Linh kiện bán dẫn công suất trong thiết bị điện tử công suất

DIODE COÂNG SUAÁT

Các điện tử tự do trong bán dẫn n sẽ liên kết với các lỗ tự do của bán dẫn p, do đó phía n sẽ mang điện tích dương và phía p sẽ mang điện tích âm. Nếu đặt vào p (anode) một điện áp dương so với n (cathode) sẽ có dòng chạy qua và tạo nên một điện áp rơi khoảng. Nếu điện áp ngược lại, các điện tử tự do và lỗ trống bị đẩy xa lớp chuyển tiếp, kết quả chỉ có dòng rò vào khoảng vài mA có thể chạy qua.

Khi tăng tiếp tục điện áp ngược, các điện tích được gia tốc, gây nên va chạm dây chuyền làm hàng rào điện thế bị chọc thủng. Kết quả Diode mất tính chất dẫn điện theo một chiều khi điện áp vượt qua điện áp ngược cực đại.

TRANSISTOR COÂNG SUAÁT

Ở trạng thái bão hòa, để duy trì khả năng điều khiển và để tránh điện tích ở cực gốc quá lớn, dòng điện gốc ban đầu phải cao để chuyển sang trạng thái dẫn nhanh chóng. Để giảm dòng điện góp ở trạng thái khóa người ta duy trì một điện áp ngược với giá trị nhỏ ở cực gốc như một khóa chuyển mạch, tổn hao công suất trong transistor là nhỏ. Ngoài ra thời gian dẫn của SCR cũng có thể thay đổi nên dòng cung cấp cho tải cũng thay đổi từ zêro đến giá trị lớn nhất của nguồn cung cấp.

Khi đặt SCR dưới điện áp một chiều, anode nối vào cực dương, cathode nối vào cực âm của nguồn điện áp, J1 và J3 được phân cực thuận, J2 được phân cực nghịch. Điện trường ngoài tác động cùng chiều với E, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng mở rộng ra, không có dòng điện chảy qua SCR mặc dù nó bị đặt dưới điện áp. Đến đây, một số ít chúng chảy vào nguồn Ug và hình thành dòng điều khiển Ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần lớn điện tử chịu sức hút của điện trường tổng hợp của mạch ghép J2, lao vào vùng chuyển tiếp này chúng được tăng tốc độ, động năng lớn lên, bẻ gãy các liên kết nguyên tử Si, tạo nên những điện tử tự do mới.

Kết quả của phản ứng dây chuyền làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N1 qua P1 và đến cực dương của nguồn điện ngoài, gây nên hiện tượng dẫn điện ào ạt. Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính UAK đang có mặt P1, N1,P2, bây giờ đảo chiều hành trình, tạo nên dòng điện ngược chảy từ cathode về anode, về cực âm của nguồn điện áp ngoài.

Các khối của mạch điều khiển SCR

Như vậy điện áp đầu ra của mạch so sánh chỉ có hai giá trị + U0max hoặc - U0max. Khối khuếch đại xung đầu ra: khối khuếch đại và tạo xung đầu ra có nhiệm vụ tạo xung có biên độ và độ rộng cần thiết để điều khiển SCR. Đầu vào của khối này là tín hiệu ra của khâu tạo xung, đầu ra là xung để mở trực tiếp SCR hoặc qua biến áp xung.

Vì mạch điều khiển SCR làm việc theo nguyên tắc điều khiển pha nên cần có sự đồng bộ giữa mạch tạo xung kích với điện áp chu kỳ đặt lên SCR. Dưới đây trình bày một mạch số mạch đồng bộ góc kích cho mạch dao động UJT. Nhận thấy việc đồng bộ được thực hiện bằng cách cung cấp cho UJT hoặc tụ một điện áp biến thiên qua điểm 0 một cách trực tiếp như hình III-4 a,b.

Khi điện áp nguồn đi qua điểm 0 thì mạch dao động cũng ngừng làm việc.

Chọn mạch thi công

Khi ngừ ra từ cực C của T4 từ mức cao xuống mức thấp thì T5 dẫn, đổ dòng xuống cực E của UJT nhằm giúp cho quá trình nạp xả của tụ diễn ra thuận lợi hơn. Khi điện áp từ khối hồi tiếp đưa về thay đổi làm cho quá trình nạp xả của tụ thay đổi kết quả là tần số xung ngừ ra thay đổi. Hiện tượng chuyển mạch từ thyristor này sang thyristor khác xảy ra khi khóa các thyristor đang dẫn đồng thời đặt điện áp khống chế lên các thyristor sẽ mở.

Ngày nay, với kỹ thuật vi mạch phát triển cao người ta đã dùng IC để tạo xung kích, cụ thể dùng trong việc điều khiển pha là TCA780. Dạng súng ngừ vào của khối tạo xung răng cưa là vuụng, nửa bỏn kỳ đầu xung là dương, tụ C được nạp đầy thụng qua điện trở R4. R2 được dựng trong mạch để giảm nhỏ dũng phõn cực ngừ vào lờn điện ỏp off-set ngừ ra và R2 thường được chọn bằng R4 (R2 = R4).

