Chương 2: Công suất DIOT

Chia sẻ: Nguyen Van Ty Ty | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:20

Thêm vào BST

Báo xấu

272
lượt xem 66
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các diot công suất có vai trò quan trọng trong các mạch điện công suất. Chúng được dùng chủ yếu trong các chỉnh lưu không điều khiển để biến đổi điện áp AC thành điện áp DC ổn định...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 2: Công suất DIOT

CHÖÔNG 2 : COÂNG SUAÁT DIOT Ñeà cöông hoïc taäp 2.1. Giôùi thieäu 2.2. Noài aâm döông diot (PN) 2.3. Ñaëc tính doøng ñieän – ñieän aùp cuûa diot 2.4. Ñiot lyù töôûng 2.5. Diot schottky 2.6. Phaân tích maïch ñieän diot 2.6.1. Caùc diot trong maïch DC 2.6.2. Caùc diot trong maïch AC 2.7. Toån hao diot 2.8. Caùc ñaùnh giaù chuû yeáu ñoái vôùi diot 2.8.1. Ñieän aùp ngöôïc ñænh ( PIV) 2.8.2. Doøng ñieän thuaän trung bình cöïc ñaïi ( If(avg)max ) 2.8.3. Thôøi gian khoâi phuïc nghòch ( trr ) 2.8.4. Nhieät ñoä noái cöïc ñaïi ( Tj(max) ) 2.8.5. Doøng ñieän traøn cöïc ñaïi ( IFSM ) 2.9. Baûo veä diot 2.9.1. Ñieän aùp quùa taûi 2.9.2. Doøng ñieän quùa taûi 2.9.3. baûo veä taïm thôøi 2.10. Kieåm tra moät diot 2.11. Hoaït ñoäng noái tieáp vaø song song cuûa diot 2.11.1. Maéc noái tieáp caùc diot 2.11.2. Maéc song song caùc diot 2.12. Baøi taäp thaûo luaän 2.13. Caùc coâng thöùc Troïng taâm hoïc taäp Sau khi hoaøn thaønh phaàn naøy, sinh vieân caàn coù khaû naêng ñeå Moâ taû caùc ñaëc tính vaø hoaït ñoäng cuûa diot Phaân tích caùc maïch ñieän diot Xaùc ñònh toån hao coâng suaát cuûa diot Moâ taû laøm theá naøo ñeå kieåm tra diot Moâ taû laøm theá naøo ñeå baûo veä caùc diot Giaûi thích laøm theá naøo caùc diot coù theå maéc noái tieáp vaø song song ñeå taêng hieäu suaát cuûa chuùng 18
2.1 Giôùi thieäu Caùc diot coâng suaát coù vai troø quan troïng trong caùc maïch ñieän töû coâng suaát . Chuùng ñöôïc duøng chuû yeáu trong caùc chænh lö khoâng ñieàu khieån ñeå bieán ñoåi ñieän aùp AC thaønh ñieän aùp DC oån ñònh vaø nhö caùc diot líp (FWD) ñeå cung caáp ñöôøng daãn cho doøng ñieän chaûy trong taûi caûm öùng . Caùc diot coâng suaát gioáng nhö chöùc naêng caùc diot noái PN; tuy nhieân caùc ñieän töû coâng suaát coù caùc tieàm naêng lôùn veà coâng suaát, ñieän aùp vaø doøng ñieän. 2.2 Diot noái aâm döông PN Caùc diot coù theå laøm töø moät hoaëc hai vaät lieäu baùn daãn laø silic vaø germani. Caùc ñieän töû coâng suaát thöôøng duøng caáu truùc silic. Diot silic coù theå laøm vieäc ôû doøng ñieän cao vaø nhieät ñoä noái cao vaø chuùng coù ñieän trôû ngöôïc lôùn. Caáu truùc cuûa moät diot baùn daãn vaø kyù hieäu cuûa noù trình baøy trong hình 2.1. Diot coù hai cöïc – moät cöïc döông A ( choã noái P ) vaø moät cöïc aâm K ( moái noái N ). Khi ñieän aùp cöïc döông laø döông nhaát hôn cöïc aâm, diot ñöôïc goïi laø thuaän, vaø noù daãn ñieän deã daøng vôùi ñieän aùp thaáp. Khi ñieän aùp cöïc aâm laø aâm nhaát hôn cöïc döông, diot ñöôïc goïi laø nghòch vaø noù chaën doøng ñieän chaûy.Muõi teân treân kyù hieäu diot trình baøy höôùng quy öôùc cuûa doøng ñieän chaûy khi diot daãn ñieän. Hình 2.1 Caáu truùc vaø kyù hieäu cuûa diot 2.3 Ñaëc tích ñieän aùp – doøng ñieän cuûa diot Hình 2.2 trình baøy ñaëc tính V – I cuûa diot. Khi thuaän, diot baét ñaàu daãn doøng vì ñieän aùp qua cöïc döông cuûa noù laø taêng daàn. Khi ñieän aùp gaàn ñeán caùi goïi laø ñieän aùp xoay, khoaûng 1 V cho diot silic, ñieän aùp taêng nheï laøm doøng ñieän taêng nhanh. Doøng ñieän taêng chæ ñeán giôùi haïn bôûi ñieän trôû maéc noái tieáp vôùi diot 19
