Tiểu luận điện tử công suấtchương 2 linh kiện bán dẫn công suất

BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG THƯƠNG TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  -o0o TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT CHƯƠNG LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 BỘ CƠNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG THƯƠNG TP.HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ  -o0o CHƯƠNG 2:  LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT Người thực hiện: Họ tên: Nguyễn Huy Cường Giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Minh Thanh MSSV: 2032210408 Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2023 Điện tử công suất MỤC LỤC CHƯƠNG I: Diode I.1 Cấu tạo: I.2 Kí hiệu: I.3 Đặc tính V -A .2 I.4 Nguyên lý hoạt động: I.5 Đo kiểm tra: I.6 Ứng dụng: .4 CHƯƠNG II: Transistor(BJT) II.1 - Cấu tạo: II.2 Kí hiệu: II.3 Nguyên lý hoạt động: II.4 Đo kiểm tra : II.5 Ứng dụng : CHƯƠNG III: Thyristor (SCR) III.1 Cấu tạo : III.2 Kí hiệu hình dạng: III.3 Nguyên lý hoạt động: Điện tử công suất III.4 - Đo kiểm tra : 10 III.5 - Ứng dụng : 10 CHƯƠNG IV: IGBT 11 IV.1 Cấu tạo: 11 IV.2 Kí hiệu: 12 IV.3 Nguyên lý hoạt động: 12 IV.4 Đo kiểm tra: 13 IV.5 Ứng dụng: .15 CHƯƠNG V: FET,MOSFET .16 V.1 - Cấu tạo: 16 V.2 Kí hiệu: 17 V.3 Nguyên lý hoạt động: 18 V.4 - Đo kiểm tra : 19 CHƯƠNG VI: Triac .20 VI.1 - Cấu tạo: 20 VI.2 Kí hiệu: 21 VI.3 Nguyên lý hoạt động: 21 VI.4 Đo kiểm tra: 21 VI.5 Ứng dụng: .22 Điện tử cơng suất MỤC LỤC HÌNH Hình I.1 Cấu tạo diode Hình I.2 Kí hiệu diode Hình I.3 Đặc tính V – A diode Hình I.4 Nguyên lý hoạt động diode Hình I.5 Đo kiểm tra diode .8 Hình II.1 Cấu tạo kí hiệu transistor .9 Hình II.2 Nguyên lý hoạt động BJT 10 Hình II.3 Đo kiểm tra chân transistor .11 Hình III.1 Cấu tạo , ký hiệu, sơ đồ tương đương đặt tính V -A SCR 13 Hình III.2 Nguyên lý hoạt động SCR 13 Hình III.3 Đo kiểm tra SCR .14 Hình IV.1 Kí hiệu IGBT 16 Hình IV.2 Mạch tương đương IGBT 16 Hình IV.3 Đo kiểm tra IGBT .17 Hình IV.4 Bộ nguồn liên tục UPS IGBT .19 Hình IV.5 Máy hàn IGBT .19 Hình V.1 Cấu tạo MOSFET .20 Hình V.2 Kí hiệu MOSFET .21 Hình V.3 Nguyên lý hoạt động MOSFET 22 Điện tử cơng suất Hình V.4 Đo kiểm tra MOSFET 23 Hình VII.1 Cấu tạo triac 24 Hình VII.2 Kí hiệu triac 25 Hình VII.3 Mạch tương đương Triac .25 Hình VII.4 Đo kiểm tra Triac .26 Điện tử công suất CHƯƠNG I: DIODE I.1 Cấu tạo: Hnh I.1 Cấu tạo diode Chất liệu cấu tạo diode chất Silic, Photpho cuối Bori nguyên tố pha tạp với tạo thành hai lớp bán dẫn P  N Chúng tiếp xúc với bề mặt tiếp xúc Các điện tử dư thừa N khuếch tán sang vùng P (lấp chỗ trống vùng P), từ tạo thành lớp lon trung hòa điện Tạo miền cách điện hai chất bán dẫn    I.2 Kí hiệu: Hnh I.2 Kí hiệu diode I.3 Đặc tính V -A  U= VA – VK > 0; ( VA > VK  ); diode phân cực thuận ; I  0 ( dòng điện thuận ); > Uto ( 0,6V – 0,7V)  U= VA – VK Thyristor khơng cấp điện ngừng trang thái hoạt động 12 Điện tử công suất  + Khi Thyristor ngừng dẫn, ta đóng K2 đèn khơng sáng trường hợp ban đầu * Kết luận:Bình thường phân cực thuận, Thyristor