Giáo trình Mạch điện tử công suất và ứng dụng - Chương 2: Linh kiện điện tử công suất
Khái niệm về mạch lái (driver):
DRIVER: bộ phận trung gian giữa HT điều khiển - thiết bị
- HT ĐKTĐ: Driver = bộ điều khiển động cơ/ tải công suất
- BBĐ: Driver = mạch cung cấp dòng điều khiển NĐBD
gồm KĐ công suất + ghép nối
- Ghép nối: trung gian mạch ĐK – động lực
Trực tiếp – qua trung gian quang / tư
Dạng xung điều khiển tối ưu
Giải thích:
tụ điện ký sinh CBE cần nạp/xả nhanh
MosFET, IGBT: cũng có quá trình tương tự với CGS .
- Mạch cải thiện quá trình khóa:
Tụ C tạo đường dẫn điện IC trrong quá trình khóa ngắt đi
Trang 1
Trang 2
Trang 3
Trang 4
Trang 5
Trang 6
Trang 7
Trang 8
Trang 9
Trang 10
Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 10 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạch điện tử công suất và ứng dụng - Chương 2: Linh kiện điện tử công suất", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Giáo trình Mạch điện tử công suất và ứng dụng - Chương 2: Linh kiện điện tử công suất
Slides ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Chương 2: LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 2.1 Diod công suất 2.2 Linh kiện họ transistor 2.3 Linh kiện họ thyristor Ngắt điện điện tử: linh kiện hay nhóm linh kiện điện tử làm việc trong hai chế độ: - Dẫn điện hay bảo hoà (ON): sụt áp rất bé, dòng phụ thuộc vào tải. - Khóa (OFF): dòng qua nó rất bé (≈ 0), xem như hở mạch. Linh kiện chính: diode, thyristor (SCR), transistor (BJT, MosFET, IGBT). 2 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 2.1 DIOD CÔNG SUẤT: Là diod chịu dòng lớn, dùng trong ĐTCS 1. Phân loại: - có hai loại: - tần số công nghiệp (diod chỉnh lưu) - diod tần số cao có diod Schotky chịu áp thấp, sụt áp thuận 0.2 – 0.4V. 2. Đặïc tính phục hồi của diod (recovery): Từ dẫn -> khóa có khoãng dẫn dòng ngược TÁC DỤNG: hạn chế tần số làm việc, quá áp đóng ngắt 3 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 2.2 LINH KIỆN HỌ TRANSISTOR: Là nhóm linh kiện đóng ngắt theo điều khiển: BJT, MosFET, IGBT G S D S G D G C E G C E MosFET kênh n (Ký hiệu quen dùng) Ký hiệu IGBT Mạch nguyên lý IGBT - MosFET: là transistor trường loại tăng (enhancement). - IGBT (Insulated Gate BJT) = MosFET ở ngỏ vào + BJT ở ngỏ ra. BJT: điều khiển bằng dòng cực B MosFET, IGBT: điều khiển bằng áp VGS VGE - IB = 0 => BJT khóa, không dẫn điện - IB đủ lớn (IB > IC / β) BJT bảo hòa: dòng tải IC chỉ phụ thuộc tải. transistor Darlington có β từ vài trăm đến vài nghìn. - VGS ≤ 0 : transistor khóa - VGS > VTH : transistor dẫn điện (VTH từ 3 .. 5 volt) Thực tế điều khiển: 0/10 – 15V hay ±(10 – 15)V 4 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 2.2.1 Đặc tính đóng ngắt BJT - Thí nghiệm đóng ngắt tải R và RL: VCC VCC Ci Ci CE v CE v Q R1 R2 VBB Rt L Q Rt R1 R2 VBB - từ khóa Ỉ bảo hòa transistor đi qua trạng thái khuếch đại => có tổn hao đóng ngắt: phát nhiệt tăng cao theo tần số làm việc => cần có biện pháp: điều khiển tối ưu + mạch hỗ trợ 5 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 2.2.2 Mạch lái BJT: Khái niệm về mạch lái (driver): Điều khiển vòng kín Mạch phát xung Khuếch đại xung Ghép nối Điều khiển Mạch lái (driver) NĐBD DRIVER: bộ phận trung gian giữa HT điều khiển - thiết bị - HT ĐKTĐ: Driver = bộ điều khiển động cơ/ tải công suất - BBĐ: Driver = mạch cung cấp dòng điều khiển NĐBD gồm KĐ công suất + ghép nối - Ghép nối: trung gian mạch ĐK – động lực Trực tiếp – qua trung gian quang / từ 6 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi a. Dạng xung điều khiển tối ưu: - Dòng cực B tối ưu: I I I cb dt ng t Bi Q R2 VBB C D R R1 mạch Snubber Giải thích: tụ điện ký sinh CBE cần nạp/xả nhanh MosFET, IGBT: cũng có quá trình tương tự với CGS . - Mạch cải thiện quá trình khóa: Tụ C tạo đường dẫn điện IC trrong quá trình khóa ngắt điện 7 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi b. Mạch lái BJT - các dạng mạch lái trực tiếp: (a), (b), (d) - VCC VCC (a) (b) (c) (d) Q R2 VBB C R3 Q1 Q2 R1 R2 D Q Q2 Q1 1uF 2.2k QT R1 - Ghép bằng quang (OPTRON): Dùng nguồn độc lập cho mạch lái. OPTRON (Cách ly tín hiệu ĐK) + sửa dạng + khuếch đại công suất (Ghép trực tiếp). Mạch điện tương tự như lái SCR. Khuếch đại xung 10 mA cấp điện OPTO 1 2 4 3 + _ 8 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 2.2.3 mạch lái MosFET, IGBT: - Các thông số: Ngưỡng áp điều khiển 3 – 5 V Tiêu biểu 0 – 10 V (hay 15 V) +/- 10 V (hay 15 V) Giới hạn +/- 20 V Mạch cực cổng 22k 510/3w MOSFET N 330p Dz7V2 0..15V Xung D 220 - Mạch lái MosFET và IGBT: Tần số thấp: lái trực tiếp từ vi mạch 12V Tần số cao: Mạch lái tương tự BJT nhưng cấp điện 15 – 20V. Vi mạch lái: - IR21xx - optron + mạch KĐại 9 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi II.3 LINH KIỆN HỌ THYRISTOR: Thyristor: linh kiện có ≥ 4 lớp, đại diện là SCR 1. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động SCR: Ký hiệu SCR Hình II.2.2: Cấu tạo một SCR dòng lớn ở tỉ lệ thực (a) và phóng to mảnh tinh thể bán dẫn (b) Anod: Dương cực Katod: Âm cực Gate: Cổng hay cực điều khiển. 10 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi K N A G N P P Cấu tạo nguyên lý Mạch tương đương hai BJT Hình II.2.1: nguyên lý SCR - Mạch tương đương giải thích được hoạt động của SCR khi phân cực thuận - Khi mới cấp điện, iG = 0 : SCR khóa thuận và ngược – IA là dòng điện rò, rất bé, cở mA với VAK ≠ 0. - Khi SCR phân cực thuận VAK > 0, và IG > 0, SCR Ỉ dẫn điện - SCR tự giữ trạng thái dẫn điện cho đến khi IA Ỉ 0. 2. Đặc tính tĩnh ( volt – ampe ): Mô tả quan hệ IA(VAK) với dòng IG khác nhau. 11 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Hình II.2.3 Sơ đồ thí nghiệm và đặc tuyến volt – ampe của SCR * VAK < 0 : Khóa ngược: có dòng rò ngược, cở mA. Khi VAK < - VRB ta có hiện tượng gãy ngược Ỉ SCR bị hỏng. * VAK > 0 và IG = 0 : Khóa thuận: có là dòng rò thuận, cở mA. Khi VAK > VFB ta có hiện tượng gãy thuận: SCR Ỉ dẫn điện. Định mức áp của SCR cần lớn hơn các giá trị gãy với hệ số an toàn > 2. * Quá trình kích: Khi phân cực thuận, nếu IG tăng, VFB giảm dần. => Kích dòng IG đủ lớn để SCR dẫn điện bất chấp áp phân cực thuận. * Vùng dẫn điện: sụt áp VAK = VF khoảng 1 - 2 volt. 12 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Có 2 thông số dòng: IL : dòng cài, IH : dòng giữ 2. Đặc tính động ( đóng ngắt ): a. Đặc tính mở: ( turn on ) - Thời gian trễ ton - Giới hạn tốc độ tăng dòng diA/dt vì có thời gian lan truyền của vùng dẫn điện Hình II.2.4.a. Đặc tính động : mở và khóa của SCR (2)(1) 13 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Hình II.2.4.b. Cấu tạo SCR cực cổng để cải thiện đặc tính động b. Đặc tính khoá: ( turn off ) - Thời gian đảm bảo tắt toff toff = [ 10 .. 