CHƯƠNG 1 DỤNG CỤ BÁN DẪN CÔNG SUẤT
Điốt công suất Transistor công suất Thyristor Triac
GIỚI THIỆU VỀ BÁN DẪN
Pha thêm nguyên tố nhóm V (lớp ngoài cùng có 5 điện tử), 4 điện tử sẽ ghép với điện tử lớp ngoài của nguyên tố Si chỉ còn lại 1 điện tử. Điện tử này dễ bị tách khỏi lớp ngoài của nguyên tố nhóm V để trở thành điện tử tự do di chuyển trong cấu trúc tinh thể.
Bán dẫn loại n
GIỚI THIỆU VỀ BÁN DẪN (tiếp)
Pha thêm nguyên tố nhóm III (lớp ngoài cùng có 3 điện tử tự do), chúng sẽ ghép với điện tử lớp ngoài của nguyên tố Si kết quả xuất hiện lỗ trống bên trong cấu trúc tinh thể, nó có khả năng nhận thêm một điện tử.
Bán dẫn loại p
ĐIỐT CÔNG SUẤT
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
a) Trạng thái bình thường, điốt không dẫn b) Khi điện áp thuận đặt vào điốt c) Khi điện áp ngược đặt vào điốt
ĐIỐT CÔNG SUẤT (tiếp)
Đặc tính vôn - ampe
Đặc tính chia làm hai phần: - Nhánh phân cực thuận, điốt dẫn - Nhánh phân cực ngược, điốt khóa
fV : điện áp rơi trên điốt rI bV
: dòng điện rò : điện áp đánh thủng
ĐIỐT CÔNG SUẤT (tiếp)
Thông số điện cơ bản
bV
rI
frt
rơi trên điốt theo chiều từ A đến K khi
rrt
fV - Điện áp thuận điốt mở hoàn toàn. - Điện áp đánh thủng xảy ra khi điốt bị phá hủy do điện áp ngược vượt quá ngưỡng chịu đựng của lớp tiếp giáp. chảy trong điốt khi chịu điện áp ngược. - Dòng điện rò - Thời gian phục hồi thuận tính từ lúc xuất hiện dòng điện thuận đến khi điện áp rơi trên điốt xác lập. - Thời gian phục hồi ngược hiện điện áp ngược đến khi dòng điện rò xác lập
tính từ lúc bắt đầu xuất
ĐIỐT CÔNG SUẤT (tiếp)
Ví dụ quá trình chuyển trạng thái từ dẫn sang khóa
a) Quá trình quá độ không dao động b) Quá trình quá độ có dao động tắt dần
ĐIỐT CÔNG SUẤT (tiếp)
Hình ảnh điốt công suất
1.12
V
600
V
=
=
FV
RRMV ns
= =
A 30 35 60 −
FI rrt
Điốt kép MUR3060 của hãng Motorola
TRANSISTOR CÔNG SUẤT
Giới thiệu
MOSFET BJT
TRANSISTOR CÔNG SUẤT - BJT
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
i β= i C
B
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – BJT (tiếp)
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động (tiếp)
BJT công suất chịu điện áp lớn khi khóa, dẫn dòng lớn khi đóng.
BJT công suất
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – BJT (tiếp)
Đặc tính vôn – ampe
Quan hệ giữa điện áp hai cực và dòng điện chảy qua các cực.
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – BJT (tiếp)
Đặc tính vôn – ampe (tiếp)
SOA là yếu tố rất được quan tâm khi BJT hoạt động ở chế độ băm xung
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – BJT (tiếp)
Chế độ hoạt động băm xung
thời gian đi lên của Ci thời gian đi xuống của Ci thời gian phục hồi thời gian trễ
thời gian BJT chuyển
thời gian BJT chuyển
Tốc độ chuyển trạng thái là yếu tố quan trọng. rit fit st dt ont trạng thái dẫn offt trạng thái khóa
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – BJT (tiếp)
Hình ảnh BJT
20 (
) / 30 (
)
A cont
A pul
A= 5
=
max
max
W= 140
V= 90
CI lossP
max
0
15 (
)
A cont
A pul
A= 3
=
max
250
V
max =
W= 125
2N5038 của hãng ON, loại BJT npn BI CEV
0
CI lossP
max
BUF410A của hãng ST, loại BJT npn BI ) / 30 ( CEV
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
Cấu trúc phân lớp theo chiều thẳng đứng. Mở bằng áp, yêu cầu cầu dòng mở rất nhỏ. Có hai loại cấu trúc phổ biến: ech và dep.
