Cùng nắm kiến thức trong chương này thông qua việc tìm hiểu các nội dung sau: Diode công suất: tiếp giáp mặt p-n, đặc trưng V-A của diode, quá trình chuyển trạng thái. Transistor công suất: transistor lưỡng cực, transistor công suất MOS. Thyristor và triac: cấu trúc và nguyên lý làm việc của Thyristor, đặc trưng V-A, điện dung của tụ điện chuyển mạch ,cấu trúc và nguyên lý hoạt động của Triac.
CHƯƠNG DỤNG CỤ BÁN DẪN CƠNG SUẤT Điốt cơng suất Transistor công suất Thyristor Triac GIỚI THIỆU VỀ BÁN DẪN Pha thêm ngun tố nhóm V (lớp ngồi có điện tử), điện tử ghép với điện tử lớp ngồi ngun tố Si cịn lại điện tử Điện tử dễ bị tách khỏi lớp ngồi ngun tố nhóm V để trở thành điện tử tự di chuyển cấu trúc tinh thể Bán dẫn loại n GIỚI THIỆU VỀ BÁN DẪN (tiếp) Pha thêm ngun tố nhóm III (lớp ngồi có điện tử tự do), chúng ghép với điện tử lớp nguyên tố Si kết xuất lỗ trống bên cấu trúc tinh thể, có khả nhận thêm điện tử Bán dẫn loại p ĐIỐT CÔNG SUẤT Cấu trúc nguyên lý hoạt động a) Trạng thái bình thường, điốt không dẫn b) Khi điện áp thuận đặt vào điốt c) Khi điện áp ngược đặt vào điốt ĐIỐT CÔNG SUẤT (tiếp) Đặc tính vơn - ampe Đặc tính chia làm hai phần: - Nhánh phân cực thuận, điốt dẫn - Nhánh phân cực ngược, điốt khóa V f : điện áp rơi điốt I r : dòng điện rị Vb : điện áp đánh thủng ĐIỐT CƠNG SUẤT (tiếp) Thông số điện - Điện áp thuận V f rơi điốt theo chiều từ A đến K điốt mở hoàn toàn - Điện áp đánh thủng Vb xảy điốt bị phá hủy điện áp ngược vượt ngưỡng chịu đựng lớp tiếp giáp - Dòng điện rò I r chảy điốt chịu điện áp ngược - Thời gian phục hồi thuận t fr tính từ lúc xuất dịng điện thuận đến điện áp rơi điốt xác lập - Thời gian phục hồi ngược t rr tính từ lúc bắt đầu xuất điện áp ngược đến dịng điện rị xác lập ĐIỐT CƠNG SUẤT (tiếp) Ví dụ q trình chuyển trạng thái từ dẫn sang khóa a) Q trình q độ khơng dao động b) Q trình q độ có dao động tắt dần ĐIỐT CƠNG SUẤT (tiếp) Hình ảnh điốt cơng suất Điốt kép MUR3060 hãng Motorola I F = 30 A VRRM = 600V VF = 1.12V trr = 35 − 60ns TRANSISTOR CÔNG SUẤT Giới thiệu BJT MOSFET TRANSISTOR CÔNG SUẤT - BJT Cấu trúc nguyên lý hoạt động iC = β iB TRANSISTOR CÔNG SUẤT – BJT (tiếp) Chế độ hoạt động băm xung Tốc độ chuyển trạng thái yếu tố quan trọng t ri thời gian lên iC t fi thời gian xuống iC t s thời gian phục hồi t d thời gian trễ t on thời gian BJT chuyển trạng thái dẫn t off thời gian BJT chuyển trạng thái khóa TRANSISTOR CƠNG SUẤT – BJT (tiếp) Hình ảnh BJT 2N5038 hãng ON, loại BJT npn I B max = A I C max = 20 A(cont ) / 30 A( pul ) VCE = 90V Ploss max = 140W BUF410A hãng ST, loại BJT npn I B max = A I C max = 15 A(cont ) / 30 A( pul ) VCE = 250V Ploss max = 125W TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET Cấu trúc nguyên lý hoạt động Cấu trúc phân lớp theo chiều thẳng đứng Mở áp, yêu cầu cầu dịng mở nhỏ Có hai loại cấu trúc phổ biến: ech dep TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp) Đặc tính