Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 2: Linh kiện công suất
Slides ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2.1 DIOD COÂNG SUAÁT:
Chöông 2: LINH KIEÄN ÑIEÄN TÖÛ COÂNG SUAÁT
Laø diod chòu doøng lôùn, duøng trong ÑTCS
1. Phaân loaïi: - coù hai loaïi:
2.1 Diod coâng suaát
2.2 Linh kieän hoï transistor
2.3 Linh kieän hoï thyristor
- taàn soá coâng nghieäp (diod chænh löu)
- diod taàn soá cao
coù diod Schotky chòu aùp thaáp, suït aùp thuaän 0.2 – 0.4V.
2. Ñaëïc tính phuïc hoài cuûa diod (recovery):
Ngaét ñieän ñieän töû:
Töø daãn -> khoùa coù khoaõng daãn doøng ngöôïc
linh kieän hay nhoùm linh kieän ñieän töû laøm vieäc trong hai cheá ñoä:
- Daãn ñieän hay baûo hoaø (ON): suït aùp raát beù, doøng phuï thuoäc vaøo taûi.
- Khoùa (OFF): doøng qua noù raát beù (≈ 0), xem nhö hôû maïch.
Linh kieän chính:
diode, thyristor (SCR), transistor (BJT, MosFET, IGBT).
TAÙC DUÏNG: haïn cheá taàn soá laøm vieäc, quaù aùp ñoùng ngaét
3 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
4 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
2.2 LINH KIEÄN HOÏ TRANSISTOR:
2.2.1 Ñaëc tính ñoùng ngaét BJT
Laø nhoùm linh kieän ñoùng ngaét theo ñieàu khieån: BJT, MosFET, IGBT…
- Thí nghieäm ñoùng ngaét taûi R vaø RL:
VCC
C
D
D
C
VCC
L
G
G
i
G
G
C
Rt
S
E
E
S
i
Rt
C
MosFET keânh n (Kyù hieäu quen duøng) Kyù hieäu IGBT
Maïch nguyeân lyù IGBT
VBB
VBB
Q
Q
R2
v
R2
v
- MosFET: laø transistor tröôøng loaïi taêng (enhancement).
CE
CE
R1
R1
- IGBT (Insulated Gate BJT) = MosFET ôû ngoû vaøo + BJT ôû ngoû ra.
BJT: ñieàu khieån baèng doøng cöïc B
MosFET, IGBT: ñieàu khieån baèng aùp VGS VGE
- VGS ≤ 0 : transistor khoùa
- töø khoùa Æ baûo hoøa transistor ñi qua traïng thaùi khueách ñaïi
=> coù toån hao ñoùng ngaét:
- IB = 0 => BJT khoùa, khoâng daãn ñieän
- IB ñuû lôùn (IB > IC / β) BJT baûo hoøa: doøng - VGS > VTH : transistor daãn ñieän
taûi IC chæ phuï thuoäc taûi.
phaùt nhieät taêng cao theo taàn soá laøm vieäc
=> caàn coù bieän phaùp:
(VTH töø 3 .. 5 volt)
transistor Darlington coù β töø vaøi traêm
ñeán vaøi nghìn.
Thöïc teá ñieàu khieån:
0/10 – 15V hay ±(10 – 15)V
ñieàu khieån toái öu + maïch hoã trôï
5 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
6 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
a. Daïng xung ñieàu khieån toái öu:
2.2.2 Maïch laùi BJT:
- Doøng cöïc B toái öu:
Khaùi nieäm veà maïch laùi (driver):
i
D
R
B
VBB
I
Q
cb
R2
Ñieàu khieån
voøng kín
Maïch
Khueách ñaïi
xung
Gheùp
I
C
R1
dt
phaùt xung
noái
NÑBD
t
Ñieàu khieån
Maïch laùi (driver)
maïch Snubber
I
ng
DRIVER: boä phaän trung gian giöõa HT ñieàu khieån - thieát bò
- HT ÑKTÑ: Driver = boä ñieàu khieån ñoäng cô/ taûi coâng suaát
Giaûi thích:
tuï ñieän kyù sinh CBE caàn naïp/xaû nhanh
MosFET, IGBT: cuõng coù quaù trình töông töï vôùi CGS
- Maïch caûi thieän quaù trình khoùa:
Tuï C taïo ñöôøng daãn ñieän IC trrong quaù trình khoùa ngaét ñieän
.
