đồ án BOARD MẠCH POWER TRANSISTORS AND GTO THYRISTOR

Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu PHẦN GIỚI THIỆU BOARD MẠCH POWER TRANSISTORS AND GTO THYRISTOR STT Tên khối mạch Tên Thuristor mạch Photodiod e Zenerdiod e MOSFET Loại N O X MOSFET IGBT IGBT O X ULTRAL_FAST IGBT IGBT O X BIPOLAR TRANSISTOR O O SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu TRANSISTOR DARLINGTON TRANSISTOR GTO THYRISTOR DRIVER LOAD (Z) TRANSISTOR O O GTO O O A3101, 2N2905 X O DIODE, Rcông suất lớn O O PHẦN Mạch Driver – Mạch Load A.Mạch Driver: Mạch khối DRIVER (DR) sau: R +15V C R U A + V -G E N - DRIVER (DR) -1 V Ta dùng chức đo ngắn mạch VOM Ta kiểm tra cực phía bên trái khối DRIVER không liên tục với điểm bên phải khối DRIVER Và câu phía khối mạch DRIVER cách ly điện hoàn toàn Bật nguồn Đặt đầu nối vị trí nguồn dương DC (nối điểm với 6) ngõ cực A khối mạch DRIVER ( ) Trên chân đế, xoay núm hiệu chỉnh POSITYVE_SUPPLY hết SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu cở theo chiều Vout, max = 11.26V kim đồng hồ Ta đo áp Vdc VOM : Xoay núm POSITYVE_SUPPLY từ từ theo ngược chiều kim đồng hồ ta thấy điện áp ngõ VA giảm dần từ -46,8mV 11,26V Ta chuyển kết nối từ vị trí mạch sang vị trí với 5, xoay núm xoay NEGATIVE_SUPPLY hết cở theo chiều kim đồng hồ Ta dùng VOM đo điện áp mạch VA là: Vout, max = -11,26V Xoay từ từ núm xoay NEGATIVE_SUPPLY theo ngược chiều kim đồng hồ Ta quan sát điện áp VA tăng đến giá trị 0V Nối máy phát tín hiệu vào V-GEN, dạng sóng vng tần số 10 kHz thiết lâp mạch sau: Sử dụng động ký đo điện áp dạng sóng ngõ VA khối DRIVER 10 Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER +10V điện áp ngõ là: VA = Vout = +5V 11 Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER – 10V điện áp ngõ là: V A = Vout = – 5V 12 Khi ta thiết lập mạch với tầng công suất cấp nguồn sơ đồ sau: R +15V C R U A + V -G E N -1 V 13 Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER +10V điện áp ngõ ra: VA = Vout = +12,5V 14 Khi điện áp ngõ vào mạch DRIVER -10V điện áp ngõ ra: VA = Vout = -12,5V SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang DRIVER (DR) Báo cáo Đồ án  GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu Kết luận: Mạch lái DRIVER (DR) ngõ VA có mức lái: + Khi ta kết nối vị trí với mạch lái có ngõ VA âm + Khi ta kết nối vị trí với mạch lái có ngõ VA dương + Khi ta kết nối vị trí với vị trí với mạch lái có ngõ tín hiệu sóng vng khuếch có nguồn đơn (+15V) + Khi ta kết nối vị trí với vị trí với mạch lái có ngõ tín hiệu sóng vng khuếch đại với nguồn đơi ( 15V) B.Mạch Load (Z): Ta kết nối khối mạch LOAD (Z) với R1, R2, R3 L1 nối tiếp sau: B R 10 O hm / 5W 11 L1 IN D U C T O R R 10 O hm / 5W LOAD(Z) 10 C R D C R D C R D R C O hm / 2W Ta dùng VOM đo tổng trở mạch LOAD(Z) điểm B,C là: Rload = 21,6 Khi ta thiết lập lại mạch LOAD (Z) có R1, R3 L1 nối tiếp điện trở tải mạch đo điểm B,C là: Rload = 11,6 Khi ta thiết lập mạch LOAD (Z) với R1, R2 mắc song song nối tiếp với R3 với L1 Thì điện trở tải đo là: Rload = 6,5 SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu PHẦN BJT – Bipolar Junction Transistor A.Giới thiệu nguyên lý làm việc linh kiện: I.Giới thiệu: Bipolar Junction Transistor loại transistor có hai cực tính, thường gọi tắt BJT Đây loại linh kiện bán dẫn cực có khả khuếch đại