Giáo trình điện tử công suất

Khái niệm về điện tử công suất B ộ biến đổi: Điện tử công suất ĐTCS, tên tiếng anh là Power Electronics Điện tử công suất lớn, còn được gọi “Kỹ thuật biến đổi điện năng“, là một bộ phậ

GIÁO TRÌNH

ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH CỠ NHỎ

Mã mô đun: MĐ27

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Trình độ: Cao đẳng nghề/ Trung cấp nghề

Biên soạn: ThS Nguyễn Văn Ban

Lưu hành nội bộ, 2014

7U ѭӡ

QJ &

N

Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 5

1 Khái niệm về điện tử công suất 5

2 Ngắt điện điện tử (NĐĐT) hay Bán dẫn (NĐBD) 5

3 Khảo sát mạch ĐTCS 7

4 Các hệ thức và khái niệm cơ bản 7

4.1 Trị trung bình của một đại lượng 7

4.2 Trị hiệu dụng của một đại lượng 9

4.3 Công suất 10

4.4 Hệ số công suất 12

5 Tính chọn ngắt điện điện tử 14

5.1 Tính chọn định mức áp linh kiện 14

5.2 Tính chọn định mức dòng và công suất linh kiện 14

6 Bài tập 16

Chương 2: CÁC LINH KIỆN CÔNG SUẤT 21

1 Phân loại 21

2 DIODE 22

2.1 Đặc tính, phân loại 22

2.2 Đặc tính phục hồi (Recovery) của Diode 22

3 Transistor BJT 24

3.1 Đặc tính đóng ngắt của Transistor 25

3.2 Đặc tính đóng ngắt MOSFET, IGBT 26

3.3 Vùng hoạt động an toàn của BJT (Safe Operating Area) 26

4 IGBT 27

4.1 Giới thiệu 27

4.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động 27

4.3 Đặc tính đóng cắt của IGBT 27

4.4 Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area) 28

4.5 Vấn đề bảo vệ IGBT 28

5 SCR (Thyristor) 28

5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 29

5.2 Đặc tính tĩnh (Volt – Ampe) 29

5.3 Các thông số kỹ thuật của SCR 30

5.4 Ứng dụng của SCR 31

5.5 Đặc tính động (đóng ngắt) 31

5.6 Đặc tính cổng (hay kích khởi cổng) 33

5.7 Các linh kiện khác trong họ Thyristor 33

6 TRIAC 35

6.1 Mô tả và chức năng 35

6.2 Đặc tính V-A 35

6.3 Khả năng chịu tải 36

7 GTO (Gate Turn – Off Switch) 37

7U ѭӡ

QJ &

N

8 Các linh kiện công suất mới 38

8.1 PUT (Programmable Unijunction Transistor) 38

8.2 SCS (Silicon – Controlled Switch) 39

8.3 IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor) 40

8.4 MCT 41

8.5 MTO (MOS Turn Off Thyristor) 43

8.6 ETO (Emitter Turn-Off Thyristor) 44

1.1 So sánh khả năng họat động của các linh kiện 45

9 Mạch lái ngắt điện bán dẫn 46

9.1 Mạch lái BJT công suất 47

9.2 Mạch lái MOSFET công suất và IGBT 48

9.3 Mạch lái SCR và Thyristor 49

9.4 Mạch lái MOSFET công suất có bảo vệ dòng 51

9.5 Vi mạch lái ½ cầu MOSFET 52

10 Bảo vệ bộ biến đổi và ngắt điện bán dẫn 52

10.1.Bảo vệ dòng 52

10.2.Bảo vệ áp 53

Chương 3: BỘ CHỈNH LƯU 55

1 Bộ chỉnh lưu 1 pha 55

1.1 Chỉnh lưu không điều khiển 55

1.2 Chỉnh lưu điều khiển pha 61

1.3 Khảo sát một số sơ đồ chỉnh lưu điều khiển pha 69

1.4 Ứng dụng 71

2 Bộ chỉnh lưu 3 pha 72

2.1 Chỉnh lưu mạch tia 3 pha không điều khiển 72

2.2 Chỉnh lưu 3 pha điều khiển điều khiển pha 74

3 Chỉnh lưu hỗn hợp SCR và DIODE 79

3.1 Các sơ đồ 79

3.2 Khảo sát sơ đồ chỉnh lưu một pha 79

3.3 Khảo sát sơ đồ chỉnh lưu cầu ba pha hỗn hợp 81

4 Các chế độ làm việc của bộ chỉnh lưu và hệ quả 82

4.1 Chế độ chỉnh lưu và chế độ nghịch lưu 82

4.2 Chế độ dòng liên tục và chế độ dòng điện gián đoạn 84

4.3 Mạch phát xung điều khiển pha 86

4.4 Ứng dụng chỉnh lưu điều khiển pha 91

Chương 4: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP XOAY CHIỀU 95

1 Nguyên lý đóng ngắt 95

7U ѭӡ

QJ &

N

2.2 Bộ biến đổi áp xoay chiều ba pha 102

3 Ứng dụng bộ biến đổi áp xoay chiều 103

Chương 5: BỘ BIẾN ĐỔI ÁP MỘT CHIỀU 105

1 Bộ giảm áp 105

2 Bộ tăng áp 105

3 Các phương pháp điều khiển bộ biến đổi điện áp một chiều 106

3.1 Mạch phát xung điều khiển BBĐ áp một chiều 106

3.2 Mạch điều rộng xung loại dòng điện 107

3.3 Mạch lái nửa cầu Transistor 108

3.4 Mạch lái sơ đồ cầu 110

4 Ứng dụng 111

4.1 Nguyên lý điều khiển bộ biến đổi 111

4.2 Điều khiển động cơ một chiều 112

4.3 Các bộ nguồn một chiều - cấp điện hay ổn áp xung 112

4.4 Nghịch lưu 113

Chương 6: BỘ NGHỊCH LƯU VÀ BỘ BIẾN TẦN 115

1 Bộ nghịch lưu áp một pha 115

2 Bộ nghịch lưu áp ba pha 116

2.1 Sơ đồ 116

2.2 Phân tích điện áp bộ nghịch lưu áp 3 pha 117

3 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp 119

3.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ 119

3.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung sin (SIN PWM) 120

3.3 Phương pháp điều biên 121

3.4 Phương pháp điều chế độ rộng xung 121

4 Bộ nghịch lưu dòng điện 122

4.1 Bộ nghịch lưu dòng một pha 122

4.2 Bộ nghịch lưu dòng ba pha 123

5 Các phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu dòng 124

5.1 Phương pháp điều khiển theo biên độ 125

5.2 Phương pháp điều chế độ rộng xung 126

6 Bộ biến tần gián tiếp 128

6.1 Bộ biến tần gián tiếp 128

6.2 Bộ biến tần áp gián tiếp 128

6.3 Bộ biến tần dòng gián tiếp 130

7 Bộ biến tần trực tiếp (Cycloconverter) 131

7.1 Bộ biến tần trực tiếp một pha 131

7.2 Bộ biến tần trực tiếp ba pha 134

8 Ứng dụng 134

8.1 Các bộ nguồn tần số cao 135

8.4 Chấn lưu (Ballast) điện tử 137

Tài liệu tham khảo 139

Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Thời gian: 3 giờ

Mục tiêu:

- Trình bày được các khái niệm cơ bản trong điện tử công suất

- Tính toán được các đại lượng trong điện tử công suất

- Rèn luy ện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học

1 Khái niệm về điện tử công suất

B ộ biến đổi: Điện tử công suất (ĐTCS), tên

tiếng anh là Power Electronics (Điện tử công suất

lớn), còn được gọi “Kỹ thuật biến đổi điện năng“, là

một bộ phận của điện tử công nghiệp, có đối tượng

là các mạch biến đổi các dạng của năng lượng điện

để cung cấp cho các tải công nghiệp như sơ đồ khối

hình 1.1, trong đó:

- Nguồn ở đây có các dạng quen thuộc như xoay

chiều (lưới điện một pha, ba pha) hay một chiều (ắc

qui), có thông số không đổi

- Mạch ĐTCS, còn gọi là mạch động lực, sẽ biến đổi điện nguồn thành dạng có thông số (điện áp, tần số) sao cho thích hợp với tải công nghiệp hay để kiểm soát dòng năng lượng cung cấp cho chúng Nhờ đó ta có thể nâng cao chất lượng hay điều khiển hoạt động của tải công nghiệp này Mạch ĐTCS và khối điều khiển nó tạo nên Bộ Biến Đổi (BBĐ - converter) Trong thực tế, để khảo sát mạch điện tử công suất, ta chỉ cần biết quy luật điều khiển các linh kiện điện tử tác động tạo nên mạch này Với một mạch động lực có thể có nhiều sơ đồ điều khiển để tạo ra những đặc tính ngõ ra khác nhau