Hình 2.2 Ñaëc tính aùp doøng V-I cuûa diot Khi ñiot laø nghòch, moät doøng ñieän nhoû ñöôïc goïi laø doøng doø ræ chaûy qua vì ñieän aùp töø cuïc döông ñeán cöïc aâm laø taêng daàn. Tín hieäu naøy laø do diot coù ñieän trôû raát cao trong höôùng nghòch. Ñaëc tính ñieän trôû lôùn naøy ñöôïc duy trì khi taêng ñieän aùp ngöôïc cho ñeán khí ñaït ñeán ñieän aùp ngöôïc ñaùnh thuûng. Taïi ñieän aùp ñaùnh thuûng, diot ñeå cho doøng ñieän lôùn chaûy vôùi moät ñieän aùp taêng nhoû. Moät ñieän trôû giôùi haïn doøng ñieän phaûi duøng maéc noái tieáp ñeå ngaên ngöøa phaù hoûng diot. 2.4 Diot lyù töôûng Trong caùc ñieän töû coâng suaát caùc ñieän aùp vaø doøng ñieän cao . Vì vaäy ñaëc tính chi tieát cuûa diot ( ví duï hình 2.2 ) laø khoâng quan troïng; chuùng ta coù theå coi ñiot nhö moät yeáu toá lyù töôûng. Hình 2.3 trình baøy ñaëc tính lyù töôûng cuûa diot. Neân nhôù raèng khi diot thuaän; khoâng coù ñieän aùp qua noù. Doøng ñieän qua diot luùc naøy tuøy thuoäc ñieän aùp nguoàn vaø caùc yeáu toá maïch ñieän. Khi diot nghòch, khoâng coù doøng ñieän qua noù. Ñieän aùp qua diot tuøy thuoäc ñieän aùp nguoàn vaø caùc yeáu toá maïch ñieän khaùc Hình 2.3 Ñaëc tính diot lyù töôûng 20
Ñaëc tính naøy cuûa diot lyù töôûng laøm cho noù gioáng nhö moät chuyeån maïch daãn doøng ñieän chæ trong moät höôùng. Chuyeån maïch coù theå töï môû hay ñoùng tuøy thuoäc phaân cöïc cuûa ñieän aùp. Hính 2.4a trình baøy moät diot thuaän, vaø hình 2.4b trình baøy maïch ñieän chuyeån maïch töông ñöông cuûa noù. Khi cöïc döông cuûa diot döông hôn cöïc aâm cuûa cuûa noù, noù hoaït ñoäng gioáng nhö moät chuyeån maïch ñoùng. Hình 2.4c trình baøy moät diot ngòch , vaø hình 2.4 d trình baøy chuyeån maïch töông ñöông cuûa noù. Khi cöïc duông cuûa diot aâm hôn cöïc döông cuûa noù, coi nhö noù hoaït ñoäng gioàng moät chuyeån maïch môû. Hình 2.4 Caùc maïch ñieän chuyeån maïch töông ñöông cuûa diot 2.5 Ñiot schottky diot schottky laø moät duïng cuï toác ñoä cao, ñieän aùp thaáp laøm vieäc khaùc vôùi nguyeân taéc diot noái PN. Noù caáu truùc khoâng nhö noái PN thoâng thöôøng. Thay cho moät haøng raøo kim loaïi moûng ( nhö crom, platin, vonfram) laø maët phaân giôùi baèng chaát baùn daãn kieåu N. Caáu truùc naøy cho keát quûa moät ñieän aùp traïng thaùi môû thaáp ( khoaûng 0.6 V ) qua diot khi noù daãn. Hôn nöõa, noù coù theå ñoùng nhanh hôn diot noái PN, nhö vaäy taàn soá chuyeån maïch cao. Tuy nhieân, doøng doø ræ ngöôïc phaûi cao hôn, vaø ñieän aùp ñaùnh thuûng ngöôïc thaáp hôn so vôùi diot noái PN. Caùc diot schottky vì vaäy ñöôïc duøng nhö caùc chænh löu söû duïng ñieän aùp thaáp ôû ñaây hieäu quûa bieán ñoåi laø quan troïng. Caùc diot naøy cuõng duøng nhieàu trong chuyeån maïch coâng suaát cung caáp laøm vieäc ôû taàn soá 20 kHz hay cao hôn. Ví duï 2.1 Moät diot schottky loaïi 40 V vaø 25 A coù ñieän aùp traïng thaùi môû 0,5 V vaø doøng doø ræ ngöôïc 50 nA. Tìm toån hao coâng suaát traïng thaùi môû vaø traïng thaùi ñoùng Giaûi ñaùp : Toån hao coâng suaát traïng thaùi môû = 25 * 0,5 = 12,5 W 40 * 50 (10-9) = 2 µ W Toån hao coâng suaát traïng thaùi ñoùng = 21
