

1.2 Linh kiện chỉ điều khiển kích dẫn

Nếu thông qua cực điều khiển, tín hiệu chỉ tác động đến chức năng đóng dòng điện mà không thể tác động làm ngắt dòng điện qua nó, ta gọi linh kiện không có khả năng kích ngắt Ví dụ như SCR, TRIAC

1.3 Linh kiện điều khiển kích dẫn/kích khóa

Ngược lại, các linh kiện có thể thay đổi trạng thái từ dẫn điện sang ngắt địên

và ngược lại thông qua tác dụng của tín hiệu điều khiển, được gọi là linh kiện có khả năng kích ngắt (Self Commutated Device – tạm dịch: Linh kiện tự chuyển mạch) Đại diện cho nhóm linh kiện này là transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO ( Gate – Turn – Off Thyristor), IGCT, MCT, MTO

2 Diode chỉnh lưu công suất:

2.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc

K hiệu của điôt chỉnh lưu :

DIODE

Nguyên lý làm việc của điôt chỉnh lưu

Khi ghép hai loại bán dẫn P và N với nhau thì điện tử thừa của N chạy sang P và các lỗ trống của bán dẫn P chạy sang N Chúng gặp nhau ở vùng tiếp giáp, tái hợp với nhau và trở nên trung hoà về điện

Ở vùng tiếp giáp về phía bán dẫn P, do mất lỗ trống nên chỉ còn lại những ion âm

Vì vậy, ở vùng đó có điện tích âm Ở vùng tiếp giáp về phía bán dẫn N, do mất điện tử thừa, nên chỉ còn lại những ion dương Vì vậỵ ở vùng đó có điện tích dương, do đó, hình thành điện dung ở mặt tiếp giáp Đến đây, sự khuếch tán qua lại giữa P và N dừng lại Vùng tiếp giáp đã trở thành một bức rào ngăn không cho lỗ trống từ P chạy qua N và điện tử N chạy qua P Riêng các hạt mang điện tích thiểu

10

số là các điện tử trong bán dẫn P và các lỗ trống trong bán dẫn N là có thể vượt qua tiếp giáp, vì chúng không bị ảnh hưởng của bức xạ hàng rào ngăn, mà chỉ phụ thuộc nhiệt độ Trong bán dẫn P, các điện tích đa số là các lỗ trống, còn trong bán dẫn N là các điện tử thừa

Bây giờ ta xét sự vân chuyển động của các phần tử mang điện khi phân cực cho Điốt

+ Phân cực thuận được trình bày

Phân cực thuận cho điốt chỉnh lưu

Do tác dụng của điện trường E, các điện tử thừa trong N chạy ngược chiều điện trường vượt qua tiếp giáp sang P, để tái hợp với các lỗ trống trong P chạy về phía tiếp giáp Điện tử tự do từ âm nguồn sẽ chạy về bán dẫn N để thay thế, tạo nên dòng thuận có chiều ngược lại Dòng thuận tăng theo điện áp phân cực Ngoài ra, phải kể đến sự tham gia vào dòng thuận của các điện tử trong cặp điện tử - lỗ trống Khi nhiệt độ tăng lên thì thành phần này tăng, làm cho dòng thuận tăng lên + Phân cực ngược được trình bày

Phân cực ngược cho Điốt chỉnh lưu

Do tác động của điện trường E các điện tử thừa trong N và các lỗ trống trong P đều di chuyển về hai đầu mà không vượt qua được tiếp giáp, nên không tạo nên được dòng điện Chỉ còn một số điện tích thiểu số là những lỗ trống trong vùng bán dẫn N và các điện tử trong vùng bán dẫn P (của cặp điện tử - lỗ trống) mới có khả

11

năng vượt qua tiếp giáp Chúng tái hợp với nhau Do đó có một dòng điện tử rất nhỏ từ cực âm nguồn chạy tới để thay thế các điện tử trong P chạy về phía N và tạo nên dòng điện ngược rất nhỏ theo chiều ngược lại Gọi là dòng ngược vì nó chạy từ bán dẫn âm (N) sang bán dẫn dương (P) Dòng ngược này phụ thuộc vào nhiệt độ

và hầu như không phụ thuộc điện áp phân cực Đến khi điện áp phân cực ngược tăng quá lớn thì tiếp giáp bị đánh thủng và dòng ngược tăng vọt lên

2.2 Tính chọn linh kiện

Có hai thông số kỹ thuật chính cần quan tâm khi chọn linh kiện là:

sản xuất cung cấp, có thể tra cứu trong các tài liệu của hãng sản xuất để xác định)

thủng của điốt, cũng do nhà sản xuất cung cấp)

