Bài giảng Điện tử công suất: Các linh kiện bán dẫn (p3)

1/21/2013

Ho Chi Minh City University of Technology

PGS.TS Lê Minh Phương

Khoa Điện –Điện Tử

Trường Đại Học Bách Khoa TP HỒ CHÍ MINH

Contact info: Address: 268 Lý Thường Kiệt, P.14,Q.10, TP Hồ Chí Minh Telephone: 84-08-38647256 (5722) Mobile: 0988572177 E-mail: lmphuong@hcmut.edu.vn; ivanphuong@yahoo.com 1

Power Electronics

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012

1/21/2013

Contents – Nội dung

1. Tổng quan về Điện tử công suất

2. Các linh kiện bán dẫn

3. Mô phỏng Matlab-Simulink

4. Bộ chỉnh lưu

5. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều

6. Bộ biến đổi điện áp một chiều

7. Bộ nghịch lưu –biến tần

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

References

1. MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG MATLAB/SIMULINK - Lê Minh Phương, Phan Quốc Dũng – Nhà xuất bản ĐHQG 2011

2. POWER ELECTRONICS HANDBOOK –

Muhammad H. Rashid

3. MATLAB/SIMULINK - Mathworks.

http://www.mathworks.com/

4. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 – Nguyễn Văn Nhờ

Nhà xuất bản ĐHQG

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronics

Chương 2

CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM TPHCM 2012

Contents – Nội dung

1. Diodes

2. Bipolar Junction Transistor (BJT)

3. Metal Oxide Semiconductor Effect Transistor

(MOSFET)

4. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

5. Thyristor

6. Gate Turn Of Thyrisor (GTO)

7. Triode Alternative Current (TRIAC)

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

SILICON CONTROLLED RECTIFIER -SCR

SCR là linh kiện bán dẫn điều khiển đóng bằng dòng điện. Cấu tạo gồm lớp tiếp xúc p-n- p-n, và 3 điện cực Anode (A), Cathode (K), Gate (G). Mạch công suất nối giữa A-K, Mạch điều khiển nối giữa cổng G-K.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Basic Structure and Operation

Hoạt động: 1. Khi VAK>0: SCR ở trạng thái (forward-blocking thuận khóa 2. Khi IG>0, J3 phân cực thuận và J2 phân cực ngược state), điện tử sẽ chạy từ n+ sang p-. Một (reverse biased). IG=0. Nếu VAK số điện tử sẽ khuyếch tán qua p- Trường hợp đặc biệt: khi điện không vượt quá điện áp đánh và được nhận ở n-, điều này làm áp đặt lớn hơn điện áp khóa lớn thủng thì SCR OFF thay đổi trạng thái của J1 làm cho nhất (maximum forward-blocking điện tích lỗ hổng từ p+ sẽ chuyển voltage) thì SCR ON. Tuy nhiên sang n- và khuyếch tán qua p-. nên tránh trạng thái này do dòng Quá trình này làm cho J2 chuyển điện tăng đột ngột và có thể gây sang trạng thái phân cực thuận hư hỏng SCR. và SCR ON

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Basic Structure and Operation

SCR cấu tạo tương đương hai BJT dạng p-n-p và dạng (n-p-n)

Hoạt động: (giải thích cách khác)

Khi điện áp VAK>0, và có xung dòng điện cổng G-K, transistor dạng n-p-n sẽ dẫn. Dòng điện dẫn tục qua mạch E1-B1 của tiếp transistor dạng p-n-p, làm cho transistor này dẫn và SCR dẫn.

Dòng qua Collector của transistor này cũng chính là dòng Base của transistor kia. Các transistor cùng duy trì ở trạng thái đóng, ngay cả khi dòng IG ngắt 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Basic Structure and Operation

Nhánh thuận : UAK>0 và IG>0, Thyristor dẫn tương ứng với giá trị khác nhau của điện áp UAK mà dòng điều khiển IG có những giá trị khác nhau. Thyristor có thể dẫn với IG =0 khi điện áp UAK có giá trị khá lớn. Nhánh nghịch khi UAK<0 Thyristor làm việc như một diode phân cực ngược và chỉ cho dòng điện rò khoảng và mA chạy qua. Nhánh đánh thủng: Khi áp ngược đạt đến giá trị nhất định (UBR) – giá trị này phụ thuộc vào cấu trúc của Thyristor, dòng điện tăng đột ngột và Thyristor bị đánh thủng 1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Dynamic Switching Characteristics

Thời gian ngắt an toàn vì vậy sẽ được định nghĩa : tq- Nó bắt đầu khi dòng thuận trở về 0 cho đến khi xuất hiện điện áp khóa thuận mà SCR vẫn không bị đóng trở lại khi chưa có xung dòng điều khiển IG. tq=trr+tr

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Trạng thái SCR

Khóa áp thuận (Forward-blocking)

SCR ON

Khóa áp ngược (Reverse-blocking)

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Đặc điểm của SCR

SCR là linh kiện bán dẫn được điều khiển đóng bằng dòng điện IG. Tín hiệu này có thể ngắt mà SCR vẫn dẫn

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Đặc điểm của SCR

Sau khi thyristor dẫn cực điều khiển mất tính chất điều khiển vì thế không thể sử dụng nó để ngắt Thyristor.

Không có khả năng kích ngắt, SCR chỉ bị ngắt khi dòng qua nó nhỏ hơn dòng duy trì

Dùng cho mạch công suất lớn (đến MVA) với điện áp và dòng điện định mức lớn.

Tín hiệu điều khiển là dòng điệntuy nhiên nhỏ hơn dòng điều khiển của BJT

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Thông số của SCR

Power Electronic Devices

Datasheet of SCR

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Gate Turn-off Thyristors -GTO

GTO là linh kiện bán dẫn điều khiển đóng ngắt bằng dòng điện Cấu tạo gồm lớp tiếp xúc p- n-p-n, và 3 điện cực Anode (A), Cathode (K), Gate (G) tương tự SCR Mạch công suất nối giữa A- K, mạch điều khiển nối giữa cổng G-K.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Gate Turn-off Thyristors -GTO

Mạch tương đương của GTO cũng tương tự SCR là có 2 BJT, tuy nhiên có thêm cổng kích ngắt song song với cổng kích đóng

Để kích ngắt GTO phải cấp dòng điện âm vào cổng kích ngắt, dòng này sẽ đẩy các hạt mang điện ra khỏi Emitter của transistor n-p-n (cathode), làm cho n-p-n ngắt và GTO ngắt.

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Đặc điểm của GTO

GTO có thể ngắt bằng dòng IG âm

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

Power Electronic Devices

Đặc điểm của GTO

GTO có thể ngắt bằng dòng IG âm

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices

Đặc điểm của GTO

GTO cũng giống như SCR, được đóng bằng xung dòng cổng Gate nếu điện áp anode- cathode dương.

GTO có khả năng điều khiển ngắt bằng dòng cổng Gate giá trị âm.

Dòng âm ngắt GTO cần phải ngắn (vài s), nhưng biên độ phải rất lớn so với dòng đóng GTO và thông thường dòng kích ngắt GTO khoản 1/3 dòng anode ở trạng thái dẫn.

Đặc tuyến V-A cho GTO giống của SCR.

Dùng cho mạch công suất lớn

1/21/2013 PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013