Bài giảng kỹ thuật điện điện tử Chương 6

CHƯƠNG CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN 6.1 KHÁI NIỆM VỀ CHẤT BÁN DẪN: Bán dẫn: chất mà nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện chất dẫn điện chất cách điện Hiện nay, bán dẫn thường dùng Silic, Silic tinh khiết có cấu trúc tinh thể bền vững Ở nhiệt độ thấp, điện tích tự Vì thế, Silic tinh khiết hoạt động chất cách điện Hỗn hợp Silic với nguyên tố khác có ảnh hưởng lớn đến độ dẫn điện Silic Một hỗn hợp Silic chứa thừa điện tích tự điện tích trở thành hạt dẫn điện, hỗn hợp nầy tạo thành chất bán dẫn loại N Một số hỗn hợp Silic thiếu điện tử- chúng có lỗ hổng Các lỗ hổng tạo thành thành phần dẫn điện chủ yếu Hỗn hợp loại tạo thành bán dẫn loại P với độ dẫn điện loại P Lớp tiếp xúc PN: vùng bán dẫn mà vùng dẫn điện loại P chuyển thành loại N Đặc tính V-A: biểu diễn quan hệ dòng điện qua hai cực linh kiện điện áp đặt cực Các giá trò điện áp dòng điện hiểu giá trò áp dòng chiều không đổi 6.2 PHÂN LOẠI LINH KIỆN BÁN DẪN THEO KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN: Các linh kiện bán dẫn công suất có hai chức bản: đóng ngắt dòng điện qua Trạng thái linh kiện dẫn điện (đóng) trạng thái linh kiện có tác dụng điện trở bé (gần không) Độ lớn dòng điện qua linh kiện phụ thuộc trạng thái mạch điện lúc linh kiện đóng độ sụt áp linh kiện nhỏ không đáng kể (tối đa khoảng vài volt) Trạng thái linh kiện không dẫn điện (ngắt dòng điện) trạng thái linh kiện có tác dụng mạch điện trở lớn Dòng điện qua linh kiện có độ lớn không đáng kể; độ lớn điện áp đặt lên linh kiện phụ thuộc vào trạng thái hoạt động mạch điện bên Do đó, linh kiện bán dẫn hoạt động với hai chế độ làm việc đóng ngắt dòng điện xem lý tưởng trạng thái dẫn điện có độ sụt áp không trạng thái không dẫn điện, dòng điện qua không Các linh kiện bán dẫn chuyển đổi trạng thái làm việc cùa , ví dụ từ trạng thái không dẫn điện (ngắt) sang trạng thái dẫn điện (đóng) ngược lại thông qua tác dụng kích thích tín hiệu lên cổng điều khiển (ngõ vào) linh kiện Ta Trang143 gọi linh kiện có tính điều khiển Tín hiệu điều khiển tồn dạng dòng điện, điện áp, ánh sáng với công suất thường nhỏ nhiều so với công suất nguồn tải Trong trường hợp linh kiện không chứa cổng điều khiển trình chuyển trạng thái làm việc linh kiện xảy tác dụng nguồn công suất ngõ ra, ta gọi linh kiện thuộc loại không điều khiển Ví dụ: diode, diac linh kiện không điều khiển Nếu thông qua cổng điều khiển, tín hiệu tác động đến chức đóng dòng điện mà tác động làm ngắt dòng điện qua nó, ta gọi linh kiện khả kích ngắt Ví dụ thyristor, triac Ngược lại, linh kiện thay đổi trạng thái từ dẫn điện sang ngắt điện ngược lại thông qua tác dụng tín hiệu điều khiển , gọi linh kiện có khả kích ngắt (Self commutated device-tạm dòch linh kiện tự chuyển mạch) Đại diện cho nhóm linh kiện transistor (BJT,MOSFET,IGBT), GTO(Gate-Turn-Off thyristor), IGCT,MCT,MTO Trên đây, ta chưa đề cập đến tác dụng điện áp dòng điện mạch công suất lên trình chuyển đổi trạng thái làm việc linh kiện Tín hiệu điều khiển lên mạnh cổng điều khiển có tác dụng trạng thái điện áp đặt vào hai cực ngõ linh kiện có chiều phân cực độ lớn phù hợp Với nhận xét trên, linh kiện bán dẫn công suất, theo chức đóng ngắt dòng điện theo khả điều khiển chức này, chia làm nhóm chính: - Nhóm một: gồm linh kiện không điều khiển diode, diac; - Nhóm hai: gồm linh kiện điều khiển kích đóng thyristor, triac; - Nhóm ba: gồm linh kiện khiển kích ngắt transistor (BJT,MOSFET,IGBT), GTO Ngoài ra, dạng mạch phức hợp gồm thyristor chuyển mạch có khả đóng dòng điện ngắt dòng điện qua nhờ tác dụng tín hiệu điều khiển lên cổng điều khiển Về khía cạnh điều khiển, mạch phức hợp với linh kiện nhóm ba tạo thành nhóm công tắc tự chuyển mạch 6.3 ĐIÔT CÔNG SUẤT: 6.3.1 Mô Tả Và Chức Năng: Diode cấu tạo thành mối nối PN Lớp p thiếu điện tử chứa phần tử mang điện dạng lỗ hỗng Tương tự, lớp n thừa điện tử Các lớp pn cấu trúc Trang144 diode đạt cách thêm tạp chất vào phiến silic Để tạo trình dẫn điện qua mối nối p-n, hạt mang điện tạo thành tham gia trình dẫn điện, điện áp áp dụng cho lớp p mắc vào cực dương lớp n vào cực âm Lực điện trường làm cho lỗ hổng từ lớp p di chuyển vượt qua mối nối p-n để vào lớp n điện tử di chuyển từ lớp n vào lớp p Trường hợp phân cực ngược lại, lỗ hổng điện tử bò kéo xa khỏi mối nối tạo thành sức điện động bên mối nối Sức điện động tác dụng không cho