tín hiệu, hoạt động khóa đóng mở, thông dụng ngành điện tử Linh kiện sử dụng loại hạt dẫn điện, người ta xếp vào loại có cưc tính II.Cấu tạo nguyên lý làm việc: a.Cấu tạo: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu BJT cấu tạo lớp chuyển tiếp P-N nằm gần phiến bán dẩn đơn tinh thể Về mặt cấu tạo, xem BJT lớp bán dẩn tiếp xúc tạo nên, lớp giửa có bề dày bé khác kiểu dẩn điện với lớp bên canh Dựa theo cấu tạo ta phân biệt hai loại transistor là: transistor P-N-Pvà transistor N-P-N Chẳng hạn lớp lớp bán dẫn P lớp bên cạnh lớp N, tạo nên transistor kiểu N-P-N, lớp thuộc loại N lớp bên cạnh thuộc loại P, tạo nên kiểu P-N-P E C B Nồng độ tạp chất lớp bán dẫn khơng giống Lớp có nồng độ tạp chất cao (kí hiệu N+ P+ ), nghĩa hạt dẫn đa số lớn nhất, gọi miền phát Lớp đối diện (kí hiệu N P) có nồng độ tạp chất hơn, gọi miền thu Lớp giữa, có nồng độ tạp chất thấp, gọi miền Các lớp bán dẫn đặt vỏ kín có ba sợi kim loại thò ngồi ứng với lớp bán dẫn dùng làm điện cực transistor Người ta gọi chúng cực emitter(kí hiệu E), cực base (kí hiệu B) cực collector (ki hiệu C) Mũi tên cực E chiều dòng điện chạy qua cực b.Nguyên lý làm việc: Mạch thí nghiệm q trình đóng ngắt BJT BJT đóng (chuyển từ khóa sang bảo hòa) thời gian t on khoảng micro giây thời gian tof khoảng vài micro giây Q trình chuyển trạng thái khơng xảy tức thời mà có thời gian để áp UCE IC thay đổi giá trị Khi tải trở: UCE = VCC – Rt.iC SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu Lúc áp CE BJT tăng dần theo trình giảm i C Như vậy, thời gian bé BJT phải chịu dòng lớn áp cao dẫn đến tổn hao đóng ngắt Hiện tượng đặc biệt nghiêm trọng tải có Diode phóng điện, lúc dòng tải qua cuộn dây khơng thay đổi tức thời mà dẫn điện BJT tắt hẳn, mối nối CE chịu nguyên dòng tải VCE = VCC dẫn đến tổn hao q trình đóng ngắt tăng cao • Kết luận: Tổn hao q trình đóng ngắt Transistor cao, thực tế nguồn nhiệt chủ yếu Transistro nóng lên làm giới hạn tần số đóng ngắt Để hạn chế ngồi việc sử dụng mạch lái hiệu cần phải chọn loại Transistor sử dụng mạch cải thiện Mỗi lớp P N phân cực theo chiều thuận chiều nghịch Dòng i C qua lớp phân cực nghịch chịu ảnh hưởng lớn dòng kích iB dẫn qua lớp phân cực thuận Tính chất transistor gọi điều chế độ dẫn điện lớp bị phân cực nghịch Trong điện tử công suất, transistor BJT sử dụng để đóng ngắt mạch điện thường mắc theo mạch có chung emitter Trên điện cực B, cổng E điện áp điều khiển U BE Điện cực CE sử dụng làm công tắc đóng mở mạch cơng suất Điện điều khiển phải tạo dòng i B đủ lớn để điện áp cổng CE đạt giá trị zero (uCE → 0) Nếu ta làm cho giá trị UBE thay đổi chút với khoảng 0,7V IE IC thay đổi nhiều làm cho nội trở BJT thay đổi theo nhiều Đây tính chất quan trọng BJT mà cần phải nhắc đến B.Các đáp ứng so sánh đặc tính thực tế với lý thuyết: I.Các đáp ứng: a Nối cực nguồn POWER INPUT ta thiết lập mạch sơ đồ sau: LOAD (Z) R 10 O hm / 5W R 10 O hm / 5W R O hm / 2W B R O hm DRIVER A (DR) R 510 O hm R D Q 15 O hm 15V -1 V SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu b Trên chân để ta vặm núm xoay POSITIVE theo chiều kim đồng hồ hết cở để khối mạch DRVER 0V Bật nguồn cung cấp c Dùng VOM ta đo điện áp rơi R3 là: VR3 = 0V ⇒ = 0A d Dùng VOM ta đo điện áp cực C, E Transistor là: VCE = 12,22V e Xoay núm POSTIVE theo chiều dương kim đồng hồ để