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp)
Đặc tính vôn - ampe
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp)
Đặc tính vôn – ampe (tiếp)
SOA là yếu tố rất được quan tâm khi MOSFET hoạt động ở chế độ băm xung
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp)
Chế độ hoạt động băm xung
Đặc tính đóng mở của MOSFET cũng tương đối giống như BJT tuy nhiên do cấu trúc có sự khác biệt nên thông số ảnh hưởng đến chế độ hoạt động cũng tương đối khác.
( DS on ) DSU
R Trong vùng tuyến tính, điện trở dẫn không đổi. Từ đó xác định được áp rơi tổn hao
lP
oss
U
R
=
DS
I DS on D
)
(
P l oss
2 I R= D DS on
(
)
của MOSFET và công suất
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp)
Chế độ hoạt động băm xung (tiếp)
Tích hợp điốt ngược bên trong vỏ linh kiện đối với MOSFET. Nó đóng vai trò phần tử hoàn năng lượng khi MOSFET chuyển trạng thái từ dẫn sang khóa.
Tụ điện ký sinh giữa hai cực MOSFET ảnh hưởng đến đặc tính đóng cắt của phần tử, ảnh hưởng càng lớn khi tần số đóng cắt càng lớn.
TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp)
Hình ảnh MOSFET
250
V
=
8.1
Ω
DSSV
)
( DS on t ,
A W= 74
= <
max
off
on
V
0.016 (4.5 ) Ω
DS on (
DI t
20
ns
,
A= 11 t <
off
on
1.37
W
= ) V= 30 =
IRF634 của hãng International Rectifier, MOSFET enh, kênh n DI = R 0.45 lossP ns t 30
max
NTMS4816N của hãng ON, loại MOSFET enh kênh n R DSSV lossP
THYRISTOR
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
I
i = A
H
- Chịu được điện áp đặt lớn khi không dẫn - Khả năng dẫn phụ thuộc vào giá trị dòng điện điều khiển - Chuyển trạng thái khóa khi dòng dẫn thấp hơn giới hạn cho phép
THYRISTOR (tiếp)
Đặc tính vôn - ampe
- 1: Đoạn khóa thuận - 2: Đoạn dẫn - 3: Đoạn khóa ngược
THYRISTOR (tiếp)
Thông số điện cơ bản
onI RBDU
fU
dt
GI di / dt
rI
- Dòng điện định mức dẫn - Điện áp ngược cực đại - Điện áp rơi trên thyristor khi dẫn GU - Điện áp điều khiển - Dòng điện điều khiển - Tốc độ tăng dòng điện dv / - Tốc độ tăng điện áp - Dòng điện rò
THYRISTOR (tiếp)
Hình ảnh thyristor
50= 3.1= dt
I G VG / dv
1000
V
=
µ/ s
V µ/ sA
mA
=
200 = V 3=
I G VG / dv
dt
1000
V
=
µ/ s
dt
/
Thyristor kép MSS40 của hãng ST I F A mA 55= V VFBD 800 = / di dt 50 =
LS43__50 của hãng POWEREX I F A 900 VFBD 1600 V = 200 µ/ sA di =
TRIAC
Cấu trúc và nguyên lý hoạt động
0=GI
- Hai phần tử thyristor đấu ngược nhau - Cực điều khiển đấu chung - Chuyển trạng thái khóa khi dòng dẫn thấp hơn giới hạn cho phép hoặc khi
TRIAC (tiếp)
Đặc tính vôn - ampe
V T
1
V T
2
- Góc phần tư thứ nhất V > ứng với T 2 - Góc phần tư thứ hai V > ứng với 1 T
TRIAC (tiếp)
Hình ảnh triac
250
V
=
8.1
Ω
DSSV
)
0.45 ns 30
DS on ( t ,
A W= 74
= <
max
off
on
BTA06 của hãng ST DI = R lossP t