Ví duï 2.2 Gioáng nhö ví duï 2.1 cho diot noái PN loaïi 40V vaø 25A, vôùi ñieän aùp traïng thaùi ñoùng 1,1V vaø doøng doø ræ ngöôïc 0,5 nA Giaûi ñaùp : Toån hao coâng suaát traïng thaùi môû = 25 * 1,1 = 27,5 W -9 Toån hao coâng suaát traïng thaùi ñoùng = 40 * 0,5 (10 ) = 0,02 µ W Toån hao coâng suaát traïng thaùi môû cuûa diot schottky laø ít hôn moät nöûa cuûa diot noái PN, hoaøn toaøn coù yù nghóa khi hieäu quaû coù lôïi. Coù tieâu hao coâng suaát cao hôn trong traïng thaùi ñoùng vaø doøng doø cao hôn, tuy vaäy toång toån hao coâng suaát vaãn coøn thaáp hôn vôùi diot noái aâm döông. 2.6 phaân tích maïch ñieän diot 2.6.1 Caùc diot trong maïch ñieän DC Ñeå phaân tích maïch ñieän diot, ñaàu tieân phaûi tìm traïng thaùi diot ( môû hay ñoùng ). Diot coù theå ñöôïc thay theá baèng maïch ñieän chuyeån maïch töông ñöông trình baøy trong hình 2.4 . Tuy nhieân, trong moät vaøi maïch ñieän coù theå khaùc vôùi hình veõ chuyeån maïch töông ñöông naøy ( ví duï nhö caùc maïch ñieän nhieàu nguoàn hay nhieàu diot maéc noái tieáp ). Trong caùc maïch ñieän naøy noù giuùp ñeå thay theá diot veà tình thaàn baèng yeáu toá ñieän trôû vaø keát quûa höôùng doøng ñieän theo ñieän aùp cung caáp. Neáu keát quûa doøng ñieän coù höôùng nhö muõi teân treân kyù hieäu diot thì diot laø môû Ví duï 2.3: Cho maïch ñieän trình baøy trong hình 2.5 tìm doøng diot ID , ñieän aùp diot VD vaø ñieän aùp qua ñieän trôû VR Hình 2.5 Xem ví duï 2.3 Giaûi ñaùp : Vì doøng ñieän chaûy töø nguoàn theo höôùng muõi teân cuûa diot, diot laø môû vaø ñöôïc thay theá baèng moät chuyeån maïch ñoùng Ñieän aùp qua diot VD = 0 V Ñieän aùp qua ñieän trô& VR = Es - VD = 20-0= 20 V 22
Doøng ñieän qua diot ID = VR / R = 20 / 100 = 0,2 A Ví duï 2.4 Diot nghòch trong hình 2.5 vaø laëp laïi ví duï 2.3 Giaûi ñaùp : Höôùng cuûa doøng ñieän baây giôø ngöôïc vôùi muõi teân . Diot laø ñoùng vaø ñöôïc thay theá baèng moät chuyeån maïch môû. Doøng ñieän qua diot ID = 0A Ñieän aùp qua ñieän trôû VR = ID * R = 0V Ñieän aùp qua diot VD = Es - VR = 20 - 0 = 20 V Ví duï 2.5 Cho maïch ñieän trong hình 2.6, tìm doøng ñieän I, vaø ñieän aùp Vo , V1 vaø V2 Hình 2.6 Xem ví duï 2.5 Giaûi ñaùp : Hai nguoàn giuùp moãi maïch ñoùng; diot laø môû vaø coù theå thay baèng chuyeån maïch ñoùng Aùp duïng ñònh luaät ñieän aùp cuûa Kirchhoff E1 - V1 - V2 + E2 = 0 E1 - I*R1 – I*R2 + E2 = 0 Giaûi phaùp cho I E + E2 25 I= 1 = 3, 5mA = R1 + R2 7 k V1 = I*R1 = 17,5V V2 = I*R2 = 7,0 V V0 = V2 - E2 = 7 - 5 = 2 V 2.62. Caùc diot trong maïch AC Maïch ñieän AC coù ñieän aùp thay ñoåi theo thôøi gian. Vì vaäy coù nhöõng luùc ñieän aùp AC thuaän vôùi diot vaø coù nhöõng luùc noù ngöôïc vôùi diot. Maïch ñieän diot coù theå khoâng taùch rieâng caùc nöûa chu kyø döông vaø aâm. Noù phaûi löu yù khi ñieän aùp phaân cöïc qua diot thuaän vaø diot ngöôïc vôùi noù. Diot luùc naøy ñöôïc thay baèng maïch ñieän chuyeån maïch töông ñöông. 23
