điện tử công suất chương I

Một số Điốt thông dụng thường gặpĐiốt Zener còn gọi là điốt ổn áp, là một loại Điốt bán dẫn làm việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng.. Nó được chế tạo sao cho khi ph

CHƯƠNG 1

CÁC LINH KIỆN BÁN

DẪN

NỘI DUNG CHƯƠNG 1

1.1 Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn công suất

1.1 Đặc tính cơ bản của các phần tử công suất.

• Dòng điện làm việc: phải lớn hơn dòng tải.

• Điện áp ngược chịu được

• Thời gian dẫn thời gian tắt

• Điện áp rớt trên phần tử công suất khi dẫn

• Tổn hao công suất

1.2 Diod công suất

• Nguyên lí cấu tạo

Phân cực cho mối nối p-n

• Thông số của diode:

• Iđm – dòng điện định mức, có thể tới 7000A

∀ ∆ U – sụt áp thuận, trong khoảng (0,7 - 2)V

∀ ∆ P – tổn hao công suất; ∆ P = ∆ U.I (đến hàng kW)

• Tcp- nhiệt độ làm việc cho phép; tới khoảng 2000oC

• UN - điện áp ngược; Trong khoảng (50-4000)V

• Irò – dòng điện rò, tới vài trăm mA

Một số Điốt thông dụng thường gặp

Điốt Zener còn gọi là điốt ổn áp, là một loại Điốt bán dẫn làm

việc ở chế độ phân cực ngược trên vùng điện áp đánh thủng

Điện áp này còn gọi là điện áp Zener hay thác lở Khi đó giá trị điện áp ít thay đổi

Nó được chế tạo sao cho khi phân cực ngược thì điốt Zener sẽ ghim một mức điện áp gần cố định bằng giá trị ghi trên diode, làm ổn áp cho mạch điện

Diode xung Trong các bộ nguồn xung thì ở đầu ra của biến áp xung , ta phải dùng Diode xung để chỉnh lưu diode xung là diode làm việc ở tần số cao khoảng vài chục KHz , diode nắn điện thông thường không thể thay thế vào vị trí diode xung được, nhưng ngựơc lại diode xung có thể thay thế cho vị trí diode thường, diode xung có giá thành cao hơn diode thường nhiều lần

Về đặc điểm , hình dáng thì Diode xung không có gì khác biệt với Diode thường, tuy nhiên Diode xung thường có vòng dánh dấu đứt nét hoặc đánh dấu bằng hai vòng

Diode nắn điện Là Diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC 50Hz , Diode này thường có 3 loại là 1A,

2A và 5A

1.3 Transistor lưỡng cực BJT Bibolar Junction Transistor

1 Nguyên lí, cấu tạo.

2 Đặc tính, thông số

3 Đặc điểm cấu tạo

4 Sơ đồ darlington

1 Nguyên lí cấu tạo BJT

• Cấu tạo của transistor có dạng như hình vẽ

Base a)

Emitter

Colector

Base b)

Hoạt động của transistor

Nguyên lý hoạt động của tranzitor

2 Đặc điểm kết cấu

• Dòng điện điều khiển Ib được xác định Ib = IC/ β

• Trong điện tử công suất, dòng điện lớn nên transistor làm việc ở chế độ đóng cắt nên khi mở phải thoả mãn điều kiện:

• Ib = kbh IC/ β (kbh = 1,2 ÷ 1,5 - hệ số bão hoà),

• điện áp bão hoà CE khoảng 1-1,5 V Ib = IC/ β

• Do cần hệ số khuếch đại lớn nên BJT thường cấu tạo dạng

darlington

Thông số

• IC – dòng điện định mức, ( tới 1000A)

∀ β - hệ số khuếch đại dòng điện

• IB = IC/ β – dòng điện base mA

∀ ∆U – sụt áp thuận; (khoảng (0,7 - 2)V)

∀ ∆P – tổn hao công suất sinh nhiệt (đến hàng kW)

• Tcp- nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp khoảng 2000C

• UCE - điện áp CE; Trong khoảng (50-1500)V

• UBE - điện áp BE; hàng vôn

3 Sơ đồ darlington

• Từ đặc tính tĩnh ở trên thấy rằng hệ số khuếch đại dòng điện của các transistor công suất nhỏ chỉ khoảng hàng chục Do đó cần mắc hai transistor nối tiếp nhau như hình vẽ

• Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n tạo thành.

• Tiristor có 3 lớp tiếp giáp J1, J2, J3 hình thành 3 cực Anot:

A, Katot: K, cực điều khiển: G.

Cấu tạo của thyristor

1.4 Thyristor (SCR)

3 Mở thyristor

• Tăng điện áp thuận UAK cho đến khi lớn hơn Uthmax khi đó điện trở nội của tiristor giảm mạnh, dòng qua tiristor sẽ do mạch ngoài xác định Phương pháp này trong thực tế không dùng (cần phải tránh) do những nguyên nhân sau:

– Không phải khi nào cũng có thể tăng được điện áp đến giá trị

Uthmax

– Trường hợp này thường xảy ra do tác dụng của xung áp tại một thời điểm ngẫu nhiên, không định trước

• Tăng tốc độ biến thiên điện áp du/dt

• Đưa một xung dòng điện có giá trị nhất định vào cực điều khiển (UGK>0) Đây là phương pháp điều khiển tiristor được áp dụng trong thực tế

4 Khoá thyristor

• Khi một tiristor đã mở, sự hiện diện của tín hiệu điều

khiển Ig là không cần thiết, để khoá tiristor có 2 cách:

• Giảm dòng qua tiristor xuống dưới giá trị dòng duy trì Idt.