- BBÑ:
Driver = maïch cung caáp doøng ñieàu khieån NÑBD
goàm KÑ coâng suaát + gheùp noái
- Gheùp noái: trung gian maïch ÑK – ñoäng löïc
Tröïc tieáp – qua trung gian quang / töø
7 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
8 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
b. Maïch laùi BJT
2.2.3 maïch laùi MosFET, IGBT:
- caùc daïng maïch laùi tröïc tieáp: (a), (b), (d)
- Caùc thoâng soá:
Maïch cöïc coång
VCC
D
Ngöôõng aùp ñieàu khieån 3 – 5 V
1uF
MOSFET N
Q2
C
Q1
220
330p
VBB
Q
Q
Q
T
R2
Xung
0..15V
Q2
R3
R2
2.2k
Q1
Tieâu bieåu 0 – 10 V (hay 15 V)
+/- 10 V (hay 15 V)
510/3w
D
R1
Dz7V2
22k
R1
(a)
(b)
(c)
- VCC (d)
Giôùi haïn +/- 20 V
- Gheùp baèng quang (OPTRON): Duøng nguoàn ñoäc laäp cho maïch laùi.
caáp ñieän
OPTRON (Caùch ly tín hieäu
ÑK) + söûa daïng + khueách
ñaïi coâng suaát (Gheùp tröïc
tieáp).
- Maïch laùi MosFET vaø IGBT:
Taàn soá thaáp: laùi tröïc tieáp töø vi maïch 12V
Taàn soá cao: Maïch laùi töông töï BJT nhöng caáp ñieän 15 – 20V.
+
_
10 mA
Vi maïch laùi:
- IR21xx
Khueách
OPTO
Maïch ñieän töông töï nhö laùi
SCR.
ñaïi xung
- optron + maïch KÑaïi
9 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
10 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
II.3 LINH KIEÄN HOÏ THYRISTOR:
Thyristor: linh kieän coù ≥ 4 lôùp, ñaïi dieän laø SCR
A
P
1. Caáu taïo vaø nguyeân lyù hoaït ñoäng SCR:
N
Hình II.2.1: nguyeân lyù
SCR
G
P
N
K
Caáu taïo nguyeân lyù
Maïch töông ñöông hai BJT
Kyù hieäu SCR
- Maïch töông ñöông giaûi thích ñöôïc hoaït ñoäng cuûa SCR khi phaân cöïc thuaän
Hình II.2.2: Caáu taïo moät
SCR doøng lôùn ôû tæ leä thöïc
(a) vaø phoùng to maûnh
tinh theå baùn daãn (b)
- Khi môùi caáp ñieän, iG = 0 : SCR khoùa thuaän vaø ngöôïc – IA laø doøng ñieän roø, raát beù,
côû mA vôùi VAK ≠ 0.
- Khi SCR phaân cöïc thuaän VAK > 0, vaø IG > 0, SCR Æ daãn ñieän
- SCR töï giöõ traïng thaùi daãn ñieän cho ñeán khi IA Æ 0.
2. Ñaëc tính tónh ( volt – ampe ):
Anod: Döông cöïc
Katod: AÂm cöïc
Gate: Coång hay cöïc ñieàu khieån.
Moâ taû quan heä IA(VAK) vôùi doøng IG khaùc nhau.
11 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
12 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Coù 2 thoâng soá doøng: IL : doøng caøi, IH : doøng giöõ
2. Ñaëc tính ñoäng ( ñoùng ngaét ):
a. Ñaëc tính môû: ( turn on )
- Thôøi gian treã ton
- Giôùi haïn toác ñoä taêng doøng diA/dt vì coù thôøi gian lan truyeàn cuûa vuøng daãn ñieän
Hình II.2.3 Sô ñoà thí nghieäm vaø ñaëc tuyeán volt – ampe cuûa SCR
Hình II.2.4.a. Ñaëc
tính ñoäng : môû
vaø khoùa cuûa SCR
* VAK < 0 : Khoùa ngöôïc: coù doøng roø ngöôïc, côû mA.
Khi VAK < - VRB ta coù hieän töôïng gaõy ngöôïc Æ SCR bò hoûng.
* VAK > 0 vaø IG = 0 : Khoùa thuaän: coù laø doøng roø thuaän, côû mA.
Khi VAK > VFB ta coù hieän töôïng gaõy thuaän: SCR Æ daãn ñieän.
Ñònh möùc aùp cuûa SCR caàn lôùn hôn caùc giaù trò gaõy vôùi heä soá an toaøn > 2.
* Quaù trình kích: Khi phaân cöïc thuaän, neáu IG taêng, VFB giaûm daàn.
=> Kích doøng IG ñuû lôùn ñeå SCR daãn ñieän baát chaáp aùp phaân cöïc thuaän.
* Vuøng daãn ñieän: suït aùp VAK = VF khoaûng 1 - 2 volt.
(1)
(2)
13 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
14 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
Hình II.2.4.b. Caáu taïo SCR cöïc
coång ñeå caûi thieän ñaëc tính
ñoäng
C2 = 0.05 – 0.1 uF;
R1 = 20 – 100 ohm;
R2 = 33 – 100 ohm;
C1 = 0.1 – 0.5 uF.
Hình II.2.5: Maïch snubber R1C1 vaø RC cöïc coång baûo veä
SCR khoûi caùc cheá ñoä kích daãn khoâng mong muoán.
b. Ñaëc tính khoaù: ( turn off )
- Thôøi gian ñaûm baûo taét toff
toff = [ 10 .. 50 ] usec vôùi SCR taàn soá cao
[ 100 .. 300 ] usec vôùi SCR chænh löu.