vơn - ampe TRANSISTOR CƠNG SUẤT – MOSFET (tiếp) Đặc tính vơn – ampe (tiếp) SOA yếu tố quan tâm MOSFET hoạt động chế độ băm xung TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp) Chế độ hoạt động băm xung Đặc tính đóng mở MOSFET tương đối giống BJT nhiên cấu trúc có khác biệt nên thông số ảnh hưởng đến chế độ hoạt động tương đối khác Trong vùng tuyến tính, điện trở dẫn RDS ( on ) MOSFET khơng đổi Từ xác định áp rơi U DS công suất tổn hao Ploss U DS = RDS ( on ) I D Ploss = I D2 RDS ( on ) TRANSISTOR CÔNG SUẤT – MOSFET (tiếp) Chế độ hoạt động băm xung (tiếp) Tích hợp điốt ngược bên vỏ linh kiện MOSFET Nó đóng vai trị phần tử hoàn lượng MOSFET chuyển trạng thái từ dẫn sang khóa Tụ điện ký sinh hai cực MOSFET ảnh hưởng đến đặc tính đóng cắt phần tử, ảnh hưởng lớn tần số đóng cắt lớn TRANSISTOR CƠNG SUẤT – MOSFET (tiếp) Hình ảnh MOSFET IRF634 hãng International Rectifier, MOSFET enh, kênh n VDSS = 250V RDS ( on ) = 0.45Ω I D = 8.1A ton , toff < 30ns Ploss max = 74W NTMS4816N hãng ON, loại MOSFET enh kênh n RDS ( on ) = 0.016Ω(4.5V ) VDSS = 30V Ploss max = 1.37W I D = 11A ton , toff < 20ns THYRISTOR Cấu trúc nguyên lý hoạt động - Chịu điện áp đặt lớn không dẫn - Khả dẫn phụ thuộc vào giá trị dòng điện điều khiển - Chuyển trạng thái khóa dịng dẫn thấp giới hạn cho phép iA = I H THYRISTOR (tiếp) Đặc tính vơn - ampe - 1: Đoạn khóa thuận - 2: Đoạn dẫn - 3: Đoạn khóa ngược THYRISTOR (tiếp) Thơng số điện - Dòng điện định mức dẫn I on - Điện áp ngược cực đại U RBD - Điện áp rơi thyristor dẫn U f - Điện áp điều khiển U G - Dòng điện điều khiển I G - Tốc độ tăng dòng điện di / dt - Tốc độ tăng điện áp dv / dt - Dịng điện rị I r THYRISTOR (tiếp) Hình ảnh thyristor Thyristor kép MSS40 hãng ST I F = 55 A VFBD = 800V di / dt = 50 A / µs I G = 50mA VG = 1.3V dv / dt = 1000V / µs LS43 50 hãng POWEREX I F = 900 A VFBD = 1600V I G = 200mA VG = 3V di / dt = 200 A / µs dv / dt = 1000V / µs TRIAC Cấu trúc nguyên lý hoạt động - Hai phần tử thyristor đấu ngược - Cực điều khiển đấu chung - Chuyển trạng thái khóa dòng dẫn thấp giới hạn cho phép I G = TRIAC (tiếp) Đặc tính vơn - ampe - Góc phần tư thứ ứng với VT > VT - Góc phần tư thứ hai ứng với VT > VT TRIAC (tiếp) Hình ảnh triac BTA06 hãng ST VDSS = 250V RDS ( on ) = 0.45Ω I D = 8.1A ton , toff < 30ns Ploss max = 74W ... ampe - 1: Đoạn khóa thuận - 2: Đoạn dẫn - 3: Đoạn khóa ngược THYRISTOR (tiếp) Thơng số điện - Dòng điện định mức dẫn I on - Điện áp ngược cực đại U RBD - Điện áp rơi thyristor dẫn U f - Điện áp điều. .. thêm nguyên tố nhóm V (lớp ngồi có điện tử) , điện tử ghép với điện tử lớp nguyên tố Si lại điện tử Điện tử dễ bị tách khỏi lớp nguyên tố nhóm V để trở thành điện tử tự di chuyển cấu trúc tinh thể... Điện áp rơi thyristor dẫn U f - Điện áp điều khiển U G - Dòng điện điều khiển I G - Tốc độ tăng dòng điện di / dt - Tốc độ tăng điện áp dv / dt - Dòng điện rị I r THYRISTOR (tiếp) Hình ảnh thyristor