Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Điện tử công suất cung cấp cho người học các kiến thức: Các phần tử bán dẫn công suất (đi ốt, tranzitor công suất), các phần tử bán dẫn công suất (thyristo, thyristo gto, triac), chỉnh lưu công suất không điều khiển một pha,...
TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI Tác giả (chủ biên) BÙI CHÍNH MINH GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT (Lưu hành nội Ngành ĐIỆN CÔNG NGHIỆP) Hà Nội năm 2012 Tuyên bố quyền Giáo trình sử dụng làm tài liệu giảng dạy nội trường cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội không sử dụng không cho phép cá nhân hay tổ chức sử dụng giáo trình với mục đích kinh doanh Mọi trích dẫn, sử dụng giáo trình với mục đích khác hay nơi khác phải đồng ý văn trường Cao đẳng nghề Cơng nghiệp Hà Nội LỜI NĨI ĐẦU Trong chương trình đào tạo trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề thực hành nghề giữ vị trí quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần giáo trình nội bộ, mang tính khoa học đáp ứng với yêu cầu thực tế Nội dung giáo trình “ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT” xây dựng sở kế thừa nội dung giảng dạy trường, kết hợp với nội dung nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, Giáo trình nội nhà giáo có nhiều kinh nghiệm nhiều năm làm cơng tác ngành đào tạo chuyên nghiệp Giáo trình biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập nội dung bản, cốt yếu để tùy theo tính chất ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp khơng trái với quy định chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề Tuy tác giả có nhiều cố gắng biên soạn, giáo trình chắn khơng tránh khỏi thiếu sót, mong nhận tham gia đóng góp ý kiến bạn đồng nghiệp chuyên gia kỹ thuật đầu ngành Xin trân trọng cảm ơn! BÀI : CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT ( ĐI ỐT, TRANZITOR CÔNG SUẤT Mã bài: MĐ 23 - M.1 Giới thiệu: Đi ốt Tranzitor công suất phần tử định công suất biến đổi Lựa chọn phần tử phù hợp tăng cao tuổi thọ linh kiện tăng cao tuổi thọ biến đổi Mục tiêu: - Nắm cấu tạo Điốt, Tranzitor công suất - Trình bày nguyên lý làm việc linh kiện - Trình bày cách lắp đặt linh kiện theo sơ đồ nguyên lý - Xác định loại Điốt, Tranzitor công suất - Biết cách kiểm tra linh kiện - Sử dụng dụng cụ, thiết bị đo kiểm kỹ thuật - Cẩn thận, xác, nghiêm túc thực theo quy trình - Đảm bảo an tồn cho người thiết bị Nội dung chính: * Kiến thức cần thiết để thực công việc: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC: 1.1 Cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính Vơn – Ampe Điốt cơng suất 1.1.1 Cấu tạo Điốt công suất Nghiên cứu tượng vật lý mặt ghép P – N (hình 1.1) sở để giải thích rõ ràng nguyên lý làm việc thiết bị bán dẫn Gọi P vật liệu bán dẫn, dẫn điện theo lỗ; gọi n vât liệu bán dẫn, dẫn điện theo điện tử Đem vật liệu P hàn vào vật liệu N, ta có mặt ghép P – N nơi xảy tượng vật lý quan trọng Các lỗ vùng P chuyển động tương đối tràn sang vùng N nơi có lỗ Các điện tử vùng N chạy sang vùng P nơi có điện tử Đây tượng khuếch tán Kết miền - h < x < điện tích dương điện tích âm tăng lên Tại miền < x< h điện tích dương tăng lên điện tích âm giảm Ta gọi p mật độ lỗ , n mật độ điện tử, vùng –h < < h vùng chuyển tiếp Trong vùng chuyển tiếp rộng khoảng 0,01 đến 0,1m mật độ điện tử lỗ trống nhỏ nên dẫn điện kém, gọi vùng chuyển tiếp Trong vùng chuyển tiếp hình thành điện – trường – nội – tại, ký hiệu E có chiều từ vùng N hướng vùng P Người ta gọi điện trường nội barie điện thế, (khoảng 0,6 đén 0,7V vật liệu Si) Điện trường nội E1, ngăn cản di động điện tích đa số ( điện tử vùng N lỗ vùng P )và làm dễ dàng cho di động điện tích thiếu số ( điện tử vùng P lỗ vùng N) Sự di chuyển điện tích thiểu số hình thành dòng điện