- Tải của các BBĐ có nhiều loại, có thể là động cơ điện (một chiều hay xoay chiều); các thiết bị điện nhiệt như đèn có tim, lò điện trở, hay các cuộn dây của lò cảm ứng; thiết bị điện hóa như thiết bị điện phân, xi mạ… Tất cả đều có thể quy đổi về các phần tử cơ bản của mạch điện như R, RL, RLE, RC…

Có các lo ại BBĐ sau:

- BBĐ AC – DC (xoay chiều – một chiều): là các bộ chỉnh lưu, cung cấp áp một chiều từ nguồn xoay chiều

- BBĐ AC – AC (xoay chiều – xoay chiều): bao gồm các bộ biến đổi điện áp xoay chiều

và biến đổi tần số (biến tần)

- BBĐ DC – DC (một chiều – một chiều): mạch biến đổi điện áp một chiều

- BBĐ DC – AC (một chiều – xoay chiều): mạch nghịch lưu

2 Ngắt điện điện tử (NĐĐT) hay Bán dẫn (NĐBD)

Vì là BBĐ năng lượng điện, ngoài yêu cầu về đặc tính của ngõ ra, hiệu suất là yếu tố quan

trọng Vì vậy mạch ĐTCS giới hạn ở các sơ đồ sử dụng linh kiện điện tử tác động làm việc ở chế độ đóng ngắt, tương ứng hai trạng thái:

ON: đóng mạch (ví dụ Transistor ở chế độ bão hòa), dòng qua mạch cực đại, sụt áp trên linh kiện công suất bé nhất

OFF: ngắt mạch (ví dụ Transistor ở chế độ khóa), dòng qua mạch bằng không khi áp trên linh kiện công suất lớn

Hình 1.1 : Sơ đồ khối thiết bị ĐTCS

Kết quả của chế độ hoạt động này là tổn hao năng lượng trên linh kiện điện tử công suất

là rất bé dẫn đến hiệu suất của mạch ĐTCS luôn rất cao: lớn hơn 90 %, khác hẳn ở các mạch điện tử dùng trong xử lý tín hiệu hay thông tin

Để việc khảo sát các mạch ĐTCS có giá trị tổng quát, người ta quy các linh kiện điện tử được sử dụng trong ĐTCS về ba dạng linh kiện lý tưởng gọi là Ngắt Điện Điện Tử hay Ngắt Điện Bán Dẫn (NĐBD - vì các linh kiện này chủ yếu làm bằng bán dẫn) Đó là: Diode, SCR

và ngắt điện bán dẫn một chiều (NĐBD1C), có các đặc tính như hình 1.2 Các đặc tính này rất lý tưởng: sụt áp khi dẫn điện bằng không, hở mạch khi khóa Ngắt diện bán dẫn không tiêu thụ năng lượng điện làm cho hiệu suất của BBĐ bằng 1 nếu ta không có thêm phần tử

thụ động trong mạch Sự lý tưởng hóa này giúp cho việc khảo sát mạch ĐTCS trở nên đơn giản, dể dàng Trong đa số trường hợp nó không ảnh hưởng đến kết quả tính toán

NĐBD còn được gọi là ngắt điện công suất (Power Switch), các khóa hay van

Diode NDBD1C SCR

Hình 1.2: Các lo ại ngắt điện bán dẫn

- Diode (chỉnh lưu): Phần tử dẫn điện một chiều có hai trạng thái:

+ ON: khi phân cực thuận: VAK > 0, có thể xem sụt áp thuận VF = 0, dòng qua mạch

phụ thuộc nguồn và các phần tử thụ động khác

+ OFF: khi phân cực ngược: VAK < 0, có thể xem như hở mạch

- Ngắt điện bán dẫn một chiều (NĐBD1C), gọi tắt là ngắt điện hay Transistor có hoạt động như sau:

+ ON: NĐBD1C trở nên dẫn điện (đóng mạch) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và trở

về trạng thái ngắt mạch khi mất tín hiệu G

+ OFF: Ngắt mạch khi không có tín hiệu điều khiển: G = 0, cũng như các Transistor, NĐBD1C không cho phép phân cực ngược (VS luôn luôn > 0)

NĐBD1C có hai loại chính: BJT tương ứng tín hiệu G là dòng cực B, và MOSFET công

su ất với G là áp V GS

- SCR (Silicon Controlled Rectifier – Chỉnh lưu có điều khiển): Đây là linh kiện thường gặp trong mạch ĐTCS, cũng có hai trạng thái:

+ ON: SCR trở nên dẫn điện (đóng mạch) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và phân

cực thuận VAK > 0 Điểm đặc biệt là SCR có khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện: nó không cần tín hiệu điều khiển G khi đã ON, SCR chỉ trở về trạng thái ngắt khi dòng qua nó giảm về

0

+ OFF: Có thể ngắt mạch cả hai chiều (VAK > 0 và VAK < 0) khi không có tín hiệu điều khiển: G = 0

hàm logic, chỉ có hai trạng thái ON - OFF hay Low - High

- NĐBD: chỉ có hai trạng thái; ON (đóng) và OFF (ngắt) phụ thuộc vào tín hiệu điều khiển và tình trạng mạch điện lúc đó

3 Kh ảo sát mạch ĐTCS

Đầu vào khảo sát: Mạch ĐTCS + tín hiệu điều khiển các NĐBD + đặc tính phụ tải Cùng

sơ đồ mạch động lực, hoạt động của mạch sẽ thay đổi với tín hiệu điều khiển hay tải khác nhau

Đầu ra: Hoạt động của mạch theo thời gian, bao gồm trạng thái của các NĐBD, dạng áp,

dòng trên các phần tử trong mạch (NĐBD, các phần tử thụ động, tải) Từ các hàm số theo thời gian này, ta có thể suy ra các đặc trưng áp, dòng, năng lượng qua các phần tử và đánh giá được chất lượng hoạt động của mạch

4 Các hệ thức và khái niệm cơ bản

Vì các linh kiện tác động của mạch ĐTCS chỉ làm việc trong chế độ đóng ngắt, điện áp, dòng điện qua các phần tử không có dạng chuẩn (một chiều phẳng hay hình Sin) mà là những dạng xung có chu kỳ, cần có những đặc trưng thích hợp Gồm có:

- Giá trị cực đại: Umax, Imax: Là giá trị tức thời lớn nhất, dùng để tính chọn định mức một

số phần tử thụ động (ví dụ áp trên tụ điện), hay phần tử tác động (áp phân cực ngược chỉnh lưu) hay bảo vệ (dòng cực đại)

- Giá trị trung bình UAV, IAV: Là số đo căn bản của điện áp, dòng điện một chiều Nó cho biết tác dụng trung bình của điện áp, dòng điện trên tải khi quan hệ này là bậc 1, ví dụ điện

lượng là hàm bậc 1 của dòng điện: q = i.t, sẽ tỉ lệ với dòng trung bình qua mạch I0, momen

động cơ một chiều M 0 sẽ tỉ lệ với dòng trung bình qua phần ứng I0…

- Giá trị hiệu dụng UR, IR: Là số đo liên quan đến tác dụng trung bình của điện áp, dòng điện trên tải khi quan hệ là bậc 2 Tác dụng Joule (phát nhiệt) của dòng điện trên điện trở là

ví dụ cơ bản của quan hệ bậc 2 Giá trị hiệu dụng cũng được nhắc đến khi đặc trưng tổng thể một tín hiệu xoay chiều

4.1 Tr ị trung bình của một đại lượng

Gọi i (t) là hàm biến thiên tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ Tp Trị trung bình của đại lượng i, viết tắt là IAVđược xác định theo hệ thức:

Ta thường hay gặp các đại lượng trị trung bình được biểu diễn với chỉ số Id(Direct … một chiều) hoặc IAV(Average trị trung bình), ví dụ điện áp trung bình UAV, dòng điện trung bình IAV

Ví dụ 1: Xét quá trình dòng điện trên hình vẽ H1.2, trị trung bình dòng điện cho bởi hệ

Trong nhiều trường hợp, thực hiện tích phân

theo hàm biến thời gian phức tạp hơn thực hiện

tích phân theo biến góc X với X cho bởi hệ thức:

X = .t với  là tần số góc nào đó xác định

Khi ấy, trị trung bình đại lượng theo góc X tính theo hệ thức:

Hình 1.2

lưu của bộ chỉnh lưu cầu 1 pha không điều

khiển Hàm điện áp chỉnh lưu có dạng u =

Ví d ụ 3: Tính thời gian t để nạp được điện lượng Q = 6

Ah (ampe giờ) cho một accu từ dòng điện dạng xung hình

1.3

Giải: 6 Ah = 6*3600 = 21.600 coulomb (ampe.giây) Vì dòng điện i = 1 A trong thời gian

có dòng ton = 6 sec và bằng 0 trong thời gian còn lại của chu kỳ T = 10 sec, biểu thức cho điện accu trong ví dụ 3 lượng QT nạp trong một chu kỳ T là:

4.2 Trị hiệu dụng của một đại lượng

Giả thiết đại lượng i biến thiên theo thời gian theo một hàm tuần hoàn với chu kỳ Tphoặc

với chu kỳ theo góc X p = .T p Trị hiệu dụng của đại lượng i được tính theo công thức:

Chỉ số RMS Root Mean Square… có nghĩa là trị hiệu dụng

Ví dụ 5: Cho một điện áp dạng u U msin(314 ) 220 2 sin(314 ) [V]t  t

- Tính trị hiệu dụng của điện áp trên?