Hình 2.7 Diot trong maïch A Ví duï 2.6 Tìm maïch ñieän chuyeån maïch töông ñöông cuûa diot vôùi nguoàn AC ñieän aùp Vs trình baøy trong hình 2.7 Giaûi ñaùp: Trong nöûa chu kyø döông cöïc döông döông hôn cöïc aâm , vì theá diot laø thuaän. Chuùng ta coù theå thay diot baèng moät chuyeån maïch ñoùng Trong nöûa chu kyø aâm cöïc döông aâm hôn cöïc döông cuûa noù, diot laø ngòch. Chuùng ta coù theå thay diot baèng moät chuyeån maïch môû Ví duï 2.7 Cho maïch ñieän trình baøy trong hình 2.8, veõ daïng soùng cuûa ñieän aùp qua ñieän trôû VR vaø ñieän aùp qua diot VD Hình 2.8 Xem ví duï 2.7 Giaûi ñaùp : Trong nöûa chu kyø döông, diot laø thuaän vaø ñöôïc thay baèng chuyeån maïch ñoùng. Ñieän aùp qua diot baèng 0, vaø ñieän aùp qua ñieän trôû gioáng nhö ñieän aùp nguoàn. Trong nöûa chu kyø aâm, diot laø nghòch vaø ñöôïc thay baèng chuyeån maïch môû. Ñieän aùp qua ñieän trôû baèng 0, vaø ñieän aùp qua diot gioáng nhö ñieän aùp nguoàn. Daïng soùng cuûa VR vaø VD trình baøy trong hình 2.9 24
Hình 2.9 Daïng soùng cuûa VR vaø VD 2.7 Toån hao diot Toång coâng suaát toån hao xaûy ra trong diot laø toång soá cuûa toån hao traïng thaùi môû, traïng thaùi ñoùng vaø chuyeån maïch: PT = Pon + Poff + Psw 2.1 Ôû ñaây : t Pon = Vf * If * on 2.2 T t Poff = VR * IR * off 2.3 T Psw = Psw(on) + Psw(off) 2.4 1 Psw(on) = VF(max) * IF(max) * tf * f 2.5 6 1 Psw(off) = VF(max) * IF(max) * tR * f 2.6 6 Trong caùc coâng thöùc naøy VF = ñieän aùp thuaän IF = doøng ñieän thuaän VR = ñieän aùp nghòch IR = doøng ñieän doø ræ nghòch Ton = thôøi gian diot daãn Toff = thôøi gian diot nghòch 25
TF = thôøi gian chuyeån maïch höôùng thuaän TR = thôøi gian chuyeån maïch höôùng nghòch Ví duï 2.8 Treân maïch ñieän trình baøy trong hình 2.8 , Vs = 400 V ; f = 10 kHz ; d = 50% vaø ID = 30A. Neái diot coù caùc ñaëc tính sau, tìm toång coâng suaát toån hao trong diot VF = 1,1 V IR = 0,3 mA TF = 1 µ s TR = 0,1 µ s Giaûi ñaùp : T = 1 / f = 0,1 ms T = ton + tF + Toff + tR  T − t F − t R   100 − 1 − 0,1  Ton = toff =   µ s = 49, 45µ s =    2 2  49, 45*10−6  Pon = 1,1 * 30 *  = 16, 32W −3   0,1*10   49, 45*10−6  = 400*0,3* 10-3 *  Poff = 0, 06W −3   0,1*10  1 1,1*10−6  Psw = 2  * 400 *30*  = 44W 0,1*10−3  6 PT = 16,32 + 0,06 + 44 = 60,38 W Ví duï 2.9 Laëp laïi ví duï 2.8 vôùi f = 100 kHz Giaûi ñaùp : T = 1 / f = 10 µ s 10 − 1,1 Ton = toff = µ s = 4,95 µ s 2 4, 95*10 −6 Pon = 1,1 * 30 * = 16,32 W 10*10 −6 4, 95*10 −6 Poff = 400 * 0,3 * 10-3 * = 0,06 W 10*10 −6 1 1,1*10 −6  Psw = 2  * 400*30 * = 440 W 10*10 −6  6  PT = 16,32 + 0,06 + 440 = 456,40 W Toång toån hao coâng suaát gaàn gaáp taùm laàn trong ví duï 2.8 26
2.8 Caùc ñaùnh giaù chuû yeáu cho diot 2.8.1 Ñieän aùp ngöôïc ñænh (PIV) Ñieän aùp ngöôïc ñænh cuûa diot laø ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi coù theå qua diot maø khoâng ñaùnh thuûng. Neáu vöôït quaù PIV, diot trôû thaønh daãn ñieän nghòch höôùng vaø coù theå laø maát hieäu löïc töùc thôøi. Caùc daûi PIV daøn roäng töø 10 vol ñeán vaøi ngaøn vol, tuøy theo caáu truùc. Daûi PIV coøn ñöôïc goïi laø ñieän aùp ngöôïc ñænh ( PRV) hay ñieän aùp ñaùnh thuûng (BRV) 2.8.2 Doøng ñieän thuaän trung bình cöïc ñaïi ( If(avg)max ) Doøng ñieän thuaän trung bình cöïc ñaïi laø doøng cöïc ñaïi diot coù theå sôø tay an toaøn khi