dòng điện tích qua diode - diode bò ngắt Chiều thuận chiều nghòch: Nếu diode trạng thái dẫn điện chòu tác dụng điện áp thuận uF cho dòng điện thuận iF qua Hình 6.1 6.3.2 Đặc Tính V – A: Đặc tính V-A diode vẽ hình H6.1 gồm hai nhánh: - Nhánh thuận: tương ứng với trạng thái dẫn điện Các thông số quan trọng điện áp u(TO) (turn on) điện trở rF (differential forward resistance) xác đònh điểm tỉnh đặc tính - Nhánh nghòch: tương ứng với trạng thái nghòch, diode không dẫn điện Các thông số quan trọng điện trở rR (differential reverse resistance) xác đònh điểm đặc tính V-A Trang145 điện áp đánh thủng chiều nghòch u(Br) (Breaking) Sau điện áp vượt qua giá trò u(BR) giá trò uR giảm nhiều lần Giá trò dòng sau phụ thuộc chủ yếu vào điện áp điện trở mạch có chứa diode Nếu dòng tăng lớn diode bò hỏng 6.3.3 Các Tính Chất Động: Trong tượng độ diode, trình diode chuyển từ trạng thái dẫn sang trạng thái nghòch có ý nghóa quan trọng Hiện tượng gọi ngắt diode trình chuyển mạch diode Khi dòng thuận qua diode tắt nhanh (chẳng hạn 10A/us), trình ngắt không diễn theo đặc tính V-A Quá trình ngắt dòng nhanh theo dõi hình 6.2 Hình 6.2 Sau đóng khóa S, nhánh chứa diode thông đến điện áp chuyển mạch U : U tác dụng tắt nhanh dòng qua diode Sau dòng điện thuận iF giảm 0, dòng điện qua diode không tắt tiếp tục dẫn theo chiều ngược lại với tốc độ giảm ban đầu Sau thời gian ngắn, khả dẫn điện theo chiều nghòch bò dòng điện giảm đột ngột đến giá trò dòng điện nghòch (nhỏ không đáng kể ) - diode có khả chòu áp nghòch, điện trở nghòch rR khôi phục Trên hình 6.2 thời gian trr (reverse recovering) thời gian phục hồi tính nghòch Dòng irr qua diode thời gian trr dòng chuyển mạch dòng phục hồi Thời gian phục hồi tính nghòch lớn giá trò điện tích chuyển mạch Qr lớn Điện tích Qr diode đònh nghóa sau: Trang146 Độ lớn Qr phụ thuộc vào cấu trúc phiến bán dẫn Si công nghệ sản xuất Ngoài phải kể đến yếu tố khác độ lớn dòng thuận qua diode, tốc độ giảm dòng điện nhiệt độ lớp PN Dòng điện phục hồi giảm nhanh từ giá trò cực đại irrM gây phản điện áp kháng L nối tiếp với diode (không thể hình vẽ) Điện áp kết hợp với áp chuyển mạch gây áp chuyển mạch Độ lớn áp uRM hạn chế lọc RC Mạch RC tác dụng sau phục hồi điện trở nghòch diode làm cho trình tắt dòng qua cảm kháng L diễn chậm Điện trở R tác dụng thành phần tắt dần mạch L, C, U Một hệ quan trọng công suất tổn hao ngắt diode Giá trò công suất tức thời tính tích dòng áp diode Trong thời gian điện áp nghòch tăng lên, dòng chuyển mạch qua diode lớn Giá trò công suất tổn hao tức thời lớn 6.3.4 Khả chòu tải: Điện áp đònh mức: xác đònh điện nghòch cực đại URRM Đó điện áp nghòch lớn lập lại tuần hoàn diode Khi thiết kế mạch bảo vệ chống lại áp nghòch ngẫu nhiên, ta đònh mức theo điện nghòch lập lại uRSM Khi diode làm việc, ta không cho phép xuất áp lớn uRSM Dòng điện đònh mức: diode hoạt động phát sinh tổn hao Tổn hao chủ yếu dòng thuận gây Tổn hao dòng nghòch gây không đáng kể công suất tổn hao trình ngắt có độ lớn đáng kể tần số đóng ngắt lớn khoảng 400Hz Công suất tổn hao tổng không phép làm nóng mạch diode lên nhiệt độ cực đại VjM, không lớp PN bò phá hỏng Vì diode làm mát khả chòu dòng bò giới hạn trò trung bình cực đại dòng thuận iF(AV)M Đối với loại diode điều kiện làm mát, nhà sản xuất thường đưa đặc tính IFAVM = f (Tamb) (Tamb nhiệt độ môi trường) Đối với đặc tính khác này, thông số chọn hình dạng dòng qua diode Giá trò IFAV ứng với nhiệt độ Tamb điều kiện làm mát cho trước ứng với dạng nửa sóng sin dòng (50Hz) gọi dòng đặc trưng diode Khả chòu dòng diode khoảng vài ngàn ampere Trang147 Khả chòu dòng: cho dạng đồ thò dòng IFSM = f(t), ứng với giá trò dòng vượt mức bình thường, đồ thò cho biết khoảng thời gian mà diode có khả chòu mà không bò hỏng Giá trò dòng cho phép gọi dòng thuận cực đại lặp lại IFSM ng với nhiệt độ ban đầu cho trước bán dẫn trò áp nghòch, giá trò IFSM cho biết độ lớn dòng thuận chòu thời gian xác đònh Một thông số khác ảnh hưởng lên khả dòng lượng tiêu hao, xác đònh tích phân theo thời gian hàm IF bình phương Lượng lượng tỉ lệ với lượng mà bán dẫn có khả hấp thụ dạng nhiệt thời gian qui đònh (khoảng 10ms) mà không bò hỏng Từ đặc tính IFSM(t) , ta thiết kế mạch bảo vệ dòng cho diode Ghép nối tiếp song song diode thực khả chòu áp dòng diode không đáp ứng nhu cầu đặt Khi ghép nối tiếp , ta cần đảm bảo tính phân bố điện diode 6.3.4 Các Diode Đặc Biệt: - Schottky diode: độ sụt áp theo chiều thuận thấp (khoảng 0,3V) Do đó, sử dụng cho mạch điện áp thấp Điện áp ngược chòu khoảng 50- 100V - Diode phục hồi nhanh: áp dụng mạch hoạt động tần số cao Khả chòu áp đến vài ngàn volt dòng vài trăm amper, thời gian phục hồi trr khoảng vài µs - Diode tần số công nghiệp: diode tần số công nghiệp chế tạo để đạt độ sụt áp thấp dẫn điện Hệ quả, thời gian trr tăng lên Khả chòu áp chúng khoảng vài kilovolt dòng điện vài kiloamper 6.4 TRANSISTOR CÔNG SUẤT: Hình 6.3 Trang148 Transistor có hai lớp PN, dựa theo cấu tạo lớp ta phân biệt hai loại transistor: transistor PNP transistor NPN Các lớp PN điện cực gọi lớp emitter J1 lớp collector J6 Mỗi lớp phân cực theo chiều thuận chiều nghòch tác dụng điện Sự dòch chuyển dòng collector ic qua lớp bò phân cực nghòch chòu ảnh hưởng lớn dòng kích iB dẫn qua lớp phân cực thuận Hiện tượng tạo thành tính chất sử dụng nhiều transistor gọi tượng điều chế độ dẫn điện lớp bò phân cực nghòch Trong lãnh vực điện tử công suất, transistor BJT sử dụng công tắc (khóa) đóng ngắt mạch điện phần lớn mắc theo dạng mạch có chung emitter Trên điện cực B,E điện áp điều khiển uBE Các điện cực C.E sử dụng làm công tắc đóng mở mạch công suất Điện điều khiển phải tác dụng tạo dòng iB đủ lớn để điện áp cổng CE đạt giá trò zero ( uCE → 0) 6.4.1 Đặc Tính V-A Trong Mạch Có Chung Emitter: Hình 6.4 - Đặc tính ngõ (output characteristic): Hình 6.4a,b biểu diễn quan hệ đại lượng ngõ IC = f(UCE) Thông số biến thiên dòng kích iB Các đặc tính ngõ vẽ cho giá trò khác iB vùng hệ tọa độ Trong vùng tọa độ vẽ đường thẳng biểu diễn đặc tính tải UCE = U - R.IC Giao điểm đường thẳng đặc tính ngõ (ứng với trò thiết lập iB) xác đònh điểm làm việc gồm dòng IC điện uCE Trong vùng chứa đặc tính ngõ ra, ta phân biệt vùng nghòch, vùng bão hòa vùng tích cực - Vùng nghòch: đặc tính với thông số iB = nằm vùng Transistor chế độ ngắt Dòng collector iCO có giá trò nhỏ không đáng kể qua transistor tải Khi uBE < 0, dòng điện kích, transistor trạng thái ngắt độ lớn dòng iCO Trang149 giảm nhỏ Tuy nhiên, khả chòu áp ngược lớp cổng – emitter nhỏ Do đó, cần hạn chế điện áp âm BE để không vượt giá trò cho phép - Vùng bão hòa: nằm đường thẳng giới hạn a giới hạn bão hòa b Đường thẳng giới hạn a xác đònh điện uCE nhỏ đạt ứng với giá trò iC cho trước Giới hạn bão hòa đường thẳng xác đònh ranh giới trạng thái uCB = uCB > Nếu điểm làm việc nằm vùng bão hòa (xem điểm ĐÓNG), transistor đóng, dòng iC dẫn điện uCE đạt giá trò uCESAT nhỏ không đáng kể (khỏang 1-2 V) vậy, thực tăng dòng điện kích IB>IBsat, dòng điện qua collector không thay đổi Điện uCESAT gọi điện bão hòa ta nói transistor trạng thái bão hòa - Vùng tích vực: vùng mà transistor hoạt động chế độ khuếch đại tín hiệu, tương ứng với giá trò làm việc uCE > uCESAT dòng iC>IC0 Mối quan hệ hai đại lượng uCE IC phụ thuộc vào tải dòng iB Khi transistor làm việc công tắc đóng mở (switching), điểm làm việc không nằm vùng 6.4.2 Hệ Số Khuếch Đại Trong Mạch Có Chung Emitter: - Hệ số khuếch đại tónh dòng: đònh nghóa điểm làm việc (IC,IB)UCE=const (khi UCE = số ) tham số hFE: Hệ số ký hiệu β Hệ số hFE xác đònh độ dốc đường thẳng qua góc tọa độ điểm làm việc đặc tính chuyển đổi IC(IB) - Hệ số khuếch đại tónh tới hạn: giá trò hFE điểm làm việc nằm ranh giới bão hòa ký hiệu hFESAT Khi tính toán dòng điện kích đóng transistor, ta dùng hệ số hFESAT xác đònh cho điểm làm việc nằm vùng bão hòa Giả sử vùng bảo hòa, ĐÓNG (hình 6.4a) điểm làm việc với dòng điện qua collector ICS hệ số hFESAT thiết lập tương ứng với điểm B Dòng điện kích đóng transistor xác đònh theo hệ thức: Dòng ICS xác đònh từ phương trình điện áp mạch tải: Trang150 Mạch kích phải tạo dòng IB đủ lớn cho : Trong thực tế, độ lớn dòng kích thiết lập với hệ số an toàn ks Hệ số ks =2 →5 chọn để việc kích đóng an tòan xét đến ảnh hưởng khác làm thay đổi thông số transistor transisor lọai có sai biệt tham số điều kiện chế tạo thực tế Việc đưa hệ số đảm bảo transistor loại đạt trạng thái bão hòa Tổn hao phát sinh transistor dẫn điện: Việc tăng hệ số ks lớn không làm giảm điện áp UCE làm tăng đáng kể điện áp UBE công suất tổn hao mạch cổng Hình 6.5 Hình 6.6 Các transistor công suất lớn có hệ số hFE khoảng 10- 20 Do đó, để giảm bớt dòng kích IB, tức tăng hFE ghép nối tiếp transistor công suất theo cấu hình Darlington (hình H6.6) Bất lợi cấu hình Darlington độ sụt áp UCE chế độ đóng transistor bò tăng