Cho hàm u1và u2với tính chất sau:

- Công suất tác dụng P0: biểu thị năng lượng sử dụng trong một đơn vị thời gian

- Công suất biểu kiến S: tính bằng tích số giá trị hiệu dụng dòng và áp, biểu thị công suất tác dụng của tải thuần trở có cùng dòng hiệu dụng

- Hệ số công suất cos: cho biết hiệu quả sử dụng năng lượng của nguồn Khi tải là thuần trở sẽ có HSCS bằng 1 Có nhiều biểu thức tính công suất trong mạch ĐTCS, phụ thuộc vào

p: Công suất tức thời

P1: Khi quan tâm đến thành phần cơ bản của ngõ ra (hình Sin tần số ), có điện áp và dòng điện biên độ U1, I 1 , góc lệch 1

PDC: công suất một chiều (tải điện một chiều) với U0, I 0 là các trị số áp, dòng trung bình Đôi khi P0 còn được gọi là công suất (trung bình) toàn phần vì nó bao gồm thành phần

một chiều PDC và sóng hài bậc cao:

1

1 .cos

Trong thực tế tính toán ta hay sử dụng các kết quả sau:

Kết luận 1: khi dòng điện chỉ có thành phần một chiều I0 thì P 0 = P DC = U 0 I 0 do các sóng hài dòng điện In bằng 0 Vì thế trong khảo sát mạch điện tử công suất giả thiết “dòng tải

phẳng – liên tục” thường được sử dụng để các tính toán trở nên đơn giản

Ở các BBĐ ngõ ra áp một chiều, U0, I0, PDC là các thành phần mong muốn, sóng hài bậc cao (các thành phần hình Sin) là không mong muốn, chỉ tạo ra các tác dụng phụ

Kết luận 2: Khi áp nguồn hình Sin hiệu dụng U, dòng không Sin thành phần cơ bản i1 có giá trị hiệu dụng là I1R thì hệ số công suất của mạch:

Vậy khi dòng thay đổi có chu kỳ, công suất trung bình trên tải R tỉ lệ với giá trị điện trở R

và bình phương giá trị hiệu dụng dòng điện, không phụ thuộc dạng dòng Ta cũng có thể

chứng minh dễ dàng là công suất trung bình trên tải R bằng bình phương hiệu dụng điện áp chia cho giá trị điện trở, giống như các quan hệ quen thuộc của điện một chiều hay xoay chiều hình Sin

- Trị trung bình là số đo đặc trưng của điện một chiều trong khi trị hiệu dụng là số đo đặc trưng của điện xoay chiều

Ví dụ 8: Giả sử, ta có nguồn áp cho như trong trường hợp ví dụ 2, tải RLE nối tiếp Giả sử

tải có R = 1Ω, L vô cùng lớn và E = 50V Tính trị trung bình dòng qua tải và công suất qua tải?

Giải:

UtAV= 198 V (xem ví dụ 5)

Dòng qua tải trung bình: ItAV = (198 - 50)/1 = 148A

Công suất trung bình qua tải: do L lớn vô cùng nên dòng qua tải không đổi trong suốt chu

kỳ Từ đó: it = ItAV = 148A Ta áp dụng được trong trường hợp này công thức:

áp dụng cho dòng điện i, ta có thể tách dòng điện thành các thành phần sóng hài cơ bản I(1)

cùng tần số với nguồn áp và các sóng hài bậc cao I(2), I(3)…Dễ dàng thấy rằng, sóng điện áp nguồn và sóng hài cơ bản của dòng điện tạo nên công suất tiêu thụ của tải:

P = P 1 = m.U.I (1) cos1

1 góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện sóng hài cơ bản

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

P =m.U.I(1).cos1 công suất tiêu thụ của tải

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

D m U i công suất biến dạng (công suất ảo do các sóng hài bậc cao của dòng điện tạo nên) Khái niệm biến dạng (deformative) xuất hiện từ ý 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

Mu ốn tăng hệ số công suất, ta có thể:

- Giảm Q1-công suất ảo của sóng hài cơ bản, tức thực hiện bù công suất 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);

- Giảm D -công suất ảo của các sóng hài bậc cao Tuỳ theo phạm vi hoạt động của dãy tần

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

- l ọc 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 dùng mạch lọc LC cộng hưởng với bậc 5, 7, 11… mắc song song với nguồn cần lọc

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, dùng bọc kim dây dẫn hoặc dùng lưới chống nhiễu cho thiết bị

Ngoài ra, có thể biểu diễn hệ số công suất theo hệ thức sau:    (1) 

1

cos

I PF

I

5 Tính ch ọn ngắt điện điện tử

Trong BBĐ, các ngắt điện có vai trò quan trọng và chiếm tỷ trọng lớn trong giá thành Vì vậy việc chọn đúng linh kiện rất cần thiết để tránh hư hỏng nhưng không làm tăng cao giá thành

Các thông số của ngắt điện: chủng loại, định mức áp, định mức dòng (công suất) và cách lắp đặt

Chủng loại linh kiện gắn liền với 2 yếu tố: công dụng linh kiện và tần số đóng ngắt Loại linh kiện phải thích hợp với mục đích sử dụng và tần số làm việc của sơ đồ

Ví dụ MOSFET và BJT công suất đều là ngắt điện bán dẫn một chiều, MOSFET công

suất làm việc ở tần số cao hơn nhưng người ta chỉ chế tạo đến khỏang 100 A, ở dòng điện cao hơn phải dùng BJT hay IGBT

5.1 Tính chọn định mức áp linh kiện

Tất cả linh kiện điện tử đều chỉ có thể chịu được một điện áp khoá giới hạn (phân cực ngược hay thuận), khi vượt qua sẽ xảy ra hiện tượng gãy các mối nối làm hư hỏng tức thì Vậy chọn điện áp định mức linh kiện:

U đm = k at U lvmax

Áp định mức U đm cần lớn hơn áp làm việc (khóa) cực đại Ulvmax với hệ số an toàn kat được

chọn ≥ 2

Ví d ụ 1.2: đối với các cầu chỉnh lưu, định mức áp khi làm việc 1 pha lưới 220 VAC bằng

600V và ≥ 1000V khi làm việc với lưới 380VAC

5.2 Tính chọn định mức dòng và công suất linh kiện

Việc giải bài toán nhiệt này bao gồm:

- Tính công suất tiêu tán trung bình trên linh kiện trong chu kỳ T: ( ) ( )

Với các điện trở nhiệt:

+ RJC: thể hiện khả năng tản nhiệt của linh kiện,

cung cấp bởi nhà sản xuất, được cung cấp trực tiếp

hay thông qua công suất định mức P (ký hiệu Pdiss

trong các tài liệu tiếng Anh), xác định bằng nhiệt

độ mối nối cho phép Jmax và nhiệt độ vỏ bằng giá trị

môi trường qui định A = 250C

+ RCH: điện trở nhiệt khi truyền từ vỏ của linh

kiện qua tản nhiệt, giảm khi áp lực tiếp xúc, độ

nhẵn bề mặt tăng Người ta còn có lớp đệm bằng

cao su đặc biệt vừa làm cách điện và tăng tiếp xúc,

hay dùng keo (paste) silicon làm kín các khe hở

giữa hai bề mặt khi sử dụng mica làm tấm đệm

+ RHA: điện trở nhiệt khi truyền từ tản nhiệt ra môi trường xung quanh, là bộ phận chủ yếu cho tản nhiệt hệ thống, tỉ lệ nghịch với diện tích tản nhiệt Có thể giảm RHAkhi làm đen bề mặt (tăng khả năng bức xạ nhiệt), hay dùng quạt để tản nhiệt cưỡng bức Ở các hệ thống công suất rất lớn, có thể làm mát bằng cách bôm nước qua tản nhiệt để giảm kích thước bộ tản nhiệt, tránh choán chỗ

Để ý là khi không sử dụng tản nhiệt, điện trở nhiệt từ vỏ linh kiện công suất ra môi trường rất lớn (vì diện tích tiếp xúc với không khí của linh kiện rất bé) dẫn đến khả năng tiêu tán công suất lúc này rất bé so với giá trị định mức