höôùng thuaän. Caùc diot coâng suaát hieän nay coù khaû naêng daûi töø vaøi ampe ñeán vaøi traêm ampe. Neáu moät diot ñöôïc söû duïng kinh teá khi noù laøm vieäc gaàn vôùi daûi doøng ñieän thuaän cöïc ñaïi 2.8.3 Thôøi gian khoâi phuïc nghòch ( trr ) Thôøi gian khoâi phuïc nghòch cuûa diot coù yù nghóa lôùn trong söû duïng chuyeån maïch toác ñoä cao. Moät diot thöïc khoâng chuyeån maïch ngay laäp töùc töø traïng thaùi daãn ñeán traïng thaùi klhoâng daãn. Thay vì moät doøng ñieän ngòch chaûy moät thôøi gian ngaén, vaø diot khoâng vaën ñoùng cho ñeán khi doøng ñieän nghòch suy giaûm ñeán 0, nhö trong hình 2.10. Diot luùc ban ñaàu daãn moät doøng IF ; khi diot höôùng nghòch, doøng ñieän naøy giaûm vaø doøng nghòch chaûy. Thôøi gian doøng nghòch chaûy ñöôïc goïi laø thôøi gian khoâi phuïc nghòch. Trong thôøi gian naøy, tích ñieän döï tröõ trong choã noái khi daãn ñieän thuaän giôùi haïn chuyeån tieáp. Hình 2.10 Ñaëc tính khoâi phuïc ngòch 27
Caùc diot ñöôïc phaân loaïi nhö kieåu khoâi phuïc nhanh, khoâi phuïc chaäm döïa treân thôøi gian khoâi phuïc nghòch cuûa chuùng. Daûi thôøi gian khoâi phuïc töø vaøi micro giaây trong diot noái PN deán vaøi traêm nanoâ giaây trong diot khoâi phuïc nhanh kieåi diot schottky. Diot noái PN thöôøng vöøa ñuû cho chænh löu 60 Hz AC. Caùc diot khoâi phuïc nhanh vôùi trr thaáp ñöôïc duøng trong öùng duïng taàn soá cao nhö maïch ñoåi ñieän (inverter), maïch baêm, cung caáp coâng suaát lieân tuïc ( UPS) 2.8.4 Nhieät ñoä noái cöïc ñaïi ( Tj(max) ) Thoâng soá naøy chæ roõ nhieät ñoä noái cöïc ñaïi maø moät diot coù theå chòu ñöôïc maø khoâng hoûng. Daûi nhieät ñoä cuûa diot silic ñieån hình töø – 400C ñeán + 2000C. Söï hoaït ñoäng ôû nhieät ñoä thaáp keát quûa chung thöïc hieän toát hôn. Caùc diot thöôøng saép ñaët nhieät ñoä thaáp ñeå caûi thieän daûi nhieät ñoä cuûa chuùng 2.8.5 Doøng ñieän traøn cöïc ñaïi ( IFSM ) Daûi doøng ñieän traøn cöïc ñaïi laø doøng ñieän cöïc ñaïi maø diot coù theå duøng nhö moät nhaát thôøi khoâng thöôøng xuyeân hay töø moät maïch ñieän roø. 2.9 Baûøo veä diot Moät diot coâng suaát phaûi ñöôïc baûo veä choáng ñieän aùp sieâu taûi, doøng ñieän sieâu taûi vaø ñoaûn maïch ( transient = ñoät bieán ñieän ) 2.9.1 Ñieän aùp quùa taûi Khi moät diot höôùng thuaän, ñieän aùp qua noù thaáp . Moät diot höôùng nghòch laøm vieäc nhö moät maïch môû. Neáu ñieän aùp qua diot vöôït quaù ñieän aùp sieâu taûi, noù bò ñaùnh thuûng, keát quûa coù doøng ñieän lôùn chaûy. Vôùi doøng ñieän cao vaø ñieän aùp lôùn naøy qua diot, xaûy ra coâng suaât tieâu thuï taïi choã noái seõ vöôït quaù giaù trò cöïc ñaïi cuûa noù, phaù huûy diot. Thöôøng trong thöïc teá choïn diot coù ñieän aùp ngöôïc ñænh cao hôn 1,2 laàn ñieän aùp mong ñôïi trong ñieàu kieän laøm vieäc bình thöôøng. 2.9.2 Doøng ñieän quùa taûi Nhöng trang döõ lieäu cuûa nhaø saûn xuaát cung caáp daûi doøng ñieän döïa treân nhieät ñoä choã noái cöïc ñaïi saûn sinh bôûi toån hao coâng suaát daãn ñieän trong diot. Trong maïch ñieän ñaõ cho yeâu caàu doøng diot giöõ döôùi giaù trò daûi naøy. Doøng quùa taûi baûo veä laø hoaøn thieän khi duøng moät caàu chì ñeå baûo ñaûm doøng diot khoâng vöôït quùa möùc maø seõ taêng nhieät ñoä laøm vieäc vöôït qua giaù trò cöïc ñaïi. 28