2.3 Bảo vệ linh kiện

Để hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng quá áp và bảo vệ cho diode công suất người

ta mắc song song với diode mạch lọc RC Để hạn chế quá dòng điện người ta mắc nối tiếp cuộn cảm L với diode

Lưu ý:

- Thông thường trong các diode công suất đã có chứa mạch RC tích hợp

- Điện áp định mức là điện áp nghịch lớn nhất có thể lặp lại tuần hoàn trên diode -

Để tăng khả năng chịu áp tải ta ghép nối tiếp các diode

- Để tăng khả năng chịu dòng tải ta ghép song song các diode

2.4 Xử lý làm mát

2.4.1 Làm mát chỉ bằng vỏ van bán dẫn

Nếu công suất tản nhiệt khi van hoạt động dưới 20W, đồng thời dòng điện làm việc

chỉ cần để van ở vị trí thông thoáng

2.4.2 Làm mát bằng cách gắn lên van bán dẫn cánh tản nhiệt

- Thường cứ 100W công suất tản nhiệt thì gắn 1 quạt

- Van cho phép hoạt động với dòng tối đa 70% định mức

2.4.4 Làm mát bằng cách gắn lên van bán dẫn cánh tản nhiệt kết hợp cưỡng bức bằng nước

- Nước làm mát được luân chuyển liên tục

- Van cho phép hoạt động đến 90% định mức

3 BJT công suất:

3.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc

Nếu trên một đế bán dẫn ta tạo ra hai mặt ghép n-p liên tiếp nhau thì ta có một tranzisto lưỡng cực (bipolar) hay đơn giản quen gọi là tranzisto

Tranzisto có khả năng khuếch đại tín hiệu, tranzisto đóng vai trò rất quan trọng

trong các mạch điện tử nên ta cần nghiên cứu tỉ mỉ nguyên lý làm việc và các

thông số của nó

Tranzisto có hai mặt ghép n-p cấu tạo từ ba lớp bán dẫn tạp khác tính nên nó có thể

là p-n-p hoặc n-p-n Loại tranzisto p-n-p có cấu trúc và ký hiệu như ở hình a gọi là tranzisto thuận, loại n-p-n hình b gọi là tranzisto ngược

B

C

B B

C C

Cấu tạo và ký hiệu a) Của tranzisto thuận ; b) Của tranzisto ngược

Hai loại tranzisto này có cấu tạo khác nhau nhưng nguyên l làm việc tương

tự nhau Sự khác nhau ở đây là phân cực nguồn cho hai loại tranzisto này ngược tính nhau Vì vậy chỉ cần xét nguyên lý làm việc của một loại là có thể suy ra loại kia Ví dụ ta xét cấu tạo và nguyên lý làm việc cuả tranzisto thuận p-n-p

13

Cấu tạo của một tranzisto trình bày trên hình a Miền bán dẫn p thứ nhất gọi là cực

phát E - cực Emitơ, đó là miền có nồng độ tạp chất lớn, tức là nồng độ lỗ trống lớn

để phát ra lỗ trống Miền thứ hai là miền n gọi là miền cực gốc B hay cực bazơ

Miền này vừa mỏng (cỡ vài m) lại vừa ngh o điện tử (nồng độ tạp chất nhỏ) Miền thứ ba là miền cực góp hay cực colectơ hay cực C có nồng độ tạp chất trung bình

Cả ba miền cực đều có chân để nối ra ngoài để hàn vào mạch Mặt ghép n-p giữa E

và B gọi là mặt ghép Emitơ, mặt ghép n-p giữa C và B gọi là mặt ghép colectơ Như vậy về mặt cấu trúc có thể coi tranzisto lưỡng cực như hai điôt mắc nối tiếp

nối tiếp nhau để được 1 tranzisto vì trong tranzisto do cấu tạo như trên nên hai điôt (hai mặt ghép) có tác dụng tương hỗ với nhau qua miền bazơ Hiệu ứng “tranzit” chỉ xảy ra khi khoảng cách giữa hai mặt ghép nhỏ hơn nhiều so với độ dài khuếch tán của hạt dẫn

a)Cấu tạo, b)Các mặt ghép của tranzisto

Ngu ên l hoạt động

Trong ứng dụng thông thường (khuếch đại), nối phát nền phải được phân cực thuận trong lúc nối thu nền phải được phân cực nghịch

Vì nối phát nền được phân cực thuận nên vùng hiếm hẹp lại Nối thu nền được phân cực nghịch nên vùng hiếm rộng ra

nền Như ta đã biết, vùng nền được pha tạp chất ít và rất hẹp nên số lỗ trống không nhiều, do đó lượng trống khuếch tán sang vùng phát không đáng kể