5.2.2 Tính chọn định mức dòng và quan hệ công suất tiêu tán

Cũng như điện áp, đòng qua linh kiện trong trạng thái dẫn cũng bị giới hạn Linh kiện bán dẫn có hai giá trị giới hạn dòng không thể vượt qua: Dòng cực đại (có thể dài hạn hay ngắn hạn với thời gian và chu kỳ quy định) và dòng định mức

- Dòng định mức liên quan chặt chẽ đến điều kiện tản nhiệt, thường được sử dụng thay cho tính toán nhiệt vì nó đơn giản và sau đó bài toán nhiệt độ linh kiện được kiểm tra thực tế hay qua tính toán Có thể có hai giá trị:

+ Dòng làm việc trung bình I0 nhỏ hơn giá trị trung bình định mức IAVE hay

+ Dòng làm việc hiệu dụng IR nhỏ hơn giá trị hiệu dụng định mức IRMS

Cũng giống như định mức áp, định mức dòng cũng được chọn với hệ số an toàn dòng, thường chọn từ 1,2 đến 2 lần Việc tính chọn theo hiệu dụng thường cho kết quả phù hợp hơn

vì dạng dòng mạch điện tử công suất thường là dạng xung Với các chỉnh lưu (Diode hay SCR), quan hệ giữa hai giá trị này cho các linh kiện chỉnh lưu bằng:

I RMS = 1.57I AVE (3.4)

Hình 1.5 Cách l ắp linh kiện công suất

vào t ản nhiệt

Sau đó, ta cần kiểm tra hệ thống tản nhiệt qua việc đo nhiệt độ vỏ của linh kiện công suất,

nó không được vượt quá 65 … 700C

- Dòng cực đại (ngắn hạn) là dòng điện gây hư hỏng linh kiện mà ta không thể vi phạm:

Cực đại dòng tải I0MAX cần phải nhỏ hơn giá trị cho phép IMAX này

Thông thường, các linh kiện công suất gắn trên mạch in (dòng tối đa vài chục A) được chọn theo điều kiện này thay vì các giá trị trung bình hay hiệu dụng

Hình 1.5: Dòng trung bình cho phép theo nhi ệt độ vỏ linh kiện

Quan sát: Hai đồ thị trên cho thấy:

- Nhiệt độ vỏ linh kiện < 750C sẽ không làm giảm khả năng tải của linh kiện

- Cùng nhiệt độ vỏ, dòng trung bình cho phép qua mạch bị giảm theo độ rộng xung Điều này cho thấy chọn theo dòng trung bình không chính xác

Bài t ập: Từ đồ thị tải xung vuông, tính xem dòng hiệu dụng qua mạch cho phép của tải sẽ

tăng hay giảm theo độ rộng xung, khi giữ nhiệt độ vỏ trong khoảng 60 - 700C

Chú ý:

- Tản nhiệt luôn cần thiết khi sử dụng linh kiện công suất

- Nên tản nhiệt để có nhiệt độ vỏ linh kiện ở 60 – 700C Khi điều kiện này bị vi phạm, nên thay đổi điều kiện tản nhiệt hơn là tăng định mức linh kiện

Ngoài các thông số dòng, áp, công suất đã giới thiệu trên, cũng cần để ý đến kiễu vỏ (case), cách lắp đặt và cấp chất lượng để có được linh kiện thích hợp nhất Có thể tham khảo trong tài liệu của các hãng sản xuất

6 Bài tập

Bài 1:

- Tính trị trung bình và hiệu dụng của các dòng điện có biên độ I như sau:

Gi ải: Ta tính toán giá trị trung bình và

hiệu dụng của dạng dòng hình Sin chỉnh lưu

bán sóng như hình bên với thông số là biên

+ Làm lại câu a và b khi dòng i lệch pha góc với áp nguồn u

- Vẽ dạng dòng, áp ra và tính trị trung bình dòng qua mạch nạp accu hình bên, cho biết

( ) 12 2 sin(100 )

e t  t và giả sử Diode không có sụt áp thuận

- Tính và vẽ dạng dòng i0 qua tải Cho biết quá trình làm việc

của mạch như sau:

+ t = 0: khóa K đóng với dòng ban đầu qua tải i0 = 0

+ Sau khi K đóng đủ lâu để dòng qua tải i0 xem như đạt giá

trị xác lập, ta mở khóa K

- Tính và vẽ dạng dòng qua tải i0, áp trên tụ vC theo thời

gian trong các điều kiện đầu (khi K đóng):

+ L và C không tích trữ năng lượng

+ vC (0) = - E; i0 (0) = 0

- Giải lại bài 8 khi có Diode D nối tiếp với nguồn, R

đủ nhỏ để dòng áp có tính dao động

- Giải lại bài 8 khi có Diode D song song ngược với

RLC Khảo sát thêm trường hợp c:

Bài 4: Xác định công suất trung bình trên tải Cho biết điện áp tải không đổi u = 12VDC

và dòng điện qua tải tuần hoàn có hàm biểu diễn trong mỗi chu kỳ T = 100ms như sau:

a công suất tức thời cực đại

b công suất tiêu thụ trung bình

c năng lượng tiêu thụ dưới dạng nhiệt trong mỗi chu kỳ

Bài 8: Xác định điện áp hiệu dụng và dòng điện hiệu dụng khi biết hàm biểu diễn của chúng tuần hoàn theo chu kỳ T = 100ms có dạng:

Bài 10: Cho dòng điện i1,5 2cos(100 ) 1,1cos(200 t   t 3) [A] đi qua tải gồm

R-C mắc song song với R=100Ωvà C = 50μF Xác định công suất tiêu thụ trên mỗi phần tử của tải

Bài 11: Cho điện áp u2,5 10cos(100 ) 3 2cos(200 t   t 3) [V] đặt trên tải RLE mắc nối tiếp với R = 4, L = 10mH và E = 12V Xác định công suất tiêu thụ trên mỗi phần tử

- Nh ận dạng được các linh kiện điện tử công suất dùng trong các thiết bị điện điện tử

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

- Gi ải thích được nguyên lý làm việc các loại linh kiện

- Rèn luy ện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

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 lý tưởng nếu ở trạng thái dẫn điện nó có độ sụt áp bằng không và ở trạng thái không dẫn điện, dòng điện qua nó bằng không

Các linh kiện bán dẫn có thể chuyển đổi trạng thái làm việc cùa 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 cổng điều khiển (ngõ vào) của 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

Trong trường hợp linh kiện không chứa cổng 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

Nếu thông qua cổng 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 Thyristor, TRIAC

Ngược lại, các linh kiện có thể thay đổi trạng thái từ dẫn điện sang ngắt điện 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 Trên đây, ta chưa đề cập đến tác dụng 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 mạnh cổng 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

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 3 nhóm chính:

- Nhóm một: gồm các linh kiện không điều khiển như Diode, Diac;

- Nhóm hai: gồm các linh kiện điều khiển kích đóng được như Thyristor, Triac;

- Nhóm ba: gồm các linh kiện khiển kích ngắt được như Transistor (BJT, MOSFET, IGBT), GTO

ba tạo thành nhóm công tắc tự chuyển mạch

2 DIODE

2.1 Đặc tính, phân loại

Hình 2.1: Ký hi ệu

Hình 2.2: Đặc tính Volt – Ampe của Diode.

Diode là linh kiện điện tử quen thuộc, cấu tạo bằng một mối nối bán dẫn P-N Diode có khả năng dẫn điện một chiều khi được phân cực thuận VAK > 0 Khi bị phân cực ngược thì Diode có dòng rò ngược, thường có trị số không đáng kể và khi V AK có trị số lớn hơn VBR, có hiện tượng gãy ngược (Reverse Breakdown) làm hư hỏng linh kiện Trong mạch điện tử công suất, ta sử dụng Diode công suất, gồm các loại sau:

- Diode dùng vật liệu Silic thông thường, gồm hai loại: Diode dùng trong các sơ đồ làm việc ở tần số lưới điện và Diode phục hồi nhanh làm việc ở tần số cao, sụt áp thuận VF từ 0,7 đến 1 Volt

- Diode Schottky được khuếch tán nhiều chất dẫn điện nên có thể làm việc tần số cao, sụt

áp thuận thấp (khoảng 0.2 – 0.4V) Nhưng vì thế mà Diode Schottky chỉ có thể chịu áp khóa thấp

2.2 Đặc tính phục hồi (Recovery) của Diode

ểu phục hồi

phục hồi nhanh (fast recovery)

- Điện tích phục hồi ngược: Qua khảo sát, đặc tính phục hồi ngược của Diode phụ thuộc vào điện tích phục hồi ngược

RR

RR F t

Q   I dt của mối P–N Diode Điện tích này phụ thuộc vào công nghệ chế tạo Diode và dòng dẫn điện thuận trước đó IF Từ hình 2.3, ta có quan hệ sau khi cho dòng điện qua Diode tăng, giảm tuyến tính:

Công thức này cho phép ta tính dòng điện ngược cực đại IRR theo điện tích phục hồi

ngược QRR và tốc độ tăng dòng ngược di/dt QRR được cho trong các sổ tay tra cứu của nhà

chế tạo, di/dt quyết định bởi mạch điện

qua Diode giam về zero trong thời gian tb Thời gian này chỉ phụ thuộc đặc tính Diode, có trị

số khá nhỏ, làm tốc độ giảm dòng ngược di/dt lúc này rất cao, các tự cảm có trong mạch điện

có thể gây ra quá áp Quá trình này có thể mô tả trên hình 2.4.a khi thay Diode bằng điện trở

R có trị số thay đổi sao cho dòng giảm về zero trong thời gian tb theo qui luật đường thẳng:

U Áp ban đầu trên tụ điện uC (0) = 0, khóa K mở ra khi dòng qua L đạt giá trị IRR Phần tử

RC được chọn sao cho mạch LCR là không dao động và áp cực đại trên khóa K là bé nhất (bài tập)

Hình 2.3: Ảnh hưởng của đặc tính phục hồi ngược của Diode

và tác d ụng của mạch snubber

Như được khảo sát trong phần tiếp theo, Thyristor cũng gặp vấn đề tương tự

Hình 2.4: C ấu tạo của BJT công suất: Cực B phân bố đều trên toàn bộ diện tích, cung cấp khả năng điều

khi ển hiệu quả hơn (hệ số khuếch đại lớn, tốc độ đóng ngắt nhanh)

Transistor Darlington MOSFET kênh n và ký hiệu quen dùng Ký hiệu IGBT

Hình 2.5: Ký hiệu các Transistor (ngoài BJT)

Transistor là nhóm linh kiện điều khiển làm việc ở nguồn một chiều, bao gồm BJT điều khiển bằng dòng cực B và MOSFET hay IGBT với áp cực cổng G Trong mạch ĐTCS, ta sử dụng các linh kiện công suất lớn, là các Transistor chịu được dòng cao, áp cao, làm việc trong chế độ đóng ngắt Transistor công suất gồm có:

- BJT: Transistor hai mối nối, là linh kiện điều khiển bằng dòng cực B, mạch điện tử công suất sử dụng hai chế độ làm việc:

+ IB = 0 => BJT khóa, không dẫn điện

+ IB đủ lớn (IB >> I C /) => BJT dẫn bão hòa, dẫn dòng tải IC chỉ phụ thuộc mạch tải Như vậy chế độ khuếch đại chỉ tồn tại trong quá trình quá độ giữa 2 trạng thái này Một lưu ý là trong chế độ bão hòa, hệ số khuếch đại dòng của BJT giảm đáng kể (còn từ 10 -20), đặc biệt là khi dòng, áp cao Để giảm dòng điều khiển linh kiện, các nhà sản xuất chế tạo các Transistor Darlington với hệ số khuếch đại dòng từ vài trăm đến hàng nghìn

- MOSFET: là Transistor trường có cực cổng cách điện, bao gồm kênh dẫn điện DS được kiểm soát bởi cực cổng G cách điện bằng lớp oxit kim loại (hình 2.5) MOSFET là Transistor trường loại tăng (Enhancement), nó dẫn điện khi có áp phân cực cổng VGS Giống như BJT, mạch ĐTCS sử dụng MOSFET ở hai chế độ:

+ V GS ≤ 0: Transistor khóa, kênh dẫn điện DS hở mạch

+ VGS > V TH (điện áp thềm VTH từ 3 - 5 volt): MOSFET dẫn bão bòa, điện trở kênh dẫn điện Don rất bé (sụt áp thực tế từ 1 – 2 volt ở dòng điện định mức)

- IGBT (Insulated Gate BJT): Công nghệ chế tạo MOSFET không cho phép tạo ra các linh kiện có định mức dòng lớn, IGBT có thể xem là sự kết hợp giữa MOSFET ở ngõ vào và BJT ở ngõ ra (2.5) để có được linh kiện đóng ngắt dòng một chiều đến hàng nghìn Ampe, điều khiển bằng áp cực cổng G Như vậy MOSFET và IGBT có cùng phương pháp điều khiển

song song ngược để bảo vệ Trong nhiều trường hợp Diode song song ngược là có sẵn trong

người ta vẫn phải gắn thêm các Diode phục hồi nhanh song song ngược Transistor Ngoài

thành m ột ngắt điện hoàn chỉnh, để tiện dụng khi thực hiện BBĐ công suất lớn

3.1 Đặc tính đóng ngắt của Transistor

Làm thí nghiệm với các mạch điện trên hình 2.6, nguồn VBB có dạng sóng trên hình 2.6.a

và biên độ đủ lớn đế Transistor Q bão hòa, ta có những nhận xét sau:

- Khi đóng (chuyển từ khóa sang bão hòa) BJT mất thời gian t ON có trị số khoảng 1 micro giây, và thời gian tOFF có trị số vài micro giây để khóa (dạng sóng hình 2.6.a)

Hình 2.5: M ạch thí nghiệm quá trình

- Quá trình chuyển trạng thái khóa – bão hòa không xảy ra tức thời, có thời gian để áp vCE

và iC thay đổi trị số (tương ứng chế độ khuếch đại) Ví dụ khi tải trở:

vCE = V CC – R t i C

- Áp vCE của BJT tăng dần theo quá trình giảm của iC trong quá trình khóa

Như vậy có thời gian, dù rất bé, BJT làm việc trong chế độ khuếch đại với dòng lớn và áp cao, dẫn đến có tổn hao P trong BJT khi đóng ngắt (hình 2.6.b) Ví dụ khi áp trên BJT bằng

200 volt và dòng 20 Ampe, công suất tức thời trên mối nối CE lúc đó là 200*20 = 4000 watt

so với vài chục Watt khi dẫn bão hòa

Hiện tượng này đặc biệt nghiêm trọng khi tải là RL và có Diode phóng điện (hình 2.5): dòng qua tải cuộn dây không thay đổi tức thời trong khi Diode phóng điện D chỉ dẫn điện khi BJT tắt hẳn Kết quả là mối nối CE sẽ chịu nguyên dòng tải cho đến khi vCE = VCC (hình 2.6.c) Như vậy tổn hao trong quá trình đóng ngắt tải RL sẽ cao hơn trường hợp tải R (dạng dòng áp trên hình 2.6.a)

Tổn hao trong quá trình đóng ngắt sẽ trở nên đáng kể khi Transistor làm việc ở tần số cao, trong thực tế nó là nguồn nhiệt chủ yếu làm phát nóng Transistor công suất và điều này giới hạn tần số làm việc của mạch

Để hạn chế sự phát nóng do đóng ngắt, cần chọn đúng loại Transistor đóng ngắt (loại Switching), dùng mạch cải thiện quá trình đóng ngắt hỗ trợ và sử dụng mạch lái hiệu quả

Mạch cải thiện quá trình khóa Transistor có dạng của

mạch snubber (bảo vệ các chỉnh lưu) bao gồm Diode D,

điện trở R và tụ điện C trên hình 2.7 gọi là mạch Snubber

một chiều Khi BJT chuyển sang trạng thái khóa, tụ C được

nạp qua Diode D bằng dòng tải của Transistor [dạng áp (1)

trên hình 2.6.c] Nhờ vậy sẽ không có trường hợp dòng tải bị

cưỡng bức chảy qua BJT trong quá trình khóa Điện trở R

hạn dòng phóng qua CE khi BJT dẫn điện trở lại Diode D ít

gặp trong thực tế, giá trị điện trở R từ 33 đến 150 Ohm và

điện dung C có giá trị trong khoảng 0.1 nF đến 10 nF phụ

thuộc điện áp và tần số làm việc

3.2 Đặc tính đóng ngắt MOSFET, IGBT

Không như BJT bao gồm hai mối nối P-N, MOSFET là một kênh dẫn điện có kiểm soát, tương đương với một điện trở thay đổi nên quá trình đóng ngắt MOSFET, IGBT diễn ra nhanh hơn BJT có cùng dòng tải Thời gian đóng ngắt của các linh kiện này vào khoảng trên dưới micro giây so với ít nhất vài micro giây ở BJT Tuy nhiên ta vẫn gặp lại ở MOSFET, IGBT những vấn đề của BJT: tổn hao khi đóng ngắt sẽ trở nên chủ yếu khi làm việc ở tần số cao Biện pháp cải thiện cũng giống như với BJT: sử dụng mạch Snubber và mạch lái thích

hợp

Bài t ập: Tính dòng qua mạch lái MOSFET có tụ CGS = 10 nF để làm cho MOSFET trở nên dẫn điện trong 1 micro giây

Giải: Giả sử dòng qua mạch lái là không đổi trong quá trình quá độ và MOSFET dẫn điện

hoàn toàn ở UGS = 10V ta có dòng qua mạch lái I:

3.3 Vùng hoạt động an toàn của BJT (Safe Operating Area)

Hình 2.9 Qu ỹ đạo của điểm làm việc của Hình 2.8: Vùng làm vi ệc an toàn khi phân cực (cực