2.9.3 Ñoät bieán ñieän Ñoät bieán ñieän coù theå laø chì ñeå caùc ñieän aùp cao hôn bình thöôøng qua moät diot. Baûo veä choáng laïi ñoät bieán ñieän thöôøng töø moät maïch ñieän RC noái tieáp maéc ngang diot. Söï saép xeáp naøy trình baøy trong hình 2.11, taêng hay giaûm tyû leä thay ñoåi ñieän aùp vaø thöôøng ñöôïc goïi laø maïch ñieän giaûm xoùc Hình 2.11 Maïch ñieän giaûm xoùc 2.10. Kieåm tra moät diot Moät caùi ño oâm ( ohmmeter) coù theå duøng ñeå kieåm tra caùc diot coâng suaát moät caùch deã daøng vaø an toaøn. Caùc maïch ñieän diot chuyeån maïch töông ñöông trình baøy trong hình 2.4 coù theå duøng ñeå kieåm tra caùc diot. Noái ñoàng hoà ñieän sao cho thuaän chieàu vôùi diot; ñieàu naøy seõ cho moät soá ghi ( treân ñoàng hoà ñieän ) moät ñieän trôû thaáp. Soá ghi thöïc teá tuyø thuoäc vaøo doøng ñieän chaûy qua diot töø cöïc pin cuûa ñoàng hoà ñieän. Ngöôïc laïi seõ cho soá ghi ñieän trôû cao hôn nhieàu hay soá ghi khoâng xaùc ñònh. Moät soá ghi ñieän trôû cao cho caû hai höôùng chæ ra moät diot môû, trong khi moät soá ghi ñieän trôû raát thaáp cho caû hai höôùng chæ ra moät diot ñaõ ngaén maïch. 2.11. Hoaït ñoäng noái tieáp vaø song song cuûa caùc ñiot : Coâng suaát cöïc ñaïi coù theå ñöôïc ñieàu khieån bôûi moät diot ñôn ñöôïc xaùc ñònh bôûi daûi ñieän aùp nghòch vaø bôûi daûi doøng ñieän thuaän cuûa noù. Trong caùc öùng duïng coâng suaát cao, moät diot ñôn coù theå khoâng ñuû tieàm naêng chöùa coâng suaát. Ñeå taêng tieàm naêng coâng suaát, caùc diot ñöôïc maéc noái tieáp ñeå taêng daûi ñieän aùp hay maéc song song ñeå taêng daûi doøng ñieän. Moät söï saép xeáp noái tieáp hay song song caùc diot ñöôïc duøng cho caùc öùng duïng ñieän aùp cao vaø doøng ñieän cao. 29
2.11.1 Caùc diot maéc noái tieáp Trong caùc öùng duïng ñieän aùp raát cao, daûi ñieän aùp ngöôïc cuûa moät diot ñôn coù theå chöa ñaày ñuû. Maéc noái tieáp hai hay nhieàu diot ( xem hình 2.12 ) duøng khi taêng daûi ñieän aùp. Tuy nhieân, ñieän aùp ngöôïc khoâng theå chia ñeàu giöõa hai diot : diot vôùi doøng doø thaáp coù theå coù ñieän aùp ngöôïc quaù möùc qua noù. Neáu chuùng ta duøng caùc diot côõ soá gioáng nhau, Ñaëc tính aùp – doøng V-I cuûa chuùng coù theå khoâng ñuùng nhö minh hoïa trong hình 2.13. Daûi doøng ñieän cuûa caùc diot maéc noái tieáp gioáng nhö daûi doøng ñieän cuûa moät trong caùc diot ñoù. Trong höôùng nghòch, caû hai diot noái tieáp coù doøng roø ræ ngöôïc nhö nhau, nhöng nhö trình baøy, chuùng coù caùc giaù trò ñieän aùp ngöôïc khaùc nhau. Trong tröôøng hôïp nhö theá diot D1 coù theå vöôït quùa daûi ñieän aùp ngöôïc cuûa noù. Hình 2.12 Maéc noái tieáp caùc diot Hình 2.13 Ñaëc tính aùp – doøng V-I cuûa hai diot Söùc ñieän ñoäng phaân boå coù theå ñaït ñöôïc bôûi noái caùc ñieän trôû phaân boå ñieän aùp giaù trò phuø hôïp qua moãi diot maéc noái tieáp. Hình 2.14 trình baøy taùc duïng cuûa vò trí caùc ñieän trôû ngang qua diot. Ñeå coù hieäu quûa, ñieän trôû phaûi daãn moät doøng lôùn hôn doøng ñieän roø cuûa caùc diot. Caùc ñieän trôû phaân boå naøy seõ tieâu thuï coâng suaát trong hoaït ñoäng höôùng nghòch nhö vaäy quan troïng laø duøng ñieän trôû caøng lôùn caøng toát. 30