Điện ỏp off-sột ngừ vào và một phần dũng phõn cực ngừ vào sẽ nạp qua tụ C gõy nờn sự sai lệch điện ỏp ở ngừ ra của mạch, vì vậy mạch thực tế phải mắc thêm R3 song song tụ C để cung cấp một điện áp DC cố định. D1 ngăn không cho xung trả ngược về Q1 sẽ đánh thủng transistor, D2 và D3 xén phần xung nhiễu đưa vào cực G của thyristor. Tuy nhiên như ta đã biết, biến áp xung làm việc khi có sự thay đổi từ thông nghĩa là ta phải đưa dòng điện dạng ngắt dẫn vào nó.

Khi điều chỉnh biến trở từ vị trí min đến vị trí max, ngay tại hai vị trí min và max thì dòng điện không còn ở trạng thái ngắt dẫn, từ thông không còn biến thiên do đó mạch từ của biến áp sẽ bão hòa. Mỗi khi ngừ vào xung nảy từ thấp lờn cao thỡ ngừ ra sẽ lờn cao và khi ngừ vào từ cao xuống thấp thỡ ngừ ra cũng xuống thấp bất chấp hết xung hay chưa (vỡ lỳc này chõn reset cú tỏc dụng làm ngừ ra xuống mức thấp). Mức thấp này áp dụng cho ngừ nảy (chõn 2) làm mạch nảy và ngừ ra lờn cao đồng thời tụ C4 nạp về hướng Vcc qua hai điện trở R8 và R7.

Khi tụ nạp được đến 2/3Vcc flip flop lật trạng thỏi, ngừ ra xuống thấp (xấp xỉ 0V) transistor dẫn và tụ xả điện qua R8 vào ngừ xả (chõn 7). Khi điện thế của tụ đến thềm dưới (1/3Vcc) flip flop trở về trạng thỏi như lỳc mở điện, ngừ ra xuống thấp, transistor ngưng dẫn và tụ lại nạp thụng qua hai điện trở R7, R8 hướng về Vcc. IC1B và IC1C được xem như là tầng đệm ở ngừ ra, T2 được thiết kế hoạt động ở chế độ dẫn bảo hũa, lấy xung ở ngừ ra của cực C của T2 đưa vào biến ỏp xung.

Thiết kế bàn thí nghiệm

- Khối tạo xung kích và biến trở điều chỉnh được đặt vào góc bên phải của mô hình để thuận tay. - Maẽch động lực gồm SCRvà Diode được đặt theo từng nhúm như hỡnh 4-1, nhóm SCR được đặt kề với khối tạo xung kích giúp mạch đơn giản. - Các loại tải được đặt ở vị trí dưới cùng của mô hình theo trật tự tiến hành của một bài thí nghiệm.

- Các điện trở công suất dùng đo dạng sóng của dòng điện và Diode chuyển mạch được đặt vào góc bên trái của mô hình.

Chỉnh lưu toàn kỳ bán điều khiển

Mạch dùng 2SCR và 2 diode như hình 4-2, điều chỉnh điện áp chỉnh lưu trung bình. Chỉnh lưu hai nữa chu kỳ đó là tổng hai chỉnh lưu nữa chu kỳ, dòng điện đi qua thyristor đến tải còn các diode có nhiệm vụ dẫn dòng trở về. Các bước thí nghiệm giống như phần thí nghiệm 1, vẽ dạng sóng điện áp, dòng tải trong trường hợp góc kích là 1350.

So sánh dạng sóng điện áp tải trong thí nghiệm 1,2 ứng với ba loại tải: trở , cảm , động cơ. So sánh dạng sóng dòng điện tải trong thí nghiệm 1,2 ứng với ba loại tải: trở , cảm , động cơ. Giải thích sự khác nhau về dạng sóng dòng điện và điện áp trong từng thí nghiệm và giữa hai thí nghiệm 1 và 2.

Thớ nghieọm

Khi tăng góc kích lên thì trị trung bình của điện áp tải tăng hay giảm?. Mạch dùng 3 SCR trong sơ đồ chỉnh lưu nửa chu kỳ cung cấp cho tảivà chỉ dùng các diode để dẫn dòng về nguồn. Quan sát dạng sóng áp tải và dòng điện trong trường hợp tải trở, tải cảm, tải động cô.

Chỉnh lưu cầu một pha bán điều khiển

Khi không có diode hoàn năng lượng (dòng điện được phân tích theo lý thuyeát). - Trường hợp tải thuần trở: từ hình vẽ ta thấy rằng dòng id là dòng gián đoạn. Ở nửa bán kỳ sau SCR2 và D1 dẫn khi SCR2 được kích nên dòng qua tải là dòng gián đoạn.

Diode D ngăn diện áp chỉnh lưu trở thành âm nên điện áp chỉnh lưu không giống với trường hợp không có diode D. Khi điện áp nguồn tại điểm 0 và trước khi kích SCR2, SCR1 vẫn tiếp tục dẫn nhưng mạch trở về của dòng điện đã chuyển từ D2 sang D1. Diode D không tạo nên mạch song song với mạch gồm 1SCR và 1 diode nên giúp SCR dễ dàng về trạng thái khóa.