lên tần số đóng ngắt bò giảm Các transistor Darlington có thời gian trễ đóng ngắt từ vài trăm ns đến vài µs Hệ số hFEESAT đạt đến giá trò vài trăm Trang151 6.4.4 Các Tính Chất Động Khảo sát tượng độ đóng ngắt transistor có ý nghóa quan trọng Quá trình dòng collector IC kích đóng có dạng xung vuông vẽ hình H1.5 Thời gian đóng ton kéo dài khoảng vài µs Thời gian ngắt toff vượt 10µs Một hệ bất lợi tượng độ việc tạo nên công suất tổn hao đóng ngắt transistor Công suất tổn hao làm giới hạn dãy tần số hoạt động transistor Giá trò tức thời công suất tổn hao trình đóng ngắt tương đối lớn, dòng điện qua transistor lớn điện áp transistor trạng thái cao Để theo dõi cách đơn giản, ta hình dung trình đóng ngắt chuyển đổi điểm làm việc từ vò trí NGAT đến vò trí Đ0NG (hoặc ngược lại) xuyên qua vùng tích cực (hình 6.5) Quá trình kéo dài thời gian ton toff 6.4.5 Khả Năng Chòu Tải : - Đònh mức điện áp: phụ thuộc vào điện áp đánh thủng lớp bán dẫn xác đònh giá trò uCEOM -giá trò điện cực đại đặt lên lớp collector-emitter iB = giá trò cực đại uEBOM - điện lớp emitter-base iC = Các giá trò trò tức thời Ta cần phân biệt chúng trường hợp tải dạng chiều không đổi theo thời gian tải xung, thông thường hai trường hợp điện áp thiết lập giống - Đònh mức dòng điện: giá trò cực đại dòng collector iCM, dòng emitter iEM dòng kích iBM Đó giá trò cực đại tức thời transistor đóng trạng thái bão hòa Khi thiết lập chúng, ta xét đến ảnh hưởng mối tiếp xúc, dây dẫn tới điện cực giá trò hFEsat, uCEsat - Công suất tổn hao: công suất tổn hao tạo nên hoạt động transistor không phép làm nóng bán dẫn vượt giá trò nhiệt độ cho phép TjM (TjM =150 C) Vì thế, cần làm mát transistor toàn công suất tổn hao phải nhỏ PtotM Công suất tổn hao chủ yếu công suất tổn hao collector, PC= UCE.ICE tạo (các thành phần khác Ptot thường bỏ qua ) Giá trò PtotM phụ thuộc vào phương pháp làm mát cho dạng hàm số Ptot = f(Tamb) (Tamb nhiệt độ môi trường ), thông số UCE Công suất tổn hao hình thành transistor dẫn bão hòa, IC = ICM, nhỏ so với giá trò PtotM Công suất tổn hao transistor ngắt thường không đáng kể Trong chế độ xung, tần số đóng ngắt cao vượt giá trò chẳng hạn 2000 Hz công suất tổn hao trung bình đóng ngắt đạt giá trò đáng kể làm cho công suất tổn hao tổng vượt PtotM Trang152 ngắt IGBT thực nhờ phần tử MOSFET đấu nối hai cực transistor npn a) Cấu tạo b) Ký hiệu c) Mạch tương đương Hình 6.24 Việc kích dẫn IGBT thực xung điện áp đưa vào cổng kích G Đặc tính V-A IGBT có dạng tương tự đặc tính V-A MOSFET Khi tác dụng lên cổng G điện dương so với emitter để kích đóng IGBT, hạt mang điện loại n kéo vào kênh p gần cổng G làm giàu điện tích mạch cổng p transistor npn làm cho transistor dẫn điện Điều làm IGBT dẫn điện Việc ngắt IGBT thực cách khóa điện cấp cho cổng kích để ngắt kênh dẫn p Mạch kích IGBT đơn giản Ưu điểm IGBT khả đóng ngắt nhanh, làm sử dụng biến đổi điều chế độ rộng xung tần số cao Mặc khác, với cấu tạo transistor, IGBT có độ sụt áp dẫn điện lớn so với linh kiện thuộc dạng thyristor GTO Tuy nhiên, IGBT chiếm vò trí quan trọng công nghiệp với họat động phạm vi công suất đến 10MW cao Giống MOSFET, linh kiện IGBT có điện trở mạch cổng lớn làm hạn chế công suất tổn hao đóng ngắt Giống BJT, linh kiện IGBT có độ sụt áp dẫn điện thấp (2→3V; 1000V đònh mức) Khả chòu áp khóa cao thấp so với thyristor IGBT làm việc với dòng điện lớn IGBT có khả chòu áp ngược cao So với thyristor, thời gian đáp ứng đóng ngắt IGBT nhanh, khoảng vài µs khả chòu tải đến 4,5kV-6.000A Hiện công nghệ chế tạo IGBT Trang168 đặc biệt phát triển để đạt dến mức điện áp vài ngàn Volt (6kV) dòng điện vài ngàn Amper IGBT có khả hoạt động tốt không cần đến mạch bảo vệ Trong trường hợp đặc biệt, sử dụng mạch bảo vệ MOSFET áp dụng cho IGBT Modul IGBT thông minh (Intelligent Power Modul): chế tạo công nghệ tích hợp cao Trên modul chứa đựng phần tử IGBT, mạch kích lái, mạch bảo vệ, cảm biến dòng điện Các modul đạt độ tin cậy cao Mạch kích IGBT đượt thiết kế tương tự mạch kích cho MOSFET Do giá thành IGBT cao, đặc biệt cho công suất lớn, mạch kích lái IGBT chế tạo dạng IC công nghiệp Các IC có khả tự bảo vệ chống tải, ngắn mạch, chế tạo tích hợp dạng modul riêng (1,2,4,6 driver) tích hợp modul bán dẫn (hình thành dạng complex (bao gồm mạch lái, IGBT mạch bảo vệ) Lọai Điện áp đònh mức lớn Dòng trung bình đònh mức VTM ton (đặc trưng) Linh kiện rời HGTG32N60E2 600V 32A 6.4V 0.62 s HGTG30N120D2 1200V 30A 3.2V 0.58 s Linh kiện dạng module CM400HA-12E 600V 400A 6.7V 0.3 s CM300HA-24E 1200V 300A 6.7V 0.3 s Module áp thấp 30V 60A 0.48V 45V 440A 0.69V 150V 30A 1.19V Bảng 6.3: Các thông số đặc trưng IGBT Trang169 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu Hỏi Lý Thuyết: 6.1 Phân loại linh kiện bán dẫn theo khả điều khiển ? 