tăng điện áp khối DRIVER cực đại f Trên kênh dao động ký ta đo điện áp cực C cực E Q1 là: VCE (ON) = 100mV g Thay đổi điện áp 010V khối DRIVER ta quan sát tín hiệu dao động ký Khi ta tăng điện áp khối DRIVER lên Transistor dẫn V CE giảm dần đến lúc VCE = 1V Ta đo tính dòng IB là: IB = h Xoay núm điều khiển nguồn dương hết cỡ theo chiều kim đồng hồ cho Transistor bão hoà Sau mạch hoạt động vài phút Transistor nóng lên i Ta điều chỉnh nguồn điều khiển để điện áp VCE 7V để mạch hoạt động vài phút ta chạm tay vào Transistor có cảm giác Transistor nóng j Ta khẳng định: Transistor lưỡng cực nóng khơng bình thường hoạt động vùng tuyến tính nóng lên điện áp rơi Transistor (giữa cực C,E) có giảm ⇒ Transistor dẫn mạnh nóng lên ∗ Dạng sóng chân B: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án ∗ Dạng sóng chân C: ∗ Dạng sóng CE: GVHD: ThS Hồng Trung Hiếu II.Đặc tính V – A mạch lý thuyết có chung emitter: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu Điểm làm việc gồm dòng IC UCE Trong vùng chứa đặc tính ngõ ta phân biệt vùng nghịch, vùng bão hòa vùng tích cực: + Vùng nghịch: Khi uBE < 0, dòng điện kích iB = → độ lớn dòng iCO giảm →transistor chế độ ngắt + Vùng bão hòa: Khi điện uCE nhỏ ứng với giá trị iC cho trước giới hạn bão hòa trạng thái UCB = UCB > Khi làm việc vùng bão hòa, transistor đóng nên i C dẫn, uCE đạt giá trị uCESAT (khoảng 1–2 V), tăng dòng điện kích I B > IBSAT dòng điện qua collector khơng thay đổi Lúc UCESAT gọi điện bão hòa transistor lúc trạng thái bão hòa + Vùng tích vực: Là vùng mà Transistor hoạt động chế độ khuếch đại tín hiệu U CE > uCESAT dòng iC > ICO Mối quan hệ UCE IC phụ thuộc vào tải dòng i B Khi transistor làm việc cơng tắc đóng mở (switching) điểm làm việc khơng nằm vùng III.Đặc tính mạch thực tế: Thời gian chuyển mạch độ sụt áp dẫn điện: a Nối cực nguồn POWER_INPUT vào board mạch chân đế ta chưa cấp nguồn Thiết lập mạch với sơ đồ sau kết nối khối DRIVER (DR): SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 10 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hồng Trung Hiếu MOSFET đóng điện áp cổng tác dụng liên tục c.Ưu điểm: + Tốc độ chuyển mạch nhanh, tổn hao chuyển mạch nhỏ BJT IGBT + Tổn hao dẫn bé BJT IGBT vùng dòng điện nhỏ vừa + Không tốn công suất điều khiển BJT, mức cơng suất khác mạch điều khiển khơng khác nhiều,giúp đơn giản hố việc thiết kế + Có tuổi thọ cao tính toán tốt + Với vùng điện áp thấp(dưới 50V) dòng lớn( cỡ trăm Ampe) mosfet lựa chọn tốt d.Khuyết điểm: + Bị hạn chế điện áp ( tổng trở GS GD lớn) nên R1 = 0V g Dòng qua R1 vào cực G MOSFET là: IG = h Ta thay đổi nguồn điều khiển vài lần điện áp từ 010V quan sát kỹ tín hiệu ta nhận thấy MOSFET hoạt động công tắc điều khiển dòng G ∗ Dạng sóng chân G: ∗ Dạng sóng chân D: ∗ Dạng sóng chân D: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 18 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu C.Hiệu mạch cải thiện mạch bảo vệ: I.Mạch kích MOSFET: Mạch kích MOSFET tương tự BJT, mạch cách ly với mạch tạo tín hiệu điều khiển thông qua biến áp xung, optron cáp quang II.Mạch cách ly: Cấu tạo khác biệt MOSFET so với BJT làm cho linh kiện hoạt động tốt mà không cần bảo vệ nhiều BJT Tuy nhiên, ta sử dụng mạch RC nhỏ mắc song song với ngõ linh kiện để hạn chế tác dụng gai điện áp xung nhiễu dao động xuất