ngược, gọi dòng điện rò Hình 1.1 Mặt ghép P-N 1.1.2 Nguyên lý làm việc Điốt công suất a Phân cực thuận Khi thiết bị bán dẫn, gồm hai mảnh P – N, đặt điện áp nguồn có điện tích cực hình 1.2, chiều điện trường ngồi E ngược với chiều điện trường nội E1 (thông thường E > E1 ) dòng điện I chạy dễ dàng mạch Trong trường hợp này, điện trường tổng hợp có chiều điện trường ngồi Điện trường tổng hợp làm dễ dàng cho di chuyển điện tích đa số điện tử tái chiếm vùng chuyển tiếp, khiến trở thành dẫn điện Người ta nói mặt ghép P – N phân cực thuận (hình 1.2) Vậy phân cực thuận hạ thấp barie điện Hình 1.2 Phân cực thuận mặt ghép P-N b Phân cực ngược Điện trường E tác động chiều với điện trường nội Ei Điện trường tổng hợp cản trở di chuyển điện tích đa số Các điện tử vùng N chạy thẳng cực dương nguồn E, khiến cho điện vùng N cao ( so với vùng P ) lại cao Vùng chuyển tiếp, vùng cách điện, lại rộng Khơng có dòng điện chạy qua mặt ghép P –N (Hình 1.3 ) người ta nói mặt ghép bị phân cực ngược Hình 1.3 Phân cực ngược mặt ghép P-N 1.1.3 Đặc tính Vơn – ampe Điốt cơng suất - Hình 1.4 Đặc tính Vơn – am pe Đi ốt cơng suất Đặc tính V-A điốt bao gồm hai nhánh: nhánh thuận (1) nhánh ngược (2) (hình 1.4) Dưới điện áp U > 0, điốt phận cực thuân, barie điện giảm xuống gần 00 Khi tăng U, lúc đầu dòng tăng từ từ, sau U lớn khoảng 0,1V tăng nhanh, đường đặc tính có dạng hình hàm mũ Dưới điện áp U < 0, điốt bị phận cực ngược Khi tăng U, dòng điện ngược tăng từ từ U > 0,1V, dòng điện ngược dừng lại giá tri vài chục mA Dòng điện ngược ký hiệu IS, di chuyển điện tích thiểu số làm nên Nếu tiếp tục tăng U điện tích thiểu só di chuyển dễ dàng hơn, tốc độ di chuyển tỉ lệ thuận với điện trường tổng hợp, động chúng tăng lên Khi U = UZ động chúng đủ lớn phá vỡ liên kết nguyên tử Si vùng chuyển tiếp làm xuất điện tử tự dp Quá trình tiếp tục theo phản ứng dây chuyền làm dòng điện ngược tăng ạt, điốt bị phá hỏng Để sử dụng điốt an toàn ta cho chungd làm việc vớ điện áp U = (0,7 0,8)UZ 1.2 Các thông số chủ yếu điốt cơng suất: Mỗi điốt cơng suất thường có thơng số chủ yếu sau đây: Dòng điện thuậnđịnh mức Ia : dòng điện cực đại cho phép qua điốt thời gian dài mở điốt Điện áp ngược định mức UKamax : điện áp ngược cực đại cho phép đặt vào điốt thời gian dài điốt bị khóa Điện áp rơi định mức Ua : ddienj áp rơi điốt điốt mở dòng điện qua điót dòng điện thuận định mức Thời gian phục hồi tính khóa tk : thời gian cần thiết để điốt chuyển từ trạng thái mở sang trạng thái khoa Dòng ngắn hạn cực đại cho phép: dòng điện cực đại cho phép qua điốt trạng thái mở thời gian ngắn 1.3 Cấu tạo, sơ đồ nối cực phát chung, sơ đồ nối phần tử đóng cắt khơng tiếp điểm Tranzitor lưỡng cực công suất 1.3.1 Cấu tạo – sơ đồ nối cực phát chung Tranzitor lưỡng cực công suất thiết bị gồm ba lớp bán dẫn NPN PNP dùng để đóng cắt dòng điện chiều có cường độ tương đối lớn Trong điện tử công suất người ta dùng phổ biến loại NPN mắc theo sơ đồ cực phát chung (hình 1.5a ) Trong sơ đồ này, ta xem dòng điện gốc IB dòng điều khiển dòng điện góp IC dòng động lực Hình 1.5a Sơ nối cưc phát chung Tranzitor Mỗi tranzitor có mặt tiếp giáp P – N, lớpghép E B ký hiêu JEB lớp ghép B C ký hiệu JBC Khi UBE > UCE > lớp ghép JEB phân cực thuận lớp ghép JBC phân cực ngược Do điện tửdo ( hạt mang điện đa số) dễ dàng chuyển dịch qua JEB từ Ee sang B Vì lớp B mỏng nồng độ lỗ thấp nên hầu hết điện tử chuyển từ E sang B đến mặt ghép JBC Đến điện tử gia tốc điện trường ngược ECB dễ dàng qua mặt ghép JCB đến C Dòng điện tử tạo nên dòng điên cực góp IC Một số điệntử tự từ E sang B tái hợp với lỗ vùng B Để cân bàng điện tích lớp Bphải lấy số điện tử tái hợp Dòng lỗ lấy từ nguồn EBE tạo nên dòng điện gốc IB Như vậy, ta gọi dòng điện tạo điện tự từ E sang B dòng điện phát IE ta có: IE = IC + IB Trong IB