6.6 Trình bày đặc tính diode ? 6.3 Trình bày cấu trúc đặc tính BJT ? 6.4 Trình bày tính chất đặc tính MOSFET ? 6.5 Trình bày tính chất nêu nguyên tắc để kích dẫn SCR ? 6.6 Tại cần phải hạn chế tốc độ tăng dòng, tăng áp SCR ? 6.7 Trình bày tính chất nêu nguyên tắc hoạt động TRIAC ? Bài Tập Luyện Tập: 6.8 Công suất thất thoát tổng cộng diode tính (A) 6.9 Transistor công suất (BJT) xem công tắc bán dẫn có khả chòu dòng điện lớn nên điện tính vùng phát phải thật lớn (D) a Transistor thiết kế độ rộng vùng phát hẹp để giảm điện trở ký sinh b Transistor có cấu trúc xen kẻ (interdigitated structure) nhiều cực cực phát c Transistor có điện trở cực phát nhỏ d Các câu a, b, c 6.10 Phát biểu sau đặc tính transistor (BJT) công suất (D) a Độ lợi dòng nhỏ tuỳ thuộc vào dòng thu nhiệt độ, dòng thu lớn độ lợi nhỏ b Độ lợi dòng lớn tuỳ thuộc vào dòng thu nhiệt độ, dòng thu lớn độ lợi lớn c Ngoài tượng huỷ thác phân cực nghòch có tượng huỷ thác thứ cấp transistor hoạt động điện dòng lớn d Các câu a c Trang170 6.11 Công suất thất thoát Transistor công suất (BJT) dẫn bảo hoà (A) 6.16 Công suất thất thoát Transistor công suất (BJT) ngưng dẫn dòng rỉ bé công thức sau xác (B) 6.13 Năng lượng thất thoát tổng cộng Transistor công suất (BJT) giao hoán (B) 6.14 Công suất thất thoát tổng cộng Transistor công suất (BJT) giao hoán (C) 6.15 Phát biểu sau cho cấu trúc mosfet công suất (B) a Có cấu trúc xen kẻ tiếp giáp np để cấp dòng lớn b Có cấu trúc kênh dẫn theo hình chữ V nên gọi Vmosfet để cấp dòng lớn c Có diện tích tiếp xúc vùng nhỏ để cấp dòng lớn d Các câu a, b, c 6.16 Phát biểu sau cho đặc tính mosfet công suất (D) a Điện trở giửa cực D S dẫn nhỏ (vài chục Ω m ) b Tổng trở vào lớn, điện cực đại VGS cở vài chục volt c Thời gian đáp ứng dãy nhiệt độ rộng, thời gian giao hoán nhanh (> 100kHz) d Tất câu a, b, c 6.17 Phát biểu sau khác biệt mosfet so với BJT công suất (C) Trang171 a Tần số làm việc thấp so với BJT công suất b Đáp ứng tần số nhỏ BJT công suất c Đặc tuyến có trò số tới hạn tối đa, tượng huỷ thác thứ cấp so với BJT công suất d Thực mạch thúc khó BJT công suất 6.18 Công suất tổn hao mosfet công suất dẫn (B) 6.19 Công suất tổn hao mosfet công suất ngưng dẫn (D) 6.20 Năng lượng tổn hao mosfet công suất (B) 6.21 Công suất tổn hao mosfet công suất thời gian giao hoán (C) 6.26 Triac có cách kích dẫn (D) a cách b hai cách c ba cách d bốn cách 6.23 Phát biểu sau thuận lợi việc kích dẫn triac (A) a Dòng kích dương trường hợp dòng qua triac dương, dòng kích âm trường hợp dòng qua triac âm b Dòng kích dương trường hợp dòng qua triac dương, dòng kích dương trường hợp dòng qua triac âm c Dòng kích âm trường hợp dòng qua triac dương, dòng kích âm trường hợp dòng qua triac âm d Dòng kích âm trường hợp dòng qua triac dương, dòng kích dương trường hợp dòng qua triac âm 6.24 Phát biểu sau cho cách kích triac (B) Trang172 a Vì triac dẫn hai chiều nên kích điện DC xung thông dụng điện AC b Vì triac dẫn hai chiều nên kích điện AC xung thông dụng điện DC c Vì triac dẫn chiều nên kích điện AC xung thông dụng điện DC d Vì triac dẫn hai chiều nên kích điện AC DC thông dụng xung 6.25 Phát biểu cho SCS (silicon controlled switch) (C) a Có cấu tạo giống SCR cực G kích xung âm để điều khiển đóng b Có cấu tạo giống GTO cực G kích xung dương để điều khiển đóng c Có cấu tạo giống SCR có hai cực G kích xung âm xung dương để điều khiển đóng ngắt d Các phát biểu 6.26 Phát biểu cho việc điều khiển đóng ngắt SCS (silicon controlled switch) (C) a Muốn SCS dẫn ta cấp nguồn VAK âm cho xung kích vào cực GK, muốn SCS ngưng ta cho tiếp xung kích cực GA b Muốn SCS dẫn ta cấp nguồn VAK dương cho xung kích vào cực GA, muốn SCS ngưng ta cho tiếp xung kích cực GK c Muốn SCS dẫn ta cấp nguồn VAK dương cho xung kích vào cực GK, muốn SCS ngưng ta cho tiếp xung kích cực GA d Muốn SCS dẫn ta cấp nguồn VAK âm cho xung kích vào cực GA, muốn SCS ngưng ta cho tiếp xung kích cực GK 6.27 Phát biểu sau cho GTO (gate turn off SCR) (B) a GTO có cấu tạo giống SCS, cực GA b GTO có cấu tạo giống SCR có thêm cực