Bài giảng Điện tử công suất: Các linh kiện bán dẫn (p3) - PGS.TS Lê Minh Phương

Bài giảng Điện tử công suất: Các linh kiện bán dẫn (p3) trình bày những nội dung chính sau: Silicon Controlled Rectifier - SCR, basic structure and operation, dynamic switching characteristics, trạng thái SCR, đặc điểm của SCR, gate Turn-off rhyristors - GTO,... Mời các bạn tham khảo.

Trang 1

1

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

2

Power Electronics

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM

TPHCM

2012

Trang 2

3

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

PGS.TS Le Minh Phuong

1/21/2013

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

References

Trang 3

5

Chương 2

CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN

PGS.TS Lê Minh Phương Khoa Điện –Điện Tử Trường ĐHBK TPHCM

TPHCM

2012

6

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)

Contents – Nội dung

1/21/2013

Trang 4

7

SILICON CONTROLLED RECTIFIER -SCR

1/21/2013

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

Basic Structure and Operation

Power Electronic Devices

2 Khi IG>0, J3 phân cực thuận và điện tử sẽ chạy từ n+ sang p- Một

số điện tử sẽ khuyếch tán qua p-

và được nhận ở n-, điều này làm thay đổi trạng thái của J1 làm cho điện tích lỗ hổng từ p+ sẽ chuyển sang n- và khuyếch tán qua p-

Quá trình này làm cho J2 chuyển sang trạng thái phân cực thuận

và SCR ON

Hoạt động:

1 Khi VAK>0: SCR ở trạng thái khóa thuận (forward-blocking state), J2 phân cực ngược (reverse biased) IG=0 Nếu VAK

không vượt quá điện áp đánh thủng thì SCR OFF

Trường hợp đặc biệt: khi điện

áp đặt lớn hơn điện áp khóa lớn nhất (maximum forward-blocking voltage) thì SCR ON Tuy nhiên nên tránh trạng thái này do dòng điện tăng đột ngột và có thể gây

hư hỏng SCR

Trang 5

9

Basic Structure and Operation Power Electronic Devices

1/21/2013

Hoạt động: (giải thích cách khác)

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

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

B1 E1

C1 C2 E2 B2

10

Basic Structure and Operation Power Electronic Devices

1/21/2013

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

Trang 6

11

Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013

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

Dynamic Switching Characteristics Power Electronic Devices

Trang 7

13

Trạng thái SCR Power Electronic Devices

1/21/2013

Khóa áp thuận (Forward-blocking)

SCR ON

Khóa áp ngược (Reverse-blocking)

14

Đặc điểm của SCR Power Electronic Devices

1/21/2013

SCR là linh kiện bán dẫn được điều khiển đóng bằng dòng điện IG

Tín hiệu này có thể ngắt mà SCR vẫn dẫn

Trang 8

15

Đặc điểm của SCR

1/21/2013

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

Datasheet of SCR

Power Electronic Devices

Thông số của SCR

Datasheet of SCR

Trang 9

17

Gate Turn-off Thyristors -GTO Power Electronic Devices

1/21/2013

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

18

Gate Turn-off Thyristors -GTO Power Electronic Devices

1/21/2013

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

Trang 10

19

Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013

Trang 11

21

1/21/2013

22

Đặc điểm của GTO Power Electronic Devices

1/21/2013

GTO có thể ngắt bằng dòng IG âm

Trang 12

23

Đặc điểm của GTO

1/21/2013

GTO có thể ngắt bằng dòng IG âm

Đặc điểm của GTO Power Electronic Devices

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

Trang 13

25

TRIODE ALTERNATIVE CURRENT -TRIAC Power Electronic Devices

1/21/2013

TRIAC được cấu tạo bởi hai

Thyristor mắc đối song Do đó

linh kiện dẫn điện ở cả hai

nửa chu kỳ

26

Đặc tính V-I Power Electronic Devices

1/21/2013

Có khả năng dẫn điện theo cả hai chiều

Trang 14

27

Đặc điểm của TRIAC

1/21/2013

Khái niệm Anode và Cathode không có ý nghĩa đối với TRIAC, ta

đánh số T1 là cực gần cực điều khiển G

TRIAC chỉ bị khoá khi IG=0 và điện áp đặt nhỏ hơn áp ngưỡng

Ưu điểm cơ bản của TRIAC là mạch điều khiển đơn giản Nhưng

công suất giới hạn không cao và nhỏ hơn Thyristor

TRIAC tự bảo vệ chống lại quá điện áp theo cả hai chiều

For Building

THANK YOU FOR YOUR ATTENTION



Định dạng
Số trang	14
Dung lượng	0,99 MB