Theâm vaøo ñoù, coù theå vöôït quùa ñieän aùp ngöôïc qua diot vôùi caùc thôøi gian khoâi phuïc ngöôïc khaùc nhau . Moät töï ñieän noái song song vôùi moãi diot ( xem hình 2.15 ) seõ baûo veä diot khoûi ñoät bieán ñieän aùp Giaù trò cuûa ñieän trôû phaân chia ñieän aùp coù theå ñaït ñöôïc nhö sau : Doøng ñieän nguoàn laø V V I s = D1 + I D1 = D 2 + I D 2 R R Giaûi phaùp cho R V −V 2-7 R = D1 D 2 I D 2 − I D1 Coâng suaát tieâu thuï trong R laø 2.8 2 2 PR = I R1 * R + I R 2 * R Hình 2.14 Maéc noái tieáp caùc diot vaø theâm caùc ñieän trôû Hình 2.15 Maéc noái tieáp caùc diot vaø theâm ñieän trôû vôùi tuï ñieän 31
Ví duï 2.10 Hai diot vôùi daûi ñieän aùp 800 V vaø doøng roø ræ ngöôïc 1 mA maéc noái tieáp qua nguoàn AC giaù trò ñænh laø 980V. Ñaëc tính ngöôïc laø trình baøy trong hình 2.13. Xaùc ñònh a) Ñieän aùp ngöôïc qua moãi diot b) Giaù trò cuûa ñieän trôû phaân chia ñieän aùp, sao cho ñieän aùp qua diot baát kyø khoâng lôùn hôn 55% cuûa Vs (max) c) Toång doøng ñieän nguoàn vaø toån hao coâng suaát trong caùc ñieän trôû Giaûi ñaùp : a) Khi khoâng coù naêng löôïng phaân chia, doøng ñieän qua caùc diot laø doøng roø 1 mA, töø hình 2.13 VD1 = 700V VD2 = 280V b) Taùc ñoäng phaân chia ñieän aùp VD1 = 55% * 980 = 539V VD2 = 900 – 495 = 441V Chuùng ta ñaït ñöôïc töø sô ñoà ID1 = 0,7 mA ID2 = 1,4 mA Duøng coâng thöùc 2.7 V −V R = D1 D 2 = 140Ω I D 2 − I D1 c) Doøng ñieän qua R laø IR1 = 539 / 140 K = 3,85 mA IR2 = 441 / 140 K = 3,15 mA Doøng ñieän nguoàn = 0,00385 + 0,0007 = 4,55 mA Hay doøng nguoàn = 0,00315 + 0,0014 = 4,55 mA Coâng suaát tieâu thuï trong R laø 2 2 PR = I R1 * R + I R 2 * R = 2,1 + 0, 44 = 2,54W 2.11.2 Noái song song caùc diot Neáu doøng ñieän taûi lôùn hôn daûi doøng ñieän cuûa moät diot ñôn, khi ñoù coù theå maéc song song hai hay nhieàu diot ñeå thöïc hieän moät daûi doøng ñieän thuaän cao hôn. Caùc diot maéc noái song song khoâng phaân chia doøng ñieän baèng nhau vôùi caùc ñaëc tính höôùng thuaän khaùc nhau. Diot vôùi ñieän aùp thuaän thaáp nhaát se mang doøng lôùn hôn vaø coù theå quùa nhieät. Hình 2.17 trình baøy caùc ñaëc tính V-I traïng thaùi môû cuûa hia diot. Neáu coù hai diot maéc song song ôû moät ñieän aùp, doøng chaûy khaùc nhau trong moãi diot. Doøng ñieän toång laø toång cuûa ID1 vaø ID2 . Daûi doøng ñieän toång cuûa moät caëp khoâng laø toång cuûa daûi doøng ñieän cöïc ñaïi cho moãi caùi nhöng l2 giaù trò lôùn hôn daûi doøng cuûa moät diot. 32
Hình 2.16 Maéc song song caùc diot Hình 2.17 Caùc ñaëc tính aùp – doøng V-I cuûa hai diot Caùc diot song song coù taùc duïng phaân chia doøng ñieän bôûi noái moät ñieän trôû raát nhoû vôùi moãi diot. Trong hình 2.18, ñieän trôû phaân chia doøng ñieän R hình thaønh giaù trò cuûa ID1 vaø ID2 laø gaàn baèng nhau. Maëc duø doøng phaân chia laø raát hieäu quûa, toån hao coâng suaát trong caùc ñieän trôû laø raát cao. Hôn nöõa, noù laø nguyeân nhaân taêng ñieän aùp qua toå hôïp. Tröø phi duøng maéc noái song song laø hoaøn toaøn caàn thieát, toát hôn duøng moät duïng cuï vôùi daûi doøng ñieän töông xöùng 33