điều khiển ngắt mắc song song với cực điều khiển đóng c GTO có cấu tạo giống SCR có thêm cực điều khiển ngắt mắc đối diện với cực điều khiển đóng d Các phát biểu sai 6.28 Mạch bảo vệ GTO hình vẽ có nhiệm vụ (B) Trang173 a Hạn chế tốc độ tăng dv/dt đóng GTO b Hạn chế tốc độ tăng dv/dt ngắt GTO c Hạn chế tốc độ tăng dòng di/dt đóng GTO d Hạn chế tốc độ tăng dòng di/dt ngắt GTO 6.29 Phát biểu sau với IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(C) a IGBT linh kiện kết hợp giửa đặc tính tác động nhanh công suất lớn SCR điện điều khiển lớn cực cổng mosfet b IGBT linh kiện kết hợp giửa đặc tính tác động nhanh công suất lớn SCS điện điều khiển lớn cực cổng mosfet c IGBT linh kiện kết hợp giửa đặc tính tác động nhanh công suất lớn Transistor điện điều khiển lớn cực cổng mosfet d IGBT linh kiện kết hợp giửa đặc tính tác động nhanh công suất lớn Triac điện điều khiển lớn cực cổng mosfet 6.30 Phát biểu sau với đặc tính IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)(D) a Công suất cung cấp cho tải trung bình (khoảng vài kW) b Tần số làm việc cao (vài kHz) c Thời gian giao hoán ngắt bé (khoảng 0,15 s µ ) d Các phát biểu 6.31 Trong linh kiện sau loại linh kiện công suất (c) a BJT c UJT b TRIAC d JFET 6.36 Trong linh kiện sau loại khả điều khiển công suất.(d) a MOSFET b TRIAC c THYIRSTOR d DIAC 6.33 Linh kiện sau SCR (a) Trang174 6.34 Linh kiện sau TRIAC (d) 6.35 Linh kiện sau GTO (b) 6.36 Linh kiện công suất linh kiện có:(d) a Có hình dạng kích thước lớn b Dễ ghép với nhôm tản nhiệt c Làm việc với dòng lớn, áp lớn d Cả a, b, c 6.37 Mạch điều khiển công suất cần làm việc với điện áp lớn cần sử dụng.( a) a SCR b FET c Diode d Cả a, b, c 6.38 Cấu tạo TRIAC có số mối nối P-N :( c ) a b c d 6.39 Cấu tạo SCR có số lớp chất bán dẫn là: ( b) a b c d 6.40 Diode công suất trạng thái dẫn có điện áp VAK là: (c) a 0,2 V b 0,3 V c 0,6 V d Lớn 0,8 V Trang175 6.41 SCR phân cực thuận kích xung có độ rộng s µ thì: (c) a Chuyển sang trạng thái dẫn b Có thể dẫn xung có biên độ lớn c Không dẫn d Tất sai 6.46 Để SCR chuyển từ trạng thái ngưng dẫn sang dẫn hoàn toàn sau phân cực thuận kích dẫn phải: (d) a Duy trì tín hiệu kích b Điện áp phân cực phải tăng c Dòng IA đủ lớn d Không cần thêm điều kiện 6.43 Trong loại linh kiện sau loại loại công suất (a) a UJT b JFET c BJT d MOSFET 6.44 Transistor công suất thường sử dụng mạch (a) a Như công tắc đóng ngắt mạch điện b Mạch công suất lớn c Mạch chòu nhiệt độ cao d Mạch công suất có tần số cao 6.45 SCR bò đánh thủng (d): a Dòng kích cực cổng cực đại b Điện áp đặt anode-cathode âm c Điện áp đặt anode-cathode dương d Điện áp đặt anode-cathode âm giá trò điện áp ngược cực đại 6.46 Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng mạch công suất có đặc tính chung (c): a Khi mở cho dòng chảy qua có điện trở tương đương lớn, khóa điện trở tương đương nhỏ b Khi mở cho dòng chảy qua hay khóa điện trở tương đương không thay đổi c Khi mở cho dòng chảy qua có điện trở tương đương nhỏ, khóa điện trở tương đương lớn d Tất sai 6.47 Dòng điện rò (d): a Có giá trò nhỏ, vài µA b Có giá trò nhỏ, vài mA Trang176 c Là dòng điện chảy qua phần tử phần tử phân cực thuận, có giá trò nhỏ, vài A d Là dòng điện chảy qua phần tử phần tử phân cực nghòch, có giá trò nhỏ, vài mA 6.48 Diode phần tử bán dẫn công suất cấu tạo (a): a lớp tiếp giáp p-n b lớp tiếp giáp p-n c lớp tiếp giáp p-n d lớp tiếp giáp p-n 6.49 Điện trường nội Ei diode (b): a Có chiều hướng từ vùng p sang vùng n b Có chiều hướng từ vùng n sang vùng p c Có chiều phụ thuộc vào phân cực thuận hay phân cực nghòch d Tất sai 6.50 Diode dẫn dòng điện từ anode sang cathode (b): a Phân cực ngược b Phân cực thuận c Điện trở tương đương diode lớn d Cực dương nguồn nối với cathode, cực âm nguồn nối với anode 6.51 SCR cấu tạo từ (a): a lớp bán dẫn b lớp bán dẫn c lớp bán dẫn d lớp bán dẫn 6.56 Tín hiệu điều khiển SCR (a): a Là xung dương b Là xung âm c Là xung d Là xung dương có độ rộng đònh trước 6.53 Dòng điều khiển mở SCR (b): a Đi khỏi cực điều khiển b Đi vào cực điều khiển c Nhỏ giá trò dòng điện nhỏ d Lớn giá trò dòng điện chảy qua SCR 6.54 Để SCR dẫn ta: (c) a Chỉ cần điện áp phân cực thuận lớn volt b Kích vào cực G, điện áp phân cực không quan trọng Trang177 c Phải đảm bảo có tín hiệu kích điện áp phân cực d Có tín hiệu kích âm điện áp phân cực dương 6.55 Khi dòng điều khiển IG = 0: (b) a SCR không dẫn b SCR dẫn cưỡng