14

nền B

Mạch phân cực cho Tranzitor

Như vậy, theo định luật Kirchoff, dòng điện IElà tổng của các dòng điện ICvà IB

Ta có: IE = IC + IB

Dòng IB rất nhỏ (hàng micro ampe) nên ta có thể coi như: IE # IC

3.2 Tính chọn linh kiện

Khi tính chọn linh kiện, người thiết kế dựa vào các thông số kỹ thuật chính sau:

- Dòng điện cực đại : Là dòng điện giới hạn của transistor, vượt qua dòng giới hạn

này Transistor sẽ bị hỏng

- Điện áp cực đại : Là điện áp giới hạn của transistor đặt vào cực CE , vượt qua

điện áp giới hạn này Transistor sẽ bị đánh thủng

- Tần số cắt : Là tần số giới hạn mà Transistor làm việc bình thường, vượt quá tần

số này thì độ khuyếch đại của Transistor bị giảm

- Hệ số khuếch đại : Là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE

- Công suất cực đại : Khi hoạt động Transistor tiêu tán một công xuất P = UCE

hỏng

15

3.3 Bảo vệ linh kiện

- Bảo vệ quá áp: Quá áp gây hỏng transistor công suất thường do xung điện áp ngược từ máy biến áp tạo ra Mạch dưới đây là một biện pháp thông dụng để bảo

vệ transistor công suất

- Bảo vệ quá dòng: Việc bảo vệ quá dòng thường sử dụng biện pháp đơn giản là dùng điện trở cầu chì mắc từ chân ngõ ra transistor xuống mass hoặc sử dụng cầu chì tác động nhanh

3.4 Xử lý làm mát

Phương pháp xử lý làm mát transistor công suất tương tự như đi ốt công suất

4 MOSFET công suất

4.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc

Hình dạng ngoài thực tế:

16

Ký hiệu trong sơ đồ nguyên lý

Qua đó ta thấy Mosfet này có chân tương đương với Transitor BJT :

+ Chân G tương đương với B

+ Chân D tương đương với chân C

+ Chân S tương đương với E

Khác với BJT, Mosfet có cấu trúc bán dẫn cho phép điều khiển bằng điện áp với dòng điện điều khiển cực nhỏ

Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N

Khi điện áp UGS = 0 thì điện trở RDS rất lớn, khi điện áp UGS > 0 => do hiệu ứng từ

Nguyên lý hoạt động:

Mosfet hoạt động ở 2 chế độ đóng và mở Do là một phần tử với các hạt mang điện

cơ bản nên Mosfet có thể đóng cắt với tần số rất cao Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vẫn đề quan trọng

Mạch điện tương đương của Mosfet Nhìn vào đó ta thấy cơ chế đóng cắt phụ thuộc vào các tụ điện ký sinh trên nó

D

đóng là Ugs<=0 Dòng điện sẽ đi từ D xuống S

Do đảm bảo thời gian đóng cắt là ngắn nhất người ta thường : Đối với Mosfet

* Mạch thí nghiệm :

(Phân cực thuận cho Mosfet ngược) ta thấy bóng đ n không sáng nghĩa là không

có dòng điện đi qua cực DS khi chân G không được cấp điện

Q1 dẫn => bóng đ n D sáng

18

Khi công tắc K ngắt, Nguồn cấp vào hai cực GS = 0V nên Q1 khóa ==>Bóng đ n tắt

=> Từ thực nghiệm trên ta thấy rằng : điện áp đặt vào chân G không tạo ra dòng

GS như trong Transistor thông thường mà điện áp này chỉ tạo ra từ trường => làm

Chú ý : Mạch thử nghiệm trên chỉ là mạch mô phỏng khả năng đóng cắt và hoạt động của MosFet

4.2 Tính chọn linh kiện

Thường chọn Mosfet công suất theo các thông số sau:

4.3 Bảo vệ linh kiện

- Đối với mosfet công suất lớn, tiếp giáp DS thường đã tích hợp đi ốt đệm để bảo

vệ chống điện áp ngược

- Tránh trường hợp cực G rơi vào trạng thái không xác định làm hỏng mosfet, chân

G của mosfet phải được nối điện trở chốt nguồn hoặc chốt mass phù hợp

4.4 Xử lý làm mát

- Ở trạng thái làm việc bình thường, mosfet phát nhiệt thấp hơn nhiều so với transistor lưỡng cực, việc làm mát cho mosfet công suất chủ yếu dùng biện pháp cánh tản nhiệt hoặc kết hợp cánh tản nhiệt và quạt gió