linh kiện đóng SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 19 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu PHẦN IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor A.Giới thiệu linh kiện nguyên lý làm việc linh kiện: I.Giới thiệu: Transistor có cực điều khiển cách ly IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) linh kiện bán dẫn công suất cực phát minh Hans W Beck Carl F Wheatley vào năm 1982 Đây linh kiện kết hợp khả đóng cắt nhanh MOSFET khả chịu tải lớn BJT IGBT loại Transistor công suất đại chế tạo dựa công nghệ VLSI nên có kích thước nhỏ gọn Nó có khả chịu áp dòng lớn lại có độ sụt áp vừa phải dẫn điện Ngồi IGBT phần tử điều khiển điện áp, cơng suất điều khiển u cầu cực nhỏ II.Cấu tạo nguyên lý làm việc: 1.Cấu tạo: Ký hiệu mạch tương đương: C G Q IG B T Q G N PN D G S C PN P E E Cấu tạo IGBT giống với SCR GTO có thêm phần tử MOSFET với cổng cách điện tích hợp IGBT có cấu tạo gồm hai transistor phần tử MOSFET đấu nối hai cực transistor làm nhiệm vụ điều khiển đóng ngắt Về cấu trúc bán dẫn, IGBT giống với MOSFET, điểm khác có thêm lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p emitter ( tương tự cực gốc) với collector(tuơng tự với cực máng), mà n-n MOSFET Vì coi IGBT tương đương với transistor p-n-p với dòng base điều khiển MOSFET SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 20 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu 2.Nguyên lý hoạt động – vùng làm việc an toàn ưu - khuyết điểm: a.Nguyên lý hoạt động: Dưới tác dụng áp điều khiển U GE>0, kênh dẫn với hạt mang điện điện tử hình thành, giống 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 dòng collector b Vùng làm việc an toàn (Safe Operating Area-SOA): Khi điện áp điều khiển dương, SOA có dạng hình chữ nhật với góc hạn chế phía trên, bên phải, tương ứng với chế độ dòng điện điện áp lớn Điều có nghĩa chu kì đóng cắt ngắn, ứng với tần số làm việc cao khả đóng cắt cơng suất suy giảm Khi đặt điện áp điều khiển âm lên cực điều khiển emitor, SOA lại bị giới hạn vùng công suất lớn tốc độ tăng điện áp lớn dẫn đến xuất dòng điện lớn đưa vào vùng p cực điều khiển, tác dụng giống dòng điều khiển làm IGBT mở trở lại tác dụng cấu trúc SCR Tuy nhiên khả chịu đựng tốc độ tăng áp IGBT lớn nhiều so với phần tử bán dẫn công suất khác Giá trị lớn dòng cho phép collector chọn cho tránh tượng chốt giữ dòng, khơng khóa lại được, giống SCR Hơn nữa, điện áp điều khiển lớn U GE phài chọn để giới hạn dòng điện I CE giới hạn lớn cho phép điều kiện có ngắn mạch cách chuyển đổi bắt buộc từ chế độ bão hòa sang chế độ tuyến tính Khi dòng ICE giới hạn không đổi, không phụ thuộc vào điện áp UCE lúc Tiếp theo IGBT phải khóa lại điều kiện đó, nhanh tốt để tránh phát nhiệt mạnh Tránh tượng chốt giữ dòng cách liên tục theo dõi dòng collector điều cần thiết thiết kế IGBT c Ưu điểm: IGBT có ưu điểm khả đóng ngắt nhanh nên thường sử dụng biến đổi điều chế độ rộng xung tần số cao IGBT giống MOSFET nên có điện trở mạch cổng lớn làm hạn chế công suất tổn hao đóng ngắt So với Thyristor thời gian đáp ứng đóng ngắt IGBT nhanh, khoảng vài us khả chịu tải đến 4,5kV2000A IGBT làm việc với dòng diện lớn có khả chịu áp ngược cao Ngồi ra, IGBT có khả hoạt động tốt mà không cần mạch bảo vệ, trường hợp đặc biệt sử dụng mạch bảo vệ MOSFET để ứng dụng cho IGBT d Khuyết điểm: với chất transistor nên IGBT có độ sụt áp dẫn điện thấp (2→3,1000V) lớn so với linh kiện thuộc dạng thyristor GTO Khả chịu áp khóa cao thấp so với Thyristor ⇒ IGBT linh kiện chiếm vị trí quan trọng cơng nghiệp với hoạt động phạm vi công suất lớn đến 10MW cao Hiện nay, công nghệ chế tạo IGBT đặc biệt phát triển để đạt mức điện áp vài ngàn volt (6kV) dòng điện lên đến vài ngàn Ampere B.