ép UAK > U thuận max c SCR bò đánh thủng UAK > U thuận max d Điện trở tương đương SCR nhỏ 6.56 Khi SCR kích mở dẫn dòng (c): a Dòng qua anode – cathode SCR nhỏ giá trò dòng điện trì SCR dẫn tiếp tục b Dòng qua anode – cathode SCR giá trò dòng điện trì SCR dẫn tiếp tục c Dòng qua anode – cathode SCR lớn giá trò dòng điện trì SCR dẫn tiếp tục d Tất sai 6.57 Khi SCR kích mở dẫn dòng (d): a Kích xung dương vào cực điều khiển để SCR ngưng dẫn b Kích xung âm vào cực điều khiển để SCR ngưng dẫn c Kích xung dương vào cực điều khiển để SCR dẫn tiếp tục d Xung kích tác dụng điều khiển 6.58 Khi SCR kích mở dẫn dòng, để SCR ngưng dẫn (c): a Giảm dòng anode – cathode mức dòng trì b Đảo chiều điện áp anode – cathode c Giảm dòng anode – cathode mức dòng trì đặt điện áp ngược lên SCR sau thời gian phục hồi d Tất sai 6.59 Đặc tính Volt – Ampe Triac bao gồm (d): a đoạn đặc tính góc phần tư thứ thứ b đoạn đặc tính đối xứng qua gốc tọa độ c đoạn đặc tính góc phần tư thứ thứ d đoạn đặc tính góc phần tư thứ thứ đối xứng qua gốc tọa độ Trang178 6.60 Triac linh kiện bán dẫn có khả (a): a Dẫn dòng theo chiều b Ứng dụng mạch công suất điều chỉnh điện áp DC c Tương đương với SCR đấu song song d Tương đương với SCR đấu ngược chiều 6.61 Nguyên tắc hoạt động triac thì: (b) a Giống diode ghép song song b Giống SCR ghép song song ngược chiều c Giống SCR ghép song song d Giống SCR 6.66 Triac (c): a Điều khiển mở dẫn dòng xung dương b Điều khiển mở dẫn dòng xung âm c Điều khiển mở dẫn dòng xung dương xung âm d Điều khiển mở dẫn dòng xung dương xung âm liên tiếp 6.63 SCR phần tử (c): a Điều khiển hoàn toàn b Có thể điều khiển khóa cực điều khiển c Điều khiển không hoàn toàn d Có thể điều khiển mở khóa cực điều khiển 6.64 Để có dòng điện chảy qua SCR (d): a Điện áp anode phải dương so với cathode b Điện áp anode phải âm so với cathode c Cần có tín hiệu kích cho cực cổng d Cả a c 6.65 Cực cổng SCR dùng để (a): a Làm cho SCR dẫn b Làm cho SCR tắt c Điều khiển dòng điện qua SCR d Điều khiển điện áp cathode 6.66 SCR dùng mạch điều khiển pha nhận nhiều xung chu kỳ Với xung mở SCR, xung thứ để (d): a Mở tải b Tắt SCR Trang179 c Tăng dòng điện chảy qua SCR d Không có ảnh hưởng 6.67 Trong mạch SCR điều khiển pha toàn kỳ góc kích tăng từ lên 900 điện áp chỉnh lưu trung bình tải (d): a Không đổi b Tăng c Giảm d Giảm xuống zero 6.68 Khi kích, dòng điện qua triac (d): a Xuất điện áp anode âm so với anode b Xuất có tín hiệu cổng c Xuất điện áp anode dương so với anode d Cả a c 6.69 SCR bò đánh thủng (d): a Dòng kích cực cổng cực đại b Điện áp đặt anode-cathode âm c Điện áp đặt anode-cathode dương d Điện áp đặt anode-cathode âm giá trò điện áp ngược cực đại 6.70 Diac linh kiện tương đương (c): a Hai SCR mắc song song ngược chiều b Hai SCR mắc nối tiếp ngược chiều c Hai diode mắc song song ngược chiều d Hai diode mắc nối tiếp ngược chiều 6.71 Theo bạn, đặc tính rơ le bảo vệ tải tính giá trò hiệu dụng hay trung bình? 6.76 Tóm tắt bảo vệ cho SCR hay Thyristor nói chung Bài Tập Về Nhà: 6.73 Mô tả nguyên lý hoạt động TRIAC theo bạn, dòng cực cổng (không dấu) bé lớn trường hợp chế độ làm việc sau: 6.74 Trình bày đặc tính volt – ampe SCR thông số liên quan Bài Tập Tổng Hợp: Trang180 6.75 Chứng minh quan hệ đònh mức dòng trung bình hiệu dụng Thyristor: IRMS = 1.57 IAVE 6.76 Vẽ dạng dòng, áp tính trò trung bình dòng qua mạch nạp accu hình trên, với: xem diod sụt áp thuận Trang181 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Bính Điện Tử Công Suất (Bài Tập, Bài Giải Và Ứng Dụng) Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 2006 [2] Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi Phân Tích Và Giải Mạch Điện Tử Công Suất Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 1997 [3] Nguyễn Văn Nhờ Điện Tử Công Suất Nhà Xuất Bản Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh, 2005 [4] Đỗ Xuân Tùng, Trương Tri Ngộ Điện Tử Công Suất Nhà Xuất Bản Xây Dựng, 1999 Trang182 [...]... vệ) Lọai Điện áp đònh mức lớn nhất Dòng trung bình đònh mức VTM ton (đặc trưng) Linh kiện rời HGTG32N60E2 60 0V 32A 6. 4V 0 .62 s HGTG30N120D2 1200V 30A 3.2V 0.58 s Linh kiện dạng module CM400HA-12E 60 0V 400A 6. 7V 0.3 s CM300HA-24E 1200V 300A 6. 7V 0.3 s Module áp thấp 30V 60 A 0.48V 45V 440A 0 .69 V 150V 30A 1.19V Bảng 6. 3: Các thông số đặc trưng của IGBT Trang 169 CÂU HỎI ÔN TẬP Câu Hỏi Lý Thuyết: 6. 1 Phân... được vẽ trên hình 6. 