CHƯƠNG 2 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ KHỐI MẠCH LỰC
2.2. Khối biến đổi điện áp DC AC
2.2.1. Tính chọn IGBT
IGBT là BJT có cực điều khiển cách ly.Đây là linh kiện kết hợp khả năng đóng ngắt nhanh của Mosfet và khả năng chịu tải lớn của BJT. IGBT có khả năng chịu được áp và dòng lớn cũng như tạo nên độ sụt áp vừa phải khi dẫn điện. IGBT có phần tử MOS với cổng cách điện được tích hợp trong các cấu trúc của nó.Việc điều khiển đóng và ngắt IGBT được thực hiện nhờ phần tử MOSFET đấu nối giữa hai cực của transistor NPN.
Hình 2.8. Mạch tương đương cấu tạo IGBT.
Hình 2.9. Ký hiệu IGBT.
Khi tác dụng lên G một điện thế dương so với chân emitter để kích đóng IGBT, các hạt mang điện các hạt mang điện loại n được kéo về kênh p gần cổng làm giàu điện tích mạch cổng p của transistor npn và làm cho transistor này dẫn điện. Việc ngắt IGBT có thể thực hiện bằng cách khóa điện kích để ngắt kênh dẫn P.
Hình 2.10. Đặc tính V – A của IGBT.
Ưu điểm: IGBT có khả năng đóng ngắt nhanh nên thường đuợc sử dụng trong các bộ biến đổi điều chế độ rộng xung tần số cao. IGBT có đơ sụt áp khi dẫn điện lớn hơn so với các linh kiện thuộc dạng thyristor như GTO. Tuy nhiên IGBT chiếm vị trí quan trọng trong cơng nghiệp với hoạt động trong phạm vi công suất đến 10MW hoặc cao hơn nữa. Thới gian đóng ngắt của IGBT rất nhanh khoảng vài us và khả năng chịu tải đến 4,5KV- 2.000A.
Vì IGBT đóng ngắt rất nhanh gây quá áp trên collecter, emitter lập tức đánh thủng phần tử. Có thể ngăn chặn hậu quả của việc tắt dòng đột ngột bằng cách sử dụng mạch RC (snubber ) mắc song song với các phần tử.
IGBT có một tụ kí sinh giữa cực G và cực E, khi thiết kế mạch cần lưu ý đến vấn đề này vì khi kích một điện áp vào cực G sau đó ngưng kích thì IGBT khơng tắt mà vẫn dẫn một thời gian cho đến khi hết điện áp trên tụ kí sinh. Khi bị dẫn như vậy sẽ làm giảm tốc độ đóng ngắt của IGBT và điều khiển không như ý muốn. Để khắc phục người ta mắc thêm điện trở từ G xuống E, điện trở này có giá trị trong khoảng 1k đến 100k sao cho đảm bảo IGBT đóng cắt nhanh mà khơng bị sụt áp trên mạch kích.
Để tăng tốc độ ngắt của IGBT người ta thường dùng phương pháp khóa bằng cách kích điện áp âm và G-E trong chu kỳ ngắt, làm như vậy đảm bảo IGBT xả hoàn tồn tụ ký sinh và khơng bị nhiễu áp gây dẫn khơng như mong muốn.
Tính tốn chọn IGBT phù hợp với mạch.
Ta có dịng chịu đựng tối đa của mạch cầu H: IH I .t Ki 2.24(A) (với K=2) Dòng chịu đựng tối đa của mỗi IGBT:
. 4 1 A 4 4 t i I K I .
Điện áp tối đa trên mỗi IGBT:
2. .t u 2.310.1, 4 613,7 V
U U K . (với Ku =1,4)
Để IGBT hoạt động ổn định và bền, trong mạch sử dụng IGBT K40T120 hoạt động được ở Ic =40A (với nhiệt độ 25 độ C), Có VCE bão hịa là 2v, áp kích VGE là
20
v. Sau đây thông số của IGBT.