Hình 2.18 Maéc song song caùc diot vaø theâm caùc ñieän trôû Giaù trò cuûa ñieän trôû phaân chia doøng ñieän ñöôïc tính nhö sau V = VD1 + ID1 * R = VD2 + ID2 * R Giaûi phaùp cho R V −V 2.9 R = D 2 D1 I D1 − I D 2 Coâng suaát tieâu thuï trong R laø 2.10 2 2 PR = I D1 * R + I D 2 * R Ñieän aùp qua toå hôïp diot laø 2.11 V = VD1 + I D1 * R = VD 2 + I D 2 * R Ví duï 2.11 Hai diot coù ñaëc tính trình baøy trong hình 2.17 ñöôïc maéc noái song song. Toång doøng ñieän qua caùc diot laø 50A. Ñeå laøm cho coù hieäu löïc doøng phaân chia, hai ñieän trôû ñöôïc maéc noái tieáp. Xaùc ñònh: a) ñieän trôû cuûa caùi ñieän trôû phaân chia doøng, sao cho doøng qua moãi diot baát kyø khoâng lôùn hôn 55% cuûa I b) Toång toån hao coâng suaát trong caùc ñieän trôû c) Ñieän aùp qua toå hôïp diot (V) Giaûi ñaùp : a) Vôùi doøng phaân chia taùc duïng ID1 = 55% * 50 = 27,5 A ID2 = 50 - 27,5 = 22,5 A Chuùng ta ñaït ñöôïc töø coâng thöùc 2.17 VD1 = 1,3 V VD2 = 1,6 V 34
V = VD1 + ID1 * R = VD2 + ID2 * R = 1,3 + 27,5 * R = 1,6 + 22,5 * R Giaùi phaùp cho R R = 0,06 Ω b) Coâng suaát tieâu thuï trong R laø PR = I D1 * R + I D 2 * R = 27,52 * 0, 06 + 22, 52 *0, 06 = 75,8W 2 2 c) Ñieän aùp qua toå hôïp diot laø V = VD1 + I D1 * R = VD 2 + I D 2 * R = 1,3 + 27,5 * 0,06 = 1,6 + 22,5 * 0,06 = 2,95 V 2.12 Baøi taäp thaûo luaän 2.1. Kieåu vaät lieäu baùn daãn gì ñöôïc duøng trong caùc diot coâng suaát ? 2.2. Caùc öu ñieåm chính cuûa caùc diot silic laø gì ? 2.3. Moät diot daãn höôùng thuaän laø gì ? 2.4. Moät diot daãn höôùng nghòch laø gì ? 2.5. Höôùng thuaän cuûa dieän aùp qua moät diot lyù töôûng laø gì ? 2.6.Veõ maïch ñieän chuyeån maïch töông ñöông cuûa moät diot höôùng thuaän 2.7. Veõ maïch ñieän chuyeån maïch töông ñöông cuûa moät diot höôùng nghòch 2.8. Xaùc ñònh daûi PIV cuûa moät diot 2.9. Laøm theá naøo ñeå duøng moät ñieän keá kieåm tra moät diot ? 2.10. Cho maïch ñieän trong hình 2.19, tìm ID. Ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi qua diot laø gì ? Hình 2.19 Xem baøi taäp 2.10 35
2.11. Cho maïch ñieän trong hình 2.20, tìm I1 , I2 , ID vaø VD Hình 2.20 xem baøi taäp 2.11 2.12 Cho maïch ñieän trong hình 2.21 tìm I ; ID vaø ID2 Hình 2.21 Xem baøi taäp 2.12 2.13. Cho maïch ñieän trong hình 2.22 , veõ daïng soùng cho I Hình 2.22 Xem baøi taäp 2.13 2.14. Cho maïch ñieän trong hình 2.23, tìm a) doøng thuaän cöïc ñaïi maø diot neân duøng b) ñieän aùp ngöôïc cöïc ñaïi maø diot chòu ñöôïc Hình 2.23 Xem baøi taäp 2.14 36
2.15 Töø caùc trang döõ lieäu cuûa nhaø cheá taïo khaùc nhau, tìm ñöôïc caùc daûi sau ñaây cho moät vaøi diot coâng suaát ñöôïc cheá taïo hieän nay : a) Ñieän aùp ngöôïc ñænh b) Doøng ñieän thuaän cöïc ñaïi c) Nhieät ñoä choã noái laøm vieäc cöïc ñaïi d) Ñieän aùp traïng thaùi môû cöïc ñaïi taïi daûi doøng ñieän e) Doøng roø ræ ngöôïc cöïc ñaïi f) Taàn soá chuyeån maïch cöïc ñaïi g) Thôøi gian môû h) Thôøi gian ñoùng 2.16. Vieát moät chöông trình vi tính ñeå phaùp hoïa ñaëc tính V-I cuûa moät diot 2.13 Caùc coâng thöùc PT = Pon + Poff + Psw 2.1 t Pon = Vf * If * on 2.2 T t Poff = VR * IR * off 2.3 T Psw = Psw(on) + Psw(off) 2.4 1 Psw(off) = VF(max) * IF(max) * tR * f 2.6 6 1 Psw(on) = VF(max) * IF(max) * tf * f 2.5 6 V −V 2-7 R = D1 D 2 I D 2 − I D1 2.8 2 2 PR = I R1 * R + I R 2 * R V −V 2.9 R = D 2 D1 I D1 − I D 2 2.10 2 2 PR = I D1 * R + I D 2 * R 2.11 V = VD1 + I D1 * R = VD 2 + I D 2 * R 37