• Đặt một điện áp ngược lên tiristor (biện pháp thường

dùng).

• Chịu được điện áp cao;

• Công suất điều khiển nhỏ;

• t mở

• t khoá

• du/dt

• di/dt

1.5 Triac

• Cấu trúc và kí hiệu

• Triac là linh kiện có thể dẫn dòng điện ở hai chiều Vì vậy, định nghĩa dòng thuận và dòng ngược không có ý nghĩa tương tự cho các khái niệm điện áp ngược Việc kích dẫn triac thực hiện nhờ xung dòng điện đưa vào cực điều khiển

G, điều khiển để Triac đóng điện là đưa xung dòng kích vào cực điều khiển trong điều kiện tồn tại điện áp trên linh kiện khác zero

• Giống như Thyristor, không thể điều khiển ngắt dòng qua triac Triac sẽ ngắt theo quy luật đã được giải thích đối với Thyristor

a)

• Đặc tính Volt-Ampere của TRIAC bao gồm hai đoạn đặc tính ở góc phần tư thứ nhất và thứ ba, mỗi đoạn đều giống như đặc tính thuận của một thyristor.

• TRIAC có thể điều khiển cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung âm (dòng đi ra khỏi cực điều khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém hơn, nghĩa là để mở được TRIAC sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điều khiển dương Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua TRIAC thì sử dụng

dòng điện dương là tốt hơn cả

• Ứng dụng: Người ta dùng triac để điều chỉnh ánh sáng điện, nhiệt

độ lò ….vv…

•

1.6.Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor

• Dòng điện ID đi từ D sang S, điện áp phân cực cho cực G càng tăng thì dòng ID càng lớn

• Điện áp UGS đủ lớn để tạo thành kênh dẫn điện gọi là điện áp ngưỡng UGS(T) hay UT

• Khi UGS<UT thì dòng cực máng ID = 0

Hiện nay đã chế tạo MOSFET:

+ dòng lớn: 1900A x 200V + điện áp cao: 900V x 85A + loại trung bình: 300A x 300V

Ưu:

+ điều khiển bằng áp

+ công suất điều khiển nhỏ

+ tham số ít phụ thuộc nhiệt độ

+ có thể không cần điện áp âm ở

+ Khả năng chịu điện áp ở trạng thái khóa thấp

+ Van một cực tính

1.7 Insulated Gate Bipolar Transistor

• Điều khiển bằng điện áp;

• Công suất điều khiển nhỏ;

• Chịu được điện áp khá cao;

• Sụt áp dẫn nhỏ (2-4V tương đương một

điôt và điện trở nối tiếp);

• Tham số ít phụ thuộc vào nhiệt độ;

• Tần số chuyển mạch cao đến 30kHz ( thấp

hơn MOSET, nhưng cao hơn các van họ

thyristor và BT-Dalinhtơn)

• Dễ mắc song song;

• Công nghệ cho phép nhanh chóng chế tạo

với cấp điện áp và dòng lớn hơn nữa;

Nhược:

• Van một cực tính;

• Cấp điện áp vẫn thấp hơn họ thyristor;

Hiện nay đã chế tạo IGBT : + điện áp cao: 6500V x 600A + dòng lớn: 1700V x 3600A

Th«ng sè IGBT

• UCES - Điện áp cực đại CE khi GE ngắn mạch

• UGES - Điện áp GE cực đại cho phép khi CE ngắn mạch

• IC- Dòng điện một chièu cực đại

• ICmax - Dòng điện đỉnh của colector;

• Pm - Công suất tổn hao cực đại;

• GTO (Gate Turn Off Thyristor)

Là một phần tử bán dẫn có 4 lớp bán dẫn PNPN như SCR

Về cơ bản GTO giống như tiristo, nghĩa là nó có khả năng đóng

cắt dòng điện rất lớn, chịu được điện áp cao, ngoài ra nó có khả

năng chủ động hoàn toàn thời điểm mở và khoá dưới tác động

của tín hiệu điều khiển

Trong cấu trúc bán dẫn của GTO lớp P, anot được bổ xung thêm các lớp bán dẫn n+ Khi chưa có dòng điều khiển nếu anot có điện áp

dương hơn K thì toàn bộ điện áp sẽ rơi trên tiếp giáp J2 ở giữa Nếu

K có điện áp dương hơn A thì tiếp giáp p+- n sẽ bị đánh thủng ngay ở điện áp thấp nghĩa là GTO không thể chịu được điện áp ngược

• Để khoá GTO cần lấy một xung dòng ra khỏi cực điều khiển Khi van đang dẫn dòng, tiếp giáp J2 chứa một số lượng lớn

điện tích sinh ra do hiện tượng bắn phá của các điện tích tạo lên vùng dẫn điện Bằng cách lấy đi một số lượng lớn các điện tích qua cực điều khiển vùng dẫn điện sẽ bị co hẹp và bị ép về phía vùng n+ của K và n+ của A Kết quả là dòng điện A sẽ bị giảm cho đến khi về 0 Dòng điều khiển cần được duy trì một thời gian ngắn để GTO phục hồi tính chất khoá