Đo đáp ứng so sánh với lý thuyết: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 21 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu Mạch đáp ứng thực tế: Mạch Transistor IGBT thiết kế sau: LOAD (Z) R 10 O hm / 5W R 10 O hm / 5W R O hm / 2W B R O hm DRIVER A (DR) C R Q 220 O hm -1 V C R E S1 15V a Trên chân đế, xoay núm xoay POSITIVE nguồn điều khiển hết cở ngược chiều kim đồng hồ để thu điện áp 0V Sau ta bật nguồn cung cấp POWER_INPUT b Trên kênh dao động ký đo điện áp cực C, E IGBT là: VCE = 12,5V c Xoay nguồn điều khiển theo chiều dương kim đồng hồ cho điện áp cực G IGBT tăng đến 10V d Ta đo điện áp cực C cực E IGBT là: V CE (ON) = 1V Với điện áp cho thấy IGBT dẫn e Ta đo tính IG = f Biến đổi vài lần điện áp điều khiển từ 010V, quan sát tín hiệu dao động ký g Kết luận: IGBT hoạt động công tắc điều khiển dòng G, nghĩa dẫn điện cung cấp điện áp cho cực G ngắt điện không cung cấp điện áp cho cực G ∗ Dạng sóng chân GE: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 22 Báo cáo Đồ án ∗ Dạng sóng chân CE: ∗ Dạng sóng chân C: ∗ Dạng sóng IC IGBT tắt: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu Trang 23 Báo cáo Đồ án ∗ GVHD: ThS Hồng Trung Hiếu Dạng sóng CE IGBT tắt: C.Hiệu mạch cải thiện mạch bảo vệ: I.Mạch kích IGBT: a.Kích dẫn: Ta kích dẫn IGBT cách đưa xung điện áp vào cổng kích G Đặc tính V – A IGBT tương tự MOSFET Khi đặt lên cổng G điện dương hạt mang điện loại n kéo vào kênh p làm giàu điện tích mặt cổng p nên transistor N-P-Ndẫn điện, dẫn đến IGBT dẫn điện b.Kích ngắt: Ta kích ngắt IGBT cách khóa điện cấp cho cổng kích ngắt kênh dẫn p ⇒ Mạch kích IGBT đơn giản II.Mạch cách ly: SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 24 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hồng Trung Hiếu Thơng thường IGBT sử dụng mạch đóng cắt tần số cao, từ đến hàng chục kHz Ở tần số đóng cắt cao vậy, cố phá hủy phần tử nhanh dẫn đến phá hỏng toàn thiết bị Sự cố thường xảy q dòng ngắn mạch từ phía tải từ phần tử có lỗi chế tạo lắp ráp Có thể ngắt dòng IGBT cách đưa điện áp điều khiển giá trị âm Tuy nhiên tải dòng điện đưa IGBT khỏi chế độ bão hòa dẫn đến cơng suất phát nhiệt tăng đột ngột, phá hủy phần tử sau vài chu kỳ đóng cắt Mặt khác khóa IGBT lại thời gian ngắn dòng điện lớn dấn đến tốc độ tăng dòng lớn, gây áp collector, emiter, đánh thủng phần tử Trong cố q dòng, khơng thể tiếp tục điều khiển IGBT xung ngắn theo qui luật cũ, không đơn giản ngắt xung điều khiển để dập tắt dòng điện Có thể ngăn chặn hậu việc tắt dòng đột ngột cách sử dụng mạch dập RC (snubber circuit), mắc song song với phần tử Tuy nhiên mạch dập làm tăng kích thước giảm độ tin cậy thiết bị Giải pháp tối ưu đưa làm chậm lại q trình khóa IGBT, hay gọi khóa mềm (soft turn-of) phát có cố dòng tăng q mức cho phép IGBT có nội trở đo lớn nhiều so với MOSFET Nếu khơng lắp trở G-S sau kích gate, giữ mức trở Cho đến có tác