Trọng tâm học tập Mô tả đặc tính và hoạt động của bán dẫn hai cực Liệt kê các tổn hao công suất trong BJT Mô tả thế nào là kiểm tra BJTs Mô tả làm thế nào bảo vệ một BJTs Liệt kê Cá
Trang 1CHƯƠNG 3 : CÔNG SUẤT BÁN DẪN
Đề cương học tập
3.1 Giới thiệu :
3.2 Các bán dẫn nối lưỡng cực công suất (BJT = bipolar junction transistor)
3.2.1 Đặc tính vôn-ampe BJT
3.2.2 Thế hiệu dịch của bóng bán dẫn
3.2.3 Tổn hao công suâ(t trong BJT
3.2.4 Kiểm tra một bóng bán dẫn
3.2.5 Bảo vệ bóng bán dẫn lưỡng cực
3.2.6 Các dải công suất bán dẫn
3.2.7 Vùng làm việc an toàn ( SOA = safe operating Area)
3.2.8 Sự đánh thủng thứ cấp
3.2.9 Kết nối quen thuộc
3.2.10 Mắc nối tiếp và song song các bóng bán dẫn
3.3 Công suất bán dẫn oxit kim loại phạm vi ứng dụng các bóng bán dẫn ( MOSFETS)
3.3.1 Đặc tính điện áp – dòng điện của MOSFET
3.3.2 Đặc tính truyền tải của MOSFET
3.3.3 Đặc tính của MOSFET lý tưởng
3.3.4 Một MOSFET như một chuyển mạch
3.3.5 Tổn hao trong MOSFET
3.3.6 Diot sơ cấp của một MOSFET công suất
3.3.7 Bảo vệ MOSFET ( metal oxide semiconductor field effect transistor ) 3.3.8 Vùng làm việc an toàn ( SOA )
3.3.9 Các MOSFET mắc nối tiếp và song song
3.4 Cách điện cổng bán dẫn lưỡng cực ( IGBTs)
3.4.1 Các nguyện tắc làm việc
3.4.2 Đặc tính điện áp dòng điện của IGBTs
3.4.3 Đặc tính của IGBT lý tưởng
3.4.4 Tổn hao trong IGBT
3.5 Các bán dẫn một mối nối ( UJT = Unijunction transistor )
3.5.1 Thế hiệu dịch của UJT
3.5.2 Kiểm tra một UJT
3.5.3 Dùng mạch UJT để kích thyristor
3.6 Bài tập thảo luận
3.7 Các công thức
Trang 2Trọng tâm học tập
Mô tả đặc tính và hoạt động của bán dẫn hai cực
Liệt kê các tổn hao công suất trong BJT
Mô tả thế nào là kiểm tra BJTs
Mô tả làm thế nào bảo vệ một BJTs
Liệt kê Các nguyên tắc đánh gia BJTs
Giải thích làm thế nào mắc BJTs nối tiếp và song để nâng cao hiệu suất của chúng
Mô tả các đặc tính và hoạt động của bán dẫn oxit kim loại trường tác dụng bóng bán dẫn
Liệt kê các tổn hao công suất trong một MOSFET
Mô tả làm thế nào để bảo vệ MOSFET
Giải thích thế nào là mắc nối tiếp và song MOSFETs để tăng hiệu suất của chúng
Mô tả các đặc tính và hoạt động của cổng cách điện bóng bán dẫn lưỡng cực (IGBT)
Liệt kê các tổn hao công suất trong IGBT
3.1 Giới thiệu
Các bóng bán dẫn có dải điện áp và dòng điện cao được hiểu là các bóng bán dẫn công suất Một bóng bán dẫn là một dụng cụ ba lớp bán dẫn PNP hay NPN với hai chỗ nối Các bóng bán dẫn có hai loại cơ bản :Khuyếc đại và chuyển mạch Trong các điện tử công suất chủ yếu là hiệu qủa điều khiển côngsuất, với các bóng bán dẫn là hoạt động ổn định như một chuyển mạch Chúng chủ yếu được dùng trong mạch băm và các ứng dụng biến đổi điện ( inverter)
Các diot là các chuyển mạch không có khả năng điều khiển chỉ có hai đầu cực Chúng chỉ đáp ứng để chuyển mạch điện áp qua chúng Các bóng bán dẫn hơn thế nữa có ba đầu cực Hai đầu cực làm việc như các công tắc chuyển mạch, trong lúc đầu cực thứ
ba được dùng để vặn chuyển mạch đóng và mở Như vậy mạch điều khiển có thể độc lập với mạch điện được điều khiển
Hai loại bán dẫn công suất được dùng rộng rãi trong các mạch điện tử công suất : Bóng bán dẫn hai cực (BJT) vàchất bán dẫn ô xít kim loại trường tác dụng bóng bán dẫn (MOSFET) MOSFET và BJT công suất vẫn còn phát triển là dụng cụ được chọn trong các ứng dụng điện tử công suất
Tốc độ chuyển mạch của một BJT nhiều thời gian trễ hơn một MOSFET cùng kích cỡ và hiệu suất Một BJT là một dụng cụ điều khiển mạch điện , và yêu cầu một dòng điện cơ bản lớn để giữ dụng cụ trong trạng thái mở Thêm vào đó, để đạt được việc đóng nhanh, yêu cầu một dòng điện căn bản ngược cao hơn Những hạn chế này của MOSFET làm cơ sở thiết kế mạch điện hoàn thiện hơn và vì vậy mắc hơn Mặt khác, các MOSFET công suất là các dụng cụ điều khiển điện áp Chúng được ưa chuộng
Trang 3hơn với BJT trong các ứng dụng tần số cao nơi chuyển mạch tổn hao công suất chuyển mạch là quan trọng Tuy nhiên, điện áp trạng thái mở rơi trên MOSFET công suất là cao hơn của một BJT cùng kích cỡ và công suất Vì vậy, trong các ứng dụng điện áp cao nơi tổn hao trạng thái mở là tối thiểu, một BJT được ưa chuộng nơi tiêu phí thực hiện làm nghèo tần số cao
Sáng kiến cổng cách điện bóng bán dẫn hai cực (IGBT) đã phần nào khắc phục các hạn chế của các BJTs và MOSFETs Các IGBTs cung cấp khả năng điện áp cao, tổn hao trạng thái mở thấp, mạch điện đơn giản, tốc độ chuyển mạch nhanh IGBTs vì vậy trở thành chọn lựa lý tưởng cho các ứng dụng điện áp cao, tổn thất dẫn điện phải thấp
3.2 Các bán dẫn công suất hai cực :
Các bán dẫn công suất có khả năng trong cả hai loại NPN và PNP Tuy nhiên chúng
ta sẽ tập trung vào dụng cụ PNP Cấu trúc và ký hiệu của một bán dẫn (NPN) trình bày trong hình 3.1 Loại bán dẫn này được gọi là bán dẫn hai dầu cực BJT BJT thường thường được quy vào như một bán dẫn