- Do đặc tính hệ số nhiệt dương nên việc ghép mosfet song song để chia dòng là giải pháp được cho phép thực hiện

5 IGBT (Insulated Gate Bipolar transistor):

5.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc

IGBT là transistor công suất hiện đại, chế tạo trên công nghệ VLSI, cho nên kích thước gọn nhẹ nó có khả năng chịu được điện áp và dòng điện lớn cũng như tạo nên độ sụt áp vừa phải khi dẫn điện

IGBT có phần tử MOS vơí cực cách điện được tích hợp trong cấu trúc của

nó Giống như thyristor và GTO, nó có cấu tạo gồm hai transistor Việc điều khiển đóng và ngắt IGBT được thực hiện nhờ phần tử MOSFET đấu nối giữa hai cực transistor NPN

Việc kích dẫn IGBT được thực hiện bằng xung điện áp đưa vào cực kích G Đặc tính V-A của IGBT có dạng tương tư như đặt tính V- A của MOSFET

19

Khi tác dụng lên cực G điện thế dương so với Emitter để kích đóng IGBT, các hạt mang điện loại N được kéo vào kênh P gần cực G làm giầu điện tích mạch cổng P của transistor NPN và làm cho transistor này dẫn điện và làm cho IGBT dẫn điện Việc ngắt IGBT có thể thực hiện bằng cách ngắt điện thế cấp cho cực G

để ngắt kênh dẫn P Mạch kích của IGBT vì thế rất đơn giản

Ưu điểm của IGBT là khả năng đóng ngắt nhanh làm cho nó được sử dụng trong phổ biến trong các bộ biến đổi điều chế độ xung tần số rất cao Mặt khác, với cấu tạo của một transistor IGBT có độ sụt áp khi dẫn điện lớn hơn so với các linh kiện thuộc dạng thyristor như GTO Tuy nhiên, IGBT hiện chiếm vị trí rất quan trọng trong công nghiệp với hoạt động trong phạm vi công suất đến 10MW hoặc cao hơn nữa

Công nghệ chế tạo IGBT phát triển tăng nhanh công suất của IGBT đã giúp

nó thay thế dần GTO trong một số ứng dụng trong công suất lớn Điều này còn dẫn đến các cải tiến hơn nữa công nghệ của GTO và tạo nên các dạng cải tiến của nó như MTO, ETO và IGCT

Giống như MOSFET, linh kiện IGBT có điện trở mạch cổng lớn làm hạn chế công suất tổn hao khi đóng và ngắt Giống như BJT linh kiện IGBT có độ sụt

áp khi dẫn điện thấp từ (2 tới 3 V; 1000V định mức) nhưng cao hơn so với GTO Khả năng chịu áp khoá chưa cao như thấp hơn so với thyristor IGBT có thể làm việc với dòng điện lớn Tương tự GTO, transistor IGBT có khả năng chịu áp ngược cao

So với thyristor, thời gian đáp ứng đóng và ngắt của IGBT rất nhanh,

chế tạo của IGBT đang được đặc biệt phát triển để đạt đến mức điện áp vài ngàn Volt (6kV) và dòng điện vài ngàn Ampe

5.2 Tính chọn linh kiện

Thường chọn IGBT theo các điều kiện kỹ thuật chính sau:

- Dòng điện cực đại cực C: IC

5.3 Bảo vệ linh kiện

- Đối với IGBT công suất lớn, tiếp giáp DS thường đã tích hợp đi ốt đệm để bảo vệ chống điện áp ngược

- Tránh trường hợp cực G rơi vào trạng thái không xác định làm hỏng IGBT, chân

G của mosfet phải được nối điện trở chốt nguồn hoặc chốt mass phù hợp

- Hiện nay trên thị trường xuất hiện nhiều các IGBT thông minh, khi đo các mạch bảo vệ đã được tích hợp trên modun và có độ tin cậy rất cao

5.4 Xử lý làm mát

Việc xử l làm mát IGBT tương tự như mosfet công suất, riêng IGBT tích hợp dạng modun phải xử l làm mát theo đúng hướng dẫn nhà sản xuất

6 SCR –Silicon Controlled Rectifier

6.1 Ký hiệu, phân loại, cấu tạo, nguyên lý làm việc

SCR được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn PN ghép liên tiếp nhau tạo thành 3 diode hoặc 2 BJT ghép phức hợp Trong thực tế người ta thường sử dụng loại PNPN (SCR loại P)

Đặc tính V-A ngõ ra: quan hệ giữa điện áp và dòng điện đi qua hai cực anode, catode Đặc tính ngõ vào quan hệ giữa điện áp và dòng cực G (cực điều khiển)