- Coù giôùi haïn toác ñoä taêng du/dt ñeå traùnh töï kích daãn.
- Coù quaù trình daãn doøng ngöôïc khi khoùa (ñaët aùp aâm) nhö diod (ñaëc tính phuïc hoài
ngöôïc).
3. Ñaëc tính coång: (hay kích khôûi coång)
- Caàn coù maïch baûo veä choáng töï kích daãn (hình II.2.5).
15 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
16 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
4. Caùc linh kieän khaùc trong hoï thyristor:
Bao goàm:
Thyristor laø hoï linh kieän coù ít nhaát 4 lôùp vôùi SCR laø ñaïi dieän.
Thyristor coù khaû naêng töï giöõ traïng thaùi daãn ñieän (kích daãn).
(1) IG(VG) tieâu bieåu,
(2) IG(VG) öùng vôùi ñieän trôû RG beù,
Moät soá Thyristor ñöôïc cheá taïo ñeå coù theå ñieàu khieån ñöôïc quaù trình khoaù laøm thaønh
ngaét ñieän ñieän baùn daãn moät chieàu.
(3) IG(VG) öùng vôùi ñieän trôû RG lôùn.
Caùc thoâng soá giôùi haïn ( cöïc ñaïi ):
doøng IGmax
,
aùp VGmax vaø
coâng suaát tieâu taùn trung bình PGmax
(phuï thuoäc beà roäng xung kích SCR).
Hình II.2.6: Ñaëc tính coång SCR
Caùc thoâng soá giôùi haïn (beù nhaát) cho ñaûm
Hình II.2.7: Kyù hieäu cuûa caùc linh kieän hay gaëp cuûa hoï Thyristor.
baûo kích: VGT, IGT
.
a. DARLISTOR: SCR coù caáu taïo noái taàng (cascade) ñeå taêng heä soá khueách ñaïi doøng
IA / IG
Ñieåm laøm vieäc cuûa cöïc coång SCR phaûi naèm trong caùc giôùi haïn treân.
b. DIAC:
c. LA SCR ( Light – activated – SCR ): SCR kích baèng tia saùng.
d. GTO: ( Gate turn off SCR, SCR taét baèng cöïc coång ).
GTO cho pheùp ngaét SCR baèng xung aâm ôû cöïc coång. Töø maïch töông ñöông hai BJT
17 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
18 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
(hình 1.2a), khaû naêng naøy coù theå ñöôïc döï ñoaùn.
khoù laøm vieäc vôùi taûi coù tính caûm.
e. TRIAC: Laø hai SCR song song ngöôïc, ñöôïc cheá taïo vôùi doøng ñònh möùc ñeán haøng
ngaøn ampe.
6V
5. Maïch laùi Thyristor:
- IG > 0 hay IG < 0 toå hôïp vôùi
VT > 0 hay VT < 0 cho ta
4 kieåu hoaït ñoäng
R4
2.2 ohm
a. Gheùp tröïc tieáp:
220
R2
Q1
C1061
Maïch laùi
=
maïch
XUNG DK
2.2 ohm
R5
khueách ñaïi doøng
100
R1
SCR
R3
100
R?
R
0.1 uF
C1
Hình II.2.8 Ñaëc tuyeán V – I cuûa TRIAC vaø DIAC
b. Gheùp quang: duøng OPTRON caùch ly Ñieàu khieån - Ñoäng löïc
Hình II.2.9: Hình daïng beân ngoaøi
cuûa moät soá TRIAC (SCR cuõng töông töï )
Nhöôïc ñieåm TRIAC:
- deã bò töï kích ôû nhieät ñoä moái
noái cao
- coù giôùi haïn du/dt raát thaáp,
19 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
20 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
6V
Ñaëc tính optron TRIAC hoï MOC cuûa Motorola
OPTRON (Optocoupler)
OPTRON Triac hoï MOC
1
2
4
3
2.2 ohm
Q1
OPTO1
Q2
OPTRON thoâng thöôøng coù
thôøi gian treã lôùn hôn vaøi micro
giaây => taàn soá toái ña ñeán vaøi
chuïc KHz.
1K
2.2 ohm
100
4K7
SCR
R2
4k7
R1
4K7
Sô ñoà kích SCR duøng OPTRON thoâng thöôøng.
Ñaëc tính optron PS2521 (NEC) hay TLP521 (TI)
c. Gheùp bieán aùp: bieán aùp xung (BAX)
nguyeân taéc BAX laø xung phaûi ñuû heïp:
thôøi gian coù xung ñuû nhoû – thôøi gian nghæ ñuû daøi
21 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ÑTCS&ÖD
Ñöôïc pheùp mang vaøo phoøng thi
BAX
VCC
SCR
100
D2
47n
D2
3k3
3k3
3.3 ohm
D1
Q1
3k3
Maïch laùi xung heïp
11 trang
18160
Free
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 2: Linh kiện công suất", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_chuong_2_linh_kien_c.pdf