Hình 2.7: c ụm BJT đóng ngắt với các linh kiện phụ

phát nóng cục bộ làm tăng dòng IC trong khi áp vẫn cao, phân biệt với gãy sơ cấp (primary)

do quá áp ở phân cực ngược Hiện tượng này là kết quả của nhiều nguyên nhân phức tạp, thường xảy ra trong quá trình đóng ngắt với tải RL Điều này nhấn mạch tác dụng bảo vệ của mạch snubber đối với Transistor Khi có mạch này, điểm làm việc của Transistor sẽ di chuyển trong vùng hoạt động an toàn như ở hình 2.9

4 IGBT

4.1 Giới thiệu

Transistor có cực điều khiển cách ly (Insulated Gate Bipolar Transistor), hay IGBT là một linh kiện bán dẫn công suất 3 cực được phát minh bởi Hans W Beck và Carl F Wheatley vào năm 1982 IGBT kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn của Transistor thường Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp, do đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ

4.2 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động

Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm lớp nối với Collector tạo nên cấu trúc bán dẫn P-N-P giữa Emiter (tương tự cực gốc) với Collector (tương tự với cực máng), mà không phải là N-N như ở MOSFET Vì thế có thể coi IGBT tương đương với một Transistor P-N-P với dòng Base được điều khiển bởi một MOSFET Dưới tác dụng của áp điều khiển UGE> 0, kênh dẫn với các hạt mang điện là các điện tử được hình thành, giống như ở cấu trúc MOSFET Các điện tử di chuyển về phía Collector vượt qua lớp tiếp giáp N-P như ở cấu trúc giữa Base và Collector ở Transistor thường, tạo nên dòng Collector

P-tự trung hòa điện tích Điều này xuất hiện vùng dòng điện kéo dài khi khóa IGBT

4.4 Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area)

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 thể hoạt động được trong mọi chế độ, khi dẫn, khi khóa, cũng như trong các quá trình đóng cắt

Khi điện áp đặt lên cực điều khiển và Emiter là dương và hình thứ hai thì điện áp này là

âm Khi điện áp điều khiển dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc hạn chế ở phía trên, bên phải, tương ứng với chế độ dòng điện và điện áp lớn Điều này có nghĩa là khi chu kì đóng cắt càng ngắn, ứng với tần số làm việc càng cao thì khả năng đóng cắt công suất càng suy giảm Khi đặt điện áp điều khiển âm lên cực điều khiển và Emiter, SOA lại bị giới hạn ở vùng công suất lớn do tốc độ tăng điện áp quá lớn sẽ dẫn đến xuất hiện dòng điện lớn đưa vào vùng p của cực điều khiển, tác dụng giống như dòng điều khiển làm IGBT mở trở lại như tác dụng đối với cấu trúc của Thyristor Tuy nhiên khả năng chịu đựng tốc độ tăng áp ở IGBT lớn hơn nhiều so với ở các phần tử bán dẫn công suất khác

Giá trị lớn nhất của dòng cho phép Collector cho phép Icm được chọn sao cho tránh được hiện tượng chốt giữ dòng, không khóa lại được, giống như ở Thyristor Hơn nữa, điện áp điều khiển lớn nhất UGE cũng phải được chọn để có thể giới hạn được dòng điện ICE trong giới hạn lớn nhất cho phép này trong điều kiện sự có ngắn mạch bằng cách chuyển đổi bắt buộc từ chế độ bão hòa sang chế độ tuyến tính Khi đó dòng ICE được giới hạn không đổi, không phụ thuộc vào điện áp UCE lúc đó Tiếp theo IGBT phải được khóa lại trong điều kiện

đó, càng nhanh càng tốt để tránh phát nhiệt quá mạnh Tránh được hiện tượng chốt giữ dòng bằng cách liên tục theo dõi dòng Collector là điều cần thiết khi thiết kế IGBT

4.5 Vấn đề bảo vệ IGBT

Thông thường IGBT được sử dụng trong những mạch đóng cắt tần số cao, từ 2 đến hàng chục kHz Ở tần số đóng cắt cao như vậy, những sự cố có thể phá hủy phần tử rất nhanh và dẫn đến phá hỏng toàn bộ thiết bị Sự cố thường xảy ra nhất là quá dòng do ngắn mạch từ phía tải hoặc từ các phần tử có lỗi do chế tạo hoặc lắp ráp

Có thể ngắt dòng IGBT bằng cách đưa điện áp điều khiển về giá trị âm Tuy nhiên quá tải dòng điện có thể đưa IGBT ra khỏi chế độ bão hòa dẫn đến công suất phát nhiệt tăng đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt Mặt khác khi khóa IGBT lại trong một thời gian rất ngắn khi dòng điện rất lớn dấn đến tốc độ tăng dòng quá lớn, gây quá áp trên Collector, Emiter, lập tức đánh thủng phần tử Trong sự cố quá dòng, không thể tiếp tục điều khiển IGBT bằng những xung ngắn theo qui luật như cũ, cũng không đơn giản là ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng điện được

Có thể ngăn chặn hậu quả của việc tắt dòng đột ngột bằng cách sử dụng các mạch dập RC (snubber circuit), mắc song song với các phần tử Tuy nhiên các mạch dập có thể làm tăng kích thước và giảm độ tin cậy của thiết bị Giải pháp tối ưu được đưa ra là làm chậm lại quá trình khóa của IGBT, hay còn gọi là khóa mềm (soft turn-off) khi phát hiện có sự cố dòng

5.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2.10: C ấu tạo một SCR dòng lớn tỉ lệ thực (a) và phóng to

m ảnh tinh thể bán dẫn (b); Ký hiệu SCR (c )

- Khi mới cấp điện, iG = 0: SCR khóa

thuận và ngược, dòng IA là dòng điện rò,

rất bé, cỡ mA với VAK ≠ 0

- Khi SCR phân cực thuận: VAK > 0, và

có tín hiệu điều khiển IG > 0, SCR chuyển

sang trạng thái dẫn điện và có khả năng tự

giữ trạng thái dẫn điện cho đến khi dòng

của nó giảm về 0

Hình 2.11 cho ta nguyên lý cấu tạo và mạch tương đương của SCR SCR gồm 4 lớp P-N với độ lẫn tạp chất khác nhau Hai mối nối P-N, N-P ở gần Anode có bề dầy lớn và ít tạp chất cho phép chịu được áp ngược lớn Mối nối P-N của Gate-Cathod mỏng, có độ dẫn điện cao, không chịu được áp ngược nhưng tạo được hệ số khuếch đại lớn (như mối nối BE của Transistor) Mạch tương đương của SCR được thành lập khi tách hai lớp bán dẫn giữa (lớp 2

P-N-và 3) làm đôi, khi đó SCR tương đương hai BJT PNP P-N-và NPN Mạch tương đương này giải thích được hầu hết những tính chất của SCR:

+ Lớp 2-3 đảm bảo khóa điện áp thuận VAK > 0, Lớp 1-2 đảm bảo khóa điện áp ngược

VAK < 0 nên SCR không dẫn điện bất chấp dòng điều khiển IG

+ Khi điện áp VAK > 0 (phân cực thuận) IG > 0 (có dòng kích) sẽ được khuếch đại bởi Q1

Vì dòng cực thu Q1 cũng là dòng cực B của Q2, tác động khuếch đại của Q2 sẽ làm tăng dòng cực nền Q1 Sự phản hồi dương này sẽ làm cả hai BJT cùng bão hòa: SCR dẫn điện Điều này cũng giải thích được khả năng tự giữ và tỉ số dòng điện Anode IA trên dòng điều khiển IG khá cao của SCR Khi IA giảm về 0, SCR mất trạng thái dẫn, trở về trạng thái khóa

Hiện tượng phản hồi dương dòng IG này chỉ xảy ra khi IGđủ lớn ứng với một điện áp phân cực VAK xác định nhờ đặc tính phi tuyến của các Transistor, nghĩa là SCR chỉ chuyển sang

trạng thái dẫn khi IGđủ lớn

5.2 Đặc tính tĩnh (Volt – Ampe)

Mô tả quan hệ IA(VAK) với dòng IG khác nhau

Hình 2.11 C ấu tạo nguyên lý mạch tương đương hai BJT

Trên hình 2.12 cho ta sơ đồ thí nghiệm và đặc tuyến Volt – Ampe của SCR, trong đó EA

thay đổi được và dòng IGđiều khiển nhờ biến trở VR Đặc tính tĩnh SCR gồm các miền:

- VAK < 0: Khóa ngược, dòng chạy qua SCR là dòng rò thuận, cỡ mA Khi VAK < -VRB ta

có hiện tượng gãy ngược, dòng |IA| tăng rất cao trong khi VAK vẫn giữ trị số lớn => SCR bị

hỏng

- VAK > 0 và IG = 0: Khóa thuận, ta có là dòng rò thuận, cũng cỡ mA Khi VAK > VFB ta có hiện tượng gãy thuận: SCR chuyển sang vùng dẫn điện do dòng rò thuận đã đủ lớn để trở thành dòng điểu khiển, kích dẫn SCR Ta phải chọn định mức áp của SCR lớn hơn các giá trị gãy này, hệ số an toàn điện áp thường chọn lớn hơn hay bằng 2

- Khi VAK > 0, nếu I G tăng lên từ giá trị 0 thì điện áp VFB giảm dần Như vậy, ta phải điều khiển SCR bằng dòng IG đủ lớn để SCR trở thành ngắt điện điện tử: SCR chuyển sang trạng thái dẫn ngay khi được kích bất chấp điện áp phân cực thuận lúc đó

Vùng dẫn điện: Ứng với trường hợp SCR đã được kích khởi khởi và dẫn điện, sụt áp qua

SCR VAK = VF khoảng 1 - 2 Volt Trong vùng dẫn điện có hai đặc trưng dòng:

- IL: dòng cài, là giá trị tối thiểu của IA để SCR có thể duy trì trạng thái dẫn khi dòng cực cổng IG giảm về 0 (do kích SCR bằng xung)

- IH: dòng giữ, là giá trị tối thiểu của IA để SCR có thể duy trì trạng thái dẫn (khi không còn dòng cực cổng IG) Nếu dòng Anode thấp hơn IH, SCR sẽ trở về trạng thái khóa

I L khác IH vì có quá trình lan tỏa của dòng anode từ vùng phụ cận của cực G đến toàn bộ mảnh bán dẫn khi SCR được kích (có dòng cực cổng), tương ứng mật độ dòng giảm dần, làm cho hệ số khuếch đại dòng điện tăng Quá trình quá độ này còn ảnh hưởng đến giới hạn di/dt, được giới thiệu trong đặc tính động của SCR

Có thể nhận xét là khi áp nguồn lớn, đặc tính SCR tương tự như đặc tính ngắt điện bán dẫn lý tưởng: sụt áp thuận qua SCR không đáng kể so với áp nguồn và các dòng rò cỡ mA không đáng kể so với tải công suất

5.3 Các thông số kỹ thuật của SCR

- Dòng thuận tối đa: Là dòng điện Anod IA trung bình lớn nhất mà SCR có thể chịu đựng được liên tục Trong trường hợp dòng lớn, SCR phải được giải nhiệt đầy đủ Dòng thuận tối

đa tùy thuộc vào mỗi SCR, có thể từ vài trăm mA đến hàng trăm Ampere

- Điện áp ngược tối đa: Đây là điện áp phân cực nghịch tối đa mà chưa xảy ra sự hủy thác (Break Down) Đây là trị số VBRở hình trên SCR được chế tạo với điện thế nghịch từ vài chục Volt ngàn Volt

- Thời gian mở (Turn – on time): Là thời gian từ lúc bắt đầu có xung kích đến lúc SCR dẫn gần bão hòa (thường là 0,9 lần dòng định mức) Thời gian mở khoảng vài µs Như vậy, thời gian hiện diện của xung kích phải lâu hơn thời gian mở

- Thời gian tắt (Turn – off time): Để tắt SCR, người ta giảm điện thế VAK xuống 0 Volt, tức dòng anod cũng bằng 0 Thế nhưng nếu ta hạ điện thế anod xuống 0 rồi tăng lên ngay thì SCR vẫn dẫn điện mặc dù không có dòng kích Thời gian tắt SCR là thời gian từ lúc điện thế

VAK xuống 0 đến lúc lên cao trở lại mà SCR không dẫn điện trở lại Thời gian này lớn hơn thời gian mở, thường khoảng vài chục μS Như vậy, SCR là linh kiện chậm, hoạt động ở tần

số thấp, tối đa khoảng vài chục KHz

5.4 Ứng dụng của SCR

- Mạch chỉnh lưu có khống chế:

+ Nếu VG kích liên tục thì SCR giống như một Diode chỉnh lưu bình thường

+ Nếu VG là một chuỗi những xung kích thì SCR sẽ mở ở những thời điểm xác định (tại thời điểm: bán kỳ dương đặt vào VAK và có xung kích) thì dạng điện áp ra không phải là nửa chu kì dương mà tuỳ theo quan hệ pha của xung kích và điện áp nguồn Ứng dụng này thường dùng để điều chỉnh tốc độ động cơ, ánh sáng của đèn

- Mạch điều chỉnh tốc độ của động cơ

Động cơ M là động cơ vạn năng: có thể hoạt động cả điện áp AC lẫn DC

Dòng qua động cơ ở bán kì dương và được thay đổi trị số bởi dòng kích IG

Tụ điện được nạp với thời hằng  = (R + V R )C khi thay đổi R thì sẽ thay đổi thời gian nạp của tụ tức là thay đổi thời điểm có dòng xung kích IG và sẽ làm thay đổi thời điểm dẫn điện của SCR Dẫn đến dòng trung bình qua động cơ thay đổi làm cho tốc độ động cơ thay đổi

- Mạch báo động: Khi nhấn công tắc K thì SCR dẫn dòng điện đi qua mạch báo động kích hoạt bộ phận này

R

Hình 2.13.a Đặc tính động: mở và khóa của SCR

Có thời gian trễ ton từ khi cấp dòng kích IG đến khi SCR dẫn, ton có trị số khoảng một vài micro giây, ton giảm khi IGtăng

Một thông số khác liên quan quá trình mở là giới hạn tốc độ tăng dòng diA/dt Tốc độ tăng của dòng qua SCR phải nhỏ hơn giá trị cho phép để SCR không bị hư hỏng vì quá nhiệt cục

bộ khi chưa kịp phân bố lại mật độ dòng điện qua nó Người ta thường bảo vệ SCR bằng cách thêm cuộn kháng nối tiếp với anode, có giá trị khoảng vài chục micro henry để hạn chế

5.5.2 Đặc tính khoá (turn off)

- Mô tả quá trình khóa SCR: Giả sử SCR đang dẫn dòng tải Do đặc tính tải hay một tác nhân khách quan khác, dòng Anode giảm về không, áp AK từ VF chuyển thành giá trị âm như hình 2.13.a Dòng Anode có giai đoạn dẫn điện ngược trước khi chuyển sang trạng thái khóa ngược tương ứng với việc giải phóng các điện tích của các mối nối được tích lũy ở chế độ dẫn Sau đó điện áp VAK dương được đặt trở lại, SCR không dẫn điện trở lại nếu quá trình khóa SCR có kết quả

Quá trình khóa SCR đặt ra hai yêu cầu quan trọng cho việc thiết kế mạch ĐTCS:

- Cần có thời gian đảm bảo tắt toff để SCR phục hồi khả năng khóa trước khi đặt áp dương trở lại t phụ thuộc công nghệ chế tạo SCR và giảm khi trị số áp âm khi khóa tăng t = [10

Hình 2.14: M ạch bảo vệ SCR khỏi các chế độ kích dẫn không mong muốn

Giới hạn du/dt của SCR phụ thuộc cấu tạo, tăng theo định mức áp của SCR Mạch RC nối tiếp mắc song song AK của SCR có thể cải thiện du/dt Mạch Snubber này cũng có tác dụng

chống việc tạo ra quá áp do quá trình phục hồi ngược của SCR, tương tự như ở Diode

RC song song mắc ở cực cổng G có tác dụng hạn chế khả năng SCR tự kích do nhiễu từ ngoài (hình 2.14)

5.6 Đặc tính cổng (hay kích khởi cổng)

Mô tả các quan hệ dòng áp của cực cổng IG (VGK) của SCR Quan hệ Volt – Ampe của cực cổng G là một qua hệ có tính thống kê, được mô tả bằng 3 đường cong trên hình 2.15: (1)

là đặc tính tiêu biểu, (2) ứng với điện trở RGK bé, (3) ứng với điện trở RGK lớn

Các thông số giới hạn (cực đại) của tín hiệu cực cổng để tránh hư hỏng SCR: dòng IGmax,

áp VGmax và công suất tiêu tán trung bình PGmax của cực cổng (Công suất tiêu tán này còn phụ thuộc bề rộng xung kích SCR) Và như vậy điểm làm việc của cực cổng SCR phải nằm trong các giới hạn này, vùng được tô trong hình 2.15