động vào cực G (cho dù chạm que đo ngón tay vào G) Và chúng dễ chết thời điểm Vì vậy, nên lắp điện trở 1K vào G S dùng phương pháp kích gate SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 25 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hoàng Trung Hiếu PHẦN GTO – Gate Turn Off Thyristor A.Giới thiệu linh kiện nguyên lý làm việc linh kiện: I.Giới thiệu: Trong năm gần đây, GTO trở thành loại linh kiện đóng ngắt sử dụng rộng rãi cho mạch công suất lớn Đây loại linh kiện công suất chế tạo dựa cấu tạo Thyristor cải tiến nhiều để mang lại nhiều hiệu cao mạch công suất II.Cấu tạo nguyên lý làm việc: a.Cấu tạo: Ký hiệu mạch tương đương: K K D G TO G K D G TO A1A2G G N P N A A G P N P A GTO cấu tạo lớp bán dẫn P-N-P-N(có nối PN) có tính tương tự Thyristor (SCR) Giống tên gọi ta thấy GTO loại diode chỉnh lưu kiểm soát cổng silicium Các tíêp xúc kim loại tạo từ cực Anod A, Catot K cổng G Điểm khác biệt GTO SCR điểu khiển ngắt dòng điện qua Mạch tương đương GTO có cấu trúc tương đương với SCR có thêm cổng kích ngắt mắc song song với cổng kích đóng Nếu ta cấp nguồn điện chiều vào GTO dòng điện nhỏ I G kích vào cực cổng G làm nối P-N cực cổng G catot K lúc dòng điện anod I A qua GTO lớn nhiều Nếu ta đổi chiều nguồn điện (cực dương nối với catod, cực âm nối với anod) khơng SVTH: Huỳnh Trinh Mỹ Trang 26 Báo cáo Đồ án GVHD: ThS Hồng Trung Hiếu có dòng điện qua GTO cho dù có dòng điện kích I G Như ta hiểu GTO Diode có thêm tính SCR để GTO dẫn điện phải có dòng điện kích I G vào cực cổng G b.Nguyên lý hoạt động: Khi có dòng điện nhỏ I G kích vào cực Transistor NPN T tức cổng G GTO Dòng điện IG tạo dòng cực thu IC1 lớn hơn, mà IC1 lại dòng IB2 transistor PNP T2 nên tạo dòng thu IC2 lại lớn trước… Hiện tượng tiếp tục nên hai transistor nhanh chóng trở nên bảo hòa Dòng bảo hòa qua hai transistor dòng anod GTO Cơ chế hoạt động GTO cho thấy dòng IG khơng cần lớn cần tồn thời gian ngắn Tuy nhiên so với SCR, GTO cần dòng điện kích lớn (thường hàng trăm mA) Sau thơng số kỹ thuật GTO: + Dòng thuận tối đa: Là dòng điện anod I A trung bình lớn mà GTO chịu đựng liên tục Trong trường hợp dòng lớn, GTO phải giải nhiệt đầy đủ Dòng thuận tối đa tùy thuộc vào GTO, từ vài trăm mA đến hàng trăm Ampere + Điện ngược tối đa: Đây điện phân cực nghịch tối đa mà chưa xảy hủy thác (breakdown) GTO chế tạo với điện nghịch từ vài chục volt đến hàng ngàn volt + Dòng chốt (latching current): Là dòng thuận tối thiểu để giữ GTO trạng thái dẫn điện, sau GTO từ trạng thái ngưng sang trạng thái dẫn + Dòng cổng tối thiểu (Minimun gate current): Như thấy, điện V AK lớn VBO GTO chuyển sang trạng thái dẫn điện mà khơng cần dòng kích I G Tuy nhiên ứng dụng, thường người ta phải tạo dòng cổng để GTO dẫn điện Tùy theo GTO, dòng cổng tối thiểu từ vài chục đến vài trăm mA Nói chung, GTO có cơng suất lớn cần dòng kích lớn Tuy nhiên, nên ý dòng cổng khơng q lớn, làm hỏng nối cổng-catod GTO + Thời gian mở (turn – on time): Là thời gian từ lúc bắt đầu có xung kích đến lúc GTO dẫn Thởi gian mở khoảng oµs đến 30µ (nhỏ SCR nhiều) thời gian diện dòng xung kích phải lâu thời gian mở + Thời gian tắt (turn – of time): Để tắt GTO, người ta đưa xung âm vào cổng G nên thời gian tắt GTO thời gian ngừng cấp xung dương GTO dẫn lúc anod catod xem nối tắt, C1 nạp điện đến điện nguồn V GK