chưa dẫn điện, có điện áp kích vào chân G Thyristor dẫn điện áp đảo chiều cắt điện áp nguồn Thyristor ngừng dẫn III.4 - Đo kiểm tra : Bước 1: Chuyển đồng hồ thang đo điện trở x1k đo qua lại cặp chân cho kết R AK = R KA = ∞, R AG = R GA = ∞  Bước 2: Sử dụng VOM để thang điện trở x1k qua lại cặp chân GK KG cho kết quả:  Que đen “+” đặt chân G, que đỏ “- ” đặt chân K kết quả: R GK = vài chục ohm  Que đỏ “- ” đặt chân G, que đen “+” đặt chân K kết quả: R KG = vài trăm ohm Bước 3: Quan sát kết đo: Kết cho điện trở nhỏ que đen “+” đặt ở  vị trí chân Chân G, chân lại chân K     Hnh III.11 Đo kiểm tra SCR  III.5 - Ứng dụng :      Chỉnh lưu có điều khiển pha, pha, pha (AC-DC)  Nghịch lưu có điều khiển pha, pha, pha Bộ biến tần (bộ biến đổi tần số) Bộ driver điều khiển xe điện Tắt mở thiết bị dùng SCR 13 Điện tử công suất CHƯƠNG IV: IGBT IV.1 Cấu tạo: Về cấu trúc bán dẫn, IGBT gần giống với MOSFET, điểm khác có thêm lớp nối với Collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p Emiter (tương tự với cực gốc) với Collector (tương tự cực máng), mà khơng n-n MOSFET Vì coi IGBT tương đương với Transistor p-n-p với dòng base điều khiển MOSFET Dưới tác dụng áp điều khiển Uge>0, kênh dẫn với hạt mang điện điện tử hình thành, giống với cấu trúc MOSFET.Các điện tử di chuyển phía Collector vượt qua lớp tiếp giáp n-p cấu trúc base, Collector Transistor thường, tạo nên dịng Collector 14 Điện tử cơng suất IV.2 Kí hiệu: Hnh IV.12 Kí hiệu IGBT IV.3 Nguyên lý hoạt động: Hnh IV.13 Mạch tương đương IGBT Ban đầu, coi khơng có điện áp đặt vào chân G , giai đoạn IGBT trạng thái không dẫn điện Bây tăng điện áp đặt vào chân G, hiệu ứng điện dung lớp SiO2, ion âm tích lũy phía lớp ion dương tích lũy phía lớp SiO2 Điều gây chèn hạt mang điện tích âm vùng p, điện áp đặt vào V G càng cao chèn hạt mang điện tích âm lớn Điều dẫn đến hình thành kênh 15 Điện tử cơng suất điểm nối J2 cho phép dòng điện từ cực C tới cực E Tóm lại ngun lý hoạt động IGBT sau: Khi có điện áp U GE > 0, kênh dẫn hình thành hạt mang điện (tương tự MOSFET) Các hạt mang điện di chuyển từ cực E cực C vượt qua lớp tiếp giáp N-P để tạo thành dòng Colector (I CE) IV.4 Đo kiểm tra: Hnh IV.14 Đo kiểm tra IGBT Bước 1: Xả điện áp chân G - C- E Xả điện áp chân để IGBT khơng cịn điện áp kích chân G  Que đo màu đen kết nối với chân C E  Que đo màu đỏ kết nối với chân G Bước 2: Đo kiểm chân C E (có chiều kim lên)  Que đen chạm vào chân C, que đo chạm vào chân E IGBT Lúc kim đồng hồ vạn không lên  Que đen chạm vào chân E, que đỏ chạm vào chân C Khi đó, kim thị đồng hồ vạn di chuyển lên (Thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm IGBT tốt) 16 Điện tử công suất Bước 3: Thực kích chân G IGBT   Que đo màu đen chạm vào chân G Que đo màu đỏ chạm vào chân C chân E Bước 4: Tiến hành kiểm tra sau kích chân G Kiểm tra xem kích xong chân C E nào:  Que màu đen kết nối với chân C, que màu đỏ kết nối với chân E => Đồng hồ vạn lên kim (Thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm tức cặp chân C - E IGBT tốt hay IGBT kích cịn điều khiển tín hiệu