Các sổ tay tóm tắt thường chỉ cung cấp các thông số

giới hạn (bé nhất) cho đảm bảo kích: VGT, IGT Trong

thực hành, có thể ước tính IGT bằng cách sử dụng hệ số

khuếch đại dòng của SCR tính bằng tỉ số IA định mức

chia cho IGT, hệ số này có giá trị từ 100 … 200 Dòng

kích SCR sẽ chọn từ 1,5 … 5 lần giá trị này, bội số này

cao khi cần đóng ngắt tốt, kích bằng xung hay làm việc

Hình 2.16: Ký hi ệu của các linh kiện hay gặp của họ Thyristor

5.7.2 DIAC

Hình 2.15: Đặc tính cổng SCR

Hình 2.17 : Cấu tạo và sơ đồ tương đương của DIAC

Khi áp một hiệu điện thế một chiều theo một chiều nhất định thì khi đến điện thế VBO, DIAC dẫn điện và khi áp hiệu thế theo chiều ngược lại thì đến trị số -VBO, DIAC cũng dẫn điện DIAC thể hiện một điện trở âm (điện thế hai đầu DIAC giảm khi dòng điện qua DIAC tăng) Từ các tính chất trên, DIAC tương đương với hai Diode Zener mắc đối đầu Thực tế, khi không có DIAC người ta có thể dùng hai Diode Zener có điện thế Zener thích hợp để thay thế (Hình 2.17)

Trong ứng dụng, DIAC thường dùng để mở Triac Thí dụ như mạch điều chỉnh độ sáng của bóng đèn sợi đốt (Hình 2.18)

Hình 2.18 Mạch điều chỉnh độ sáng đèn sợi đốt

Ở bán ký dương thì điện thế tăng, tụ nạp điện cho đến điện thế VBO thì DIAC dẫn, nên tạo dòng kích cho Triac dẫn điện Hết bán kỳ dương, Triac ngưng Đến bán kỳ âm tụ C nạp điện theo chiều ngược lại đến điện thế -VBO, DIAC lại dẫn điện kích TRIAC dẫn điện Ta thay đổi

VR để thay đổi thời hằng nạp điện của tụ C, do đó thay đổi góc dẫn của TRIAC dẫn đến làm thay đổi độ sáng của bóng đèn

5.7.3 DIODE SHOCKLEY

Diod shockley gầm có 4 lớp bán dẫv PNPN (Diode 4 lớp) nhưng chỉ có hai cực Cấu tạo

cơ bản và ký hiệu cùng với đặc tuyến Volt-Ampere khi phân cực thuận được mô tả ở hình vẽ sau đây:

Hình 2.19: C ấu tạo, ký hiệu và đặc tuyến V-A của Diode Schockley

Ta thấy đặc tuyến giống như SCR lúc

dòng cổng IG = 0V, nhưng điện thế quay về

VBO của Diod shockley nhỏ hơn nhiều Khi

ta tăng điện thế phân cực thuận, khi điện thế

Anod-Catod tới trị số VBO thì Diode

shockley bắt đầu dẫn, điện áp hai đầu giảm

nhỏ và sau đó hoạt động như Diode bình

5.7.4 LASCR (Light – activated – SCR)

Có nguyên tắc làm việc như SCR nhưng được kích bằng dòng quang điện Thay vì cung cấp dòng cực cổng để kích khởi, người ta rọi sáng LA SCR qua cửa sổ hay ống dẫn sợi quang LASCR rất thích hợp cho các ứng dụng cao áp, khi cách điện giữa mạch kích và động lực trở nên vấn đề phức tạp, giải quyết tốn kém

6 TRIAC

Triac là linh kiện có thể dẫn dòng điện theo cả hai chiều Vì vậy định nghĩa dòng thuận và dòng ngược không có ý nghĩa, tương tự cho khái niệm điện áp ngược Việc kích dẫn triac thực hiện nhờ xung dòng điện đưa vào cổng điều khiển G Điều kiện để triac đóng điện là đưa xung dòng kích vào cổng 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 qui luật

đã được giải thích đối với thyristor

6.1 Mô tả và chức năng

Việc đóng triac theo cả hai chiều được thực hiện nhờ 1 cổng duy nhất G và xung dòng

kích vào cổng G có chiều bất kỳ Bởi vì triac dẫn điện cả hai chiều nến chỉ có hai trạng thái,

trạng thái dẫn và khóa Mặc dù vậy có thể định nghĩa triac có chiều thuận và chiều nghịch

6.2 Đặc tính V-A

Đặc tính V-A của triac tương tự như thyristor Do khả năng dẫn điện theo cả hai chiều, đặc tính triac có dạng đối xứng qua tâm tọa độ Cần nói thêm về trường hợp đặc tính cổng điều khiển Việc kích đóng triac có thể chia ra làm các trường hợp:

Mặc dù có thể tạo dòng kích có dấu tùy ý, nhưng thực tế việc kích thuận lợi hơn khi dòng kích dương cho trường hợp dòng qua triac dương và dòng kích âm khi dòng qua triac âm

6.3 Khả năng chịu tải

Định mức điện áp: Xác định theo điện áp khóa cực đại có thể lặp lại, nó bằng nhau cho cả

hai hướng uDRM = uRRM Điện áp cực đại không lặp lại không được biết

được định nghĩa cho dòng hình sin đối với nhiệt độ cho trước và vận tốc làm mát cho trước

Bảng B1.6 Các thông số cơ bản của triac BCR5AS (Mitsubishi)

V DRM 600A Điện áp khóa lập lại cực đại- repetitive peak off-state voltage

IT RMS 5A Trị hiệu dụng dòng điện dẫn- RMS on-state current

I FGT , I RGT 30mA Dòng điện kích

V DSM 720V Điện áp khóa không lập lại cực đại- non-repetitive peak off-state voltage

I TSM 50A Dòng điện đỉnh không lập lại cực đại qua linh kiện-dạng sin- surge onstate

current

V GM 10V Điện áp kích cực đại – peak gate voltage

I GM 2A Dòng điện kích cực đại- peak gate current

V TM Max 1,8V Điện áp trên triac khi dẫn điện- on state voltage

V FGT , V RGT Max 1,5V Điện áp kích cổng

I FGT , I RGT Max 30mA Dòng điện kích cổng

(dV/dt)crit 5V/ µs Độ tăng điện áp “khóa” – critical-rate of rise off-state commutating voltage

(diT/dt)crit 100A/ µs Độ tăng dòng điện qua linh kiện cực đại-Critical rate of rise of on-state current

Hình dáng bên ngoài

Hình 2.22 Hình d ạng bên ngoài của một số TRIAC (SCR cực tính và

ở hai chiều dòng điện tải làm cũng tương tự)

Nhược điểm rất lớn của TRIAC là dễ bị tự kích ở nhiệt độ mối nối cao và có giới hạn dv/dt rất thấp, khó làm việc với tải có tính cảm Lúc đó, người ta vẫn phải dùng hai SCR song song ngược

7 GTO (Gate Turn – Off Switch)

GTO là một linh kiện có 4 lớp bán dẫn PNPN như SCR Cấu tạo và ký hiệu được mô tả như sau:

Cấu trúc cơ bản Mạch tương đương Ký hiệu

Tuy có ký hiệu khác với SCR và SCS nhưng các tính chất thì tương tự Sự khác biệt cơ bản cũng là sự tiến bộ của GTO so với SCR hoặc SCS là có thể mở hoặc tắt GTO chỉ bằng một cổng (mở GTO bằng cách đưa xung dương vào cực cổng và tắt GTO bằng cách đưa xung âm vào cực cổng)

- So với SCR, GTO cần dòng điện kích lớn hơn (thường hàng trăm mA)

- Một tính chất quan trọng nữa của GTO là tính chuyển mạch Thời gian mở cửa của GTO cũng giống như SCR (khoảng 1μs), nhưng thời gian tắt (thời gian chuyển từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái ngưng dẫn thì nhỏ hơn SCR rất nhiều (khoảng 1μs ở GTO và từ 5μs đến 30μs ở SCR) Do đó GTO dùng như một linh kiện có chuyển mạch nhanh GTO thường được dùng rất phổ biến trong các mạch đếm, mạch tạo xung, mạch điều hoà điện sau đây là một ứng dụn Diod Zener

Khi cấp điện, GTO dẫn, Anod và Catod xem như nối tắt C1 nạp điện đến điện thế nguồn

VAA, lúc đó VGK < 0 làm GTO ngưng dẫn Tụ C1 xả điện qua R3 = VR + R2 Thời gian xả điện tùy thuộc vào thời hằng  = R3C1 Khi V0 < VZ, GTO lại dẫn điện và chu kỳ mới lại được lập lại

8 Các linh kiện công suất mới

8.1 PUT (Programmable Unijunction Transistor)

Như tên gọi, PUT giống như một UJT có đặc tính thay đổi được Tuy vậy về cấu tạo, PUT khác hẳn UJT

Hình 2.26 Cấu tạo, ký hiệu và sơ đồ mạch điện sử dụng PUT

Để ý là cổng G nằm ở vùng N anod lớn hơn điện thế

catod, điện thế anod còn phải lớn hơn điện thế cổng một

điện thế ngưỡng của nối PN

Tuy nhiên, nên nhớ là UJT, RB1 và RB2 là điện trở nội

của UJT, Trong lúc ở PUT RB1 và RB2, là các điện trở phân

cực bên ngoài