16 Trong đó phương án ở: + Hình 6. 16a: Sử dụng dạng vi mạch giúp tận dụng nguồn tia sáng kích thích + Hình 6. 16b,c: Đảm bảo cách ly tốt giữa nguồn xung kích và mạch công suất, do đó hạn chế nhiều tác dụng của sóng nhiễu Trang 160 + Hình 6. 16c: chỉ cần công suất kích của nguồn sáng không đáng kể Bảng 6. 1: Các thông số đặc trưng của Thyristor SKKT 41/12E (SEMICRON) 6. 5.7 Mạch Kích Thyristor:... thì có điện trở tương đương lớn, khi khóa thì điện trở tương đương nhỏ b Khi mở cho dòng chảy qua hay khi khóa thì điện trở tương đương không thay đổi c Khi mở cho dòng chảy qua thì có điện trở tương đương nhỏ, khi khóa thì điện trở tương đương lớn d Tất cả đều sai 6. 47 Dòng điện rò (d): a Có giá trò rất nhỏ, vài µA b Có giá trò nhỏ, vài mA Trang1 76 c Là dòng điện chảy qua phần tử khi phần tử phân... điều khiển ? 6. 6 Trình bày đặc tính cơ bản của diode ? 6. 3 Trình bày cấu trúc và đặc tính của BJT ? 6. 4 Trình bày các tính chất cơ bản và đặc tính của MOSFET ? 6. 5 Trình bày các tính chất cơ bản và nêu nguyên tắc để kích dẫn SCR ? 6. 6 Tại sao cần phải hạn chế tốc độ tăng dòng, tăng áp trên SCR ? 6. 7 Trình bày các tính chất cơ bản và nêu nguyên tắc hoạt động của TRIAC ? Bài Tập Luyện Tập: 6. 8 Công suất... lớn, áp lớn d Cả a, b, c 6. 37 Mạch điều khiển công suất cần làm việc với điện áp lớn cần sử dụng.( a) a SCR b FET c Diode d Cả a, b, c đều đúng 6. 38 Cấu tạo TRIAC có số mối nối P-N :( c ) a 3 b 4 c 5 d 6 6.39 Cấu tạo SCR có số lớp chất bán dẫn là: ( b) a 3 b 4 c 5 d 6 6.40 Diode công suất ở trạng thái dẫn có điện áp VAK là: (c) a 0,2 V b 0,3 V c 0 ,6 V d Lớn hơn 0,8 V Trang175 6. 41 SCR được phân cực thuận... mạch (Hình 6. 22a) a) b) Hình 6. 22 Khi tác dụng điện áp uG , dòng điện tích điện ban đầu cho tụ mạch cổng G: Sau đó điện áp xác lập trên cổng là: Với RS là điện trơ ûtrong của mạch kích Sơ đồ mạch kích được cải thiện trên hình 6. 22b sử dụng cấu trúc totem-pole gồm 2 transistor NPN và PNP Khi điện áp kích U1 ở mức cao, Q1 dẫn và Q2 khóa làm MOSFET dẫn Khi tin hiệu U1 thấp, Q1 ngắt, Q2 dẫn làm các điện tích... thế, tốc độ tăng của điện thế khóa khi chuyển mạch bò giới hạn bởi giá trò: Các giá trò Sucrit thường nhỏ hơn 20V/µs Tốc độ giới hạn của điện thế khóa Sucrit đối với triac điện ở trạng thái không dẫn điện có giá trò cao hơn - khoảng vài trăm V/µs 6. 6.4 Khả Năng Chòu Tải: - Đònh mức điện áp: Xác đònh theo điện áp khóa cực đại có thể lặp lại, nó bằng nhau cho cả hai hướng uDRM = uRRM Điện áp cực đại không... mạch (a) a Như các công tắc đóng ngắt các mạch điện b Mạch công suất lớn c Mạch chòu nhiệt độ cao d Mạch công suất có tần số cao 6. 45 SCR sẽ bò đánh thủng khi (d): a Dòng kích cực cổng cực đại b Điện áp đặt trên anode-cathode là âm c Điện áp đặt trên anode-cathode là dương d Điện áp đặt trên anode-cathode là âm hơn giá trò điện áp ngược cực đại 6. 46 Các phần tử bán dẫn công suất sử dụng trong các mạch... (đặc trưng) Bảng 6. 2: Các thông số đặc trưng của MOSFET 6. 8 IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR): IGBT có ký hiệu, mạch điện tương đương vẽ trên hình 6. 24 IGBT là transistor công suất hiện đại, chế tạo trên công nghệ VLSI, cho nên kích thước gọn nhẹ Nó có khả năng chòu được điện áp và dòng điện lớn cũng như tạo nên độ sụt áp vừa phải khi dẫn điện IGBT có phần tử MOS với cổng cách điện được tích hợp... trước 6. 53 Dòng điều khiển mở SCR (b): a Đi ra khỏi cực điều khiển b Đi vào cực điều khiển c Nhỏ hơn giá trò dòng điện nhỏ nhất d Lớn hơn giá trò dòng điện chảy qua SCR 6. 54 Để SCR dẫn ta: (c) a Chỉ cần điện áp phân cực thuận lớn hơn 0 volt b Kích vào cực G, điện áp phân cực không quan trọng Trang177 c Phải đảm bảo có tín hiệu kích và điện áp phân cực d Có tín hiệu kích âm và điện áp phân cực dương 6. 55 ... Bính Điện Tử Công Suất (Bài Tập, Bài Giải Và Ứng Dụng) Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, 20 06 [2] Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi Phân Tích Và Giải Mạch Điện Tử Công Suất Nhà Xuất Bản Khoa Học Kỹ Thuật, ... có điện trở tương đương nhỏ, khóa điện trở tương đương lớn d Tất sai 6. 47 Dòng điện rò (d): a Có giá trò nhỏ, vài µA b Có giá trò nhỏ, vài mA Trang1 76 c Là dòng điện chảy qua phần tử phần tử. .. HGTG32N60E2 60 0V 32A 6. 4V 0 .62 s HGTG30N120D2 1200V 30A 3.2V 0.58 s Linh kiện dạng module CM400HA-12E 60 0V 400A 6. 7V 0.3 s CM300HA-24E 1200V 300A 6. 7V 0.3 s Module áp thấp 30V 60 A 0.48V 45V 440A 0 .69 V