50 ] usec với SCR tần số cao [ 100 .. 300 ] usec với SCR chỉnh lưu. - Có giới hạn tốc độ tăng du/dt để tránh tự kích dẫn. - Có quá trình dẫn dòng ngược khi khóa (đặt áp âm) như diod (đặc tính phục hồi ngược). - Cần có mạch bảo vệ chống tự kích dẫn (hình II.2.5). 14 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi C2 = 0.05 – 0.1 uF; R2 = 33 – 100 ohm; R1 = 20 – 100 ohm; C1 = 0.1 – 0.5 uF. Hình II.2.5: Mạch snubber R1C1 và RC cực cổng bảo vệ SCR khỏi các chế độ kích dẫn không mong muốn. 3. Đặc tính cổng: (hay kích khởi cổng) 15 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Bao gồm: (1) IG(VG) tiêu biểu, (2) IG(VG) ứng với điện trở RG bé, (3) IG(VG) ứng với điện trở RG lớn. Các thông số giới hạn ( cực đại ): dòng IGmax, áp VGmax và công suất tiêu tán trung bình PGmax (phụ thuộc bề rộng xung kích SCR). Các thông số giới hạn (bé nhất) cho đảm bảo kích: VGT, IGT . Hình II.2.6: Đặc tính cổng SCR Điểm làm việc của cực cổng SCR phải nằm trong các giới hạn trên. 16 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi 4. Các linh kiện khác trong họ thyristor: Thyristor là họ linh kiện có ít nhất 4 lớp với SCR là đại diện. Thyristor có khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện (kích dẫn). Một số Thyristor được chế tạo để có thể điều khiển được quá trình khoá làm thành ngắt điện điện bán dẫn một chiều. Hình II.2.7: Ký hiệu của các linh kiện hay gặp của họ Thyristor. a. DARLISTOR: SCR có cấu tạo nối tầng (cascade) để tăng hệ số khuếch đại dòng IA / IG b. DIAC: c. LA SCR ( Light – activated – SCR ): SCR kích bằng tia sáng. d. GTO: ( Gate turn off SCR, SCR tắt bằng cực cổng ). GTO cho phép ngắt SCR bằng xung âm ở cực cổng. Từ mạch tương đương hai BJT 17 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi (hình 1.2a), khả năng này có thể được dự đoán. e. TRIAC: Là hai SCR song song ngược, được chế tạo với dòng định mức đến hàng ngàn ampe. - IG > 0 hay IG < 0 tổ hợp với VT > 0 hay VT < 0 cho ta 4 kiểu hoạt động Hình II.2.8 Đặc tuyến V – I của TRIAC và DIAC Hình II.2.9: Hình dạng bên ngoài của một số TRIAC (SCR cũng tương tự ) Nhược điểm TRIAC: - dễ bị tự kích ở nhiệt độ mối nối cao - có giới hạn du/dt rất thấp, 18 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi khó làm việc với tải có tính cảm. 5. Mạch lái Thyristor: a. Ghép trực tiếp: Mạch lái = mạch khuếch đại dòng 6V XUNG DK SCR R? RC1 0.1 uF R5 2.2 ohm R2 220 R3 100 R1 100 R4 2.2 ohm Q1 C1061 b. Ghép quang: dùng OPTRON cách ly Điều khiển - Động lực 19 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi OPTRON (Optocoupler) OPTRON Triac họ MOC OPTRON thông thường có thời gian trễ lớn hơn vài micro giây => tần số tối đa đến vài chục KHz. 6V OPTO1 1 2 4 3 Q1 Q2 1K 2.2 ohm 2.2 ohm R1 4K7 4k7 R2 100 4K7 SCR Sơ đồ kích SCR dùng OPTRON thông thường. Đặc tính optron PS2521 (NEC) hay TLP521 (TI) 20 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi Đặc tính optron TRIAC họ MOC của Motorola c. Ghép biến áp: biến áp xung (BAX) nguyên tắc BAX là xung phải đủ hẹp: thời gian có xung đủ nhỏ – thời gian nghỉ đủ dài 21 / 19 ch2 LK DTCS ppt.doc /ĐTCS&ƯD Được phép mang vào phòng thi VCC D2 D1 3k3 3k3 3k3 Q1 BAX 3.3 ohm D2 47n 100 SCR Mạch lái xung hẹp
File đính kèm:
- giao_trinh_mach_dien_tu_cong_suat_va_ung_dung_chuong_2_linh.pdf