kích tốt)  Que màu đen kết nối với chân E, que màu đỏ kết nối với chân C => Kim đồng hồ vạn di chuyển lên (Thang kim lên gần sát vạch tối đa, nằm tức cặp chân E – C IGBT tốt hay cặp chân thể hình Diode IGBT tốt) Bước 5: Kiểm tra chân lại G – C Đo chân G - C IGBT xem có bị rị hay bị thủng khơng cách:   Đặt que đen vào chân G, que đỏ vào chân C => Kim không lên Đặt que đen vào chân C, que đỏ vào chân G => Kim không lên Bước 6: Đo bổ sung kiểm tra lớp bán dẫn cực Sau hoàn thành bước kiểm tra IGBT đồng hồ kim thấy linh kiện thỏa mãn tất phép đo, bước tiếp theo, tiến hành đo lớp tiếp dẫn IGBT: Cấu trúc bán dẫn IGBT giống với MOSFET, khác có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p emitter (tương tự cực gốc) với collector  (tương tự với cực máng), mà n-n MOSFET Vậy nên, xem IGBT tương đương với transistor p-n-p với dòng base điều khiển  bởi MOSFET 17 Điện tử công suất IV.5 Ứng dụng:  Được sử dụng trình điều khiển động xoay chiều chiều Sử dụng hệ thống cung cấp điện khơng kiểm sốt (UPS) Hnh IV.15 Bộ nguồn liên tục UPS IGBT   Sử dụng để kết hợp đặc tích gate-drive đơn giản MOSFET với điện áp cao bão hòa thấp transistor lưỡng cực Sử dụng nguồn cấp điện có chế độ chuyển mạch (SMPS)  Sử dụng điều khiển động kéo gia nhiệt cảm ứng  Công nghệ IGBT so sánh gần giống với Transistor chức IGBT bếp từ khả đóng cắt siêu nhanh Trong ngành điện cơng nghiệp cơng nghệ IGBTđược ứng dụng máy hàn điện tử, máy cát  plasma, máy khí, đóng vai trò biến tần hiệu Hnh IV.16 Máy hàn IGBT  IGBT ứng dụng việc lắp đặt, vận hành máy nung cao tần Có IGBT giúp cho máy nung hoạt động ổn định với khả chuyển mạch điện nhanh, đảm bảo trình vận hành ln tiện lợi, nhanh chóng Từ đó, nâng cao suất lao động tiết kiệm tối đa chi phí cho người dùng 18 Điện tử cơng suất CHƯƠNG V: FET,MOSFET V.1 - Cấu tạo: Hnh V.17 Cấu tạo MOSFET       Cấu tạo Mosfet ngược Kênh N G (Gate): cực cổng G cực điều khiển cách lý hoàn tồn với cấu trúc  bán dẫn cịn lại lớp điện mơi cực mỏng có độ cách điện cực lớn dioxitsilic S (Source): cực nguồn D (Drain): cực máng đón hạt mang điện Mosfet có điện trở cực G với cực S cực G với cực D vơ lớn, cịn điện trở cực D cực S phụ thuộc vào điện áp chênh lệch cực G cực S (UGS) Khi điện áp UGS = điện trở RDS lớn, điện áp UGS > hiệu ứng từ trường làm cho điện trở RDS giảm, điện áp UGS lớn điện trở RDS nhỏ 19 Điện tử cơng suất V.2 Kí hiệu: Hnh V.18 Kí hiệu MOSFET Qua ta thấy Mosfet có chân tương đương với Transistor: Chân G tương đương với B Chân D tương đương với chân C Chân S tương đương với E V.3 Nguyên lý hoạt động: Hnh V.19 Nguyên lý hoạt động MOSFET Mosfet hoạt động chế độ đóng mở Do phần tử với hạt mang điện nên Mosfet đóng cắt với tần số cao Nhưng mà để đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn vấn đề điều khiển lại vấn đề quan trọng 20 Điện tử công suất Mạch điện tương đương Mosfet Nhìn vào ta thấy chế đóng cắt phụ thuộc vào tụ điện ký sinh   Đối với kênh P : Điện áp điều khiển mở Mosfet Ugs0 Dòng điện từ S đến D Đối với kênh N : Điện áp điều khiển mở Mosfet Ugs >0 Điện áp điều khiển đóng Ugs