Các linh kiện bán dẫn công suất ppt

Các linh kiện bán dẫn công suất
Các linh kiện bán dẫn công suất
1. Diode công suất:
1. Diode công suất:
Diode công suất chia làm 2 loại :

Dùng cho tần số công nghiệp (diode chỉnh lưu)

Diode dùng cho mạch đóng ngắt tần số cao.
Diode công suất do 2 lớp vật liệu bán dẫn P-N ghép lại
thành. S mặt ghép đạt tới hàng chục Cm2, với mật độ
dòng điện 10A/mm2
1. Diode công suất:(tt)
1. Diode công suất:(tt)

S phân c c c a m t ghép P-Nự ự ủ ặ
Phân cực thuận
.
R
D
Vcc> 0,6V
V c c
R
D
Phân cực nghịch
1. Diode công suất:(tt)
1. Diode công suất:(tt)

Ở góc phần tư thứ nhất:
Dòng điện lớn, sụt áp nhỏ


Ở góc phần tư thứ ba:
Dòng rò nhỏ, điện áp ngược lớn

Thông số:
I
đm
– dòng điện định mức, hiện
nay dòng điện lớn nhất của một
diod công suất tới 7000A
∆U – sụt áp thuận; Sụt áp của
diod trong khoảng (0,7 - 2)V
∆P – tổn hao công suất
∆P = ∆U.I (đến hàng kW)
T
cp
- nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp khoảng 200
0
C
U
N
- điện áp ngược; Trong khoảng (50-4000)V
I
rò
– dòng điện rò, hàng trăm mA
I
U
+
-
+
-

I
LV
1. Diode công suất:(tt)
1. Diode công suất:(tt)

Một số diode công suất trong thực tế:
2. Transistor công suất:
2. Transistor công suất:

Gồm 3 lớp bán dẫn tạo bởi 2 tiếp giáp p-n, trong đó lớp
giữa rất mỏng (cỡ 0,001 cm) và khác loại với 2 lớp bên.
Lớp giữa là bán dẫn loại P ta có BJT loại N-P-N
Lớp giữa là bán dẫn loại N ta có BJT loại P-N-P
2. Transistor công suất:(tt)
2. Transistor công suất:(tt)

Các trạng thái hoạt động của transistor
a. Trạng thái ngưng dẫn:
Nếu phân cực nghịch mối nối BC và không phân cực hoặc
phân cực nghịch mối nối BE thì tại các cực của
transistor không có dòng điện ta nói transistor ngưng
dẫn.
2. Transistor công suất:(tt)
2. Transistor công suất:(tt)
b. Trạng thái khuếch đại:
Khi ta pcthuận mối nối BE (V
B
>V
E
)) và phân cực ghịch

mối nối BC (V
C
>V
B
) lúc này xuất hiện dòng điện đi qua
mối BE là I
B
và dòng I
C
đi từ cực C sang cực E
Như vậy: Khi ta phân cực nghịch mối nối BC và phân cực
thuậnBE thì transistor hoạt động trong vùng khuếch đại

I
C
= β I
B

V
CE
= Vcc- β I
B
(R
E
+R
C
).
Phân cực thuận mối nối BE và nghịch BC
N
N

P
C
B
E
J
C
J
E
I
E
I
B
2. Transistor công suất:(tt)
2. Transistor công suất:(tt)
c. Trạng thái bão hoà:
Nếu ta giảm điện trở R
B
thì dòng I
B
tăng và lúc này dòng I
C

sẽ tăng lên một lượng gấp β lần so với lượng tăng của
dòng I
B

Nếu ta tiếp tục giảm R
B
thì dòng I
B

,I
C
tiếp tục tăng cho đến
lúc I
C
= I
B
β =I
C
max nghĩa là ta tăng điện áp phân cực
bằng cách giảm điện trở R
B
thì dòng I
C
không tăng được
nữa tức là I
C
< I
B
.β người ta nói transistor đã bảo hoà.
Khi transistor hoạt động ở trạng thái bảo hòa với I
C
=
βI
B
=I
c
max hoặc I
C
< I

B
.β .Lúc này nội trở mối nối CE rất
nhỏ nên điện áp V
CE
= 0.
Như vậy: Khi ta phân cực thuận mối nối BC và BE thì
transistor hoạt động trong vùng bảo hoà. I
C
= I
C
max < I
B
β
,V
CE
= 0V Trong mạch ĐTCS, transistor chỉ làm việc ở 2
trạng thái ngưng dẫn và bão hòa
2. Transistor công suất:(tt)
2. Transistor công suất:(tt)

Một số transistor công suất trong thực tế
3. SCR:
3. SCR:

Cấu tạo và đặc tính:
SCR được cấu tạo bởi 4
lớp bán dẫn PNPN (có
3 nối PN). SCR là một
diode chỉnh lưu được
kiểm soát bởi cổng

silicium. Các tíêp xúc
kim loại được tạo ra
các cực Anod A, Catot
K và cổng G.
3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

Nguyên lý hoạt động của SCR:
Nếu ta mắc một nguồn điện một
chiều V
AA
vào SCR , một dòng
điện nhỏ I
G
kích vào cực cổng G
sẽ làm nối PN giữa cực cổng G và
catot K dẫn phát khởi dòng lớn
hơn nhiều. Nếu ta đổi chiều
nguồn V
AA
sẽ không có dòng điện
qua SCR cho dù có dòng điện
kích I
G
. Như vậy ta có thể hiểu
SCR như một diode nhưng có
thêm cực cổng G và để SCR dẫn
điện phải có dòng điện kích I
G

vào
cực cổng.
3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

Cơ chế hoạt động như trên của SCR cho thấy dòng I
G
không cần lớn và chỉ cần tồn tại trong thời gian ngắn. Khi
SCR đã dẫn điện, nếu ta ngắt bỏ I
G
thì SCR vẫn tiếp tục dẫn
điện, nghĩa là ta không thể ngắt SCR bằng cực cổng, đây
cũng là một nhược điểm của SCR so với transistor.

Người ta chỉ có thể ngắt SCR bằng cách cắt nguồn V
AA

hoặc giảm V
AA
sao cho dòng điện qua SCR nhỏ hơn một trị
số nào đó (tùy thuộc vào từng SCR) gọi là dòng điện duy
trì.
3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

Đặc tuyến Volt – Ampere của SCR:
3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

Khi SCR được phân cực nghịch (điện thế anod âm hơn

điện thế catod), chỉ có một dòng điện rỉ rất nhỏ chạy qua
SCR.

Khi SCR được phân cực thuận (điện thế anod dương hơn
điện thế thế catod), nếu ta nối tắt (hoặc để hở) nguồn V
GG
(I
G

= 0), khi V
AK
còn nhỏ, chỉ có một dòng điện rất nhỏ chạy
qua SCR (trong thực tế người ta xem như SCR không dẫn
điện), nhưng khi V
AK
đạt đền một trị số nào đó (tùy thuộc
vào từng SCR) gọi là điện thế quay về V
BO
thì điện thế V
AK
tự
động sụt xuống khoảng 0,7V như diode thường. Dòng điện
tương ứng bây giờ chính là dòng điện duy trì I
H
. Từ bây giờ,
SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện và có đặc tuyến gần
giống như diode thường.

Nếu ta tăng nguồn V
GG

để tạo dòng kích I
G
, ta thấy điện
thế quay về nhỏ hơn và khi dòng kích I
G
càng lớn, điện thế
quay về V
BO
càng nhỏ
3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

Cácthông số của SCR:

Dòng thuận tối đa: Là dòng điện anod I
A
trung bình lớn
nhất mà SCR có thể chịu đựng được liên tục

Điện thế ngược tối đa: Đây là điện thế phân cực nghịch
tối đa mà xảy ra sự hủy thác (breakdown). Được ký hiệu
là V
BR

Dòng chốt (latching current): Là dòng thuận tối thiểu
để giữ SCR ở trạng thái dẫn điện sau khi SCR từ trạng
thái ngưng sang trạng thái dẫn

Dòng cổng tối thiểu (Minimum gate current): là dòng
nhỏ nhất đặt vào cực cổng G để SCR hoạt động

3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

Thời gian mở (turn – on time): Để tắt SCR, người ta
giảm điện thế V
AK
xuống 0 Volt, tức dòng anod cũng bằng
0. Thế nhưng nếu ta hạ điện thế anod xuống 0 rồi tăng lên
ngay thì SCR vẫn dẫn điện mặc dù không có dòng kích.
Thời gian tắt SCR là thời gian từ lúc điện thế V
AK
xuống 0
đến lúc lên cao trở lại mà SCR không dẫn điện trở lại. Thời
gian này lớn hơn thời gian mở, thường khoảng vài chục μS.
Như vậy, SCR là linh kiện chậm, hoạt động ở tần số thấp,
tối đa khoảng vài chục KHz.
3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

SCR hoạt động ở điện thế xoay chiều:
3. SCR:(tt)
3. SCR:(tt)

Để tăng công suất cho tải, người ta cho SCR hoạt động ở
nguồn chỉnh lưu toàn kỳ
4.
4.
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
SWITCH):

SWITCH):

Thường được coi như 1 SCR lưỡng hướng vì có thể dẫn
điện theo hai chiều. Triac như gồm bởi một SCR PNPN dẫn
điện theo chiều từ trên xuống dưới, kích bởi dòng cổng
dương và một SCR NPNP dẫn điện theo chiều từ dưới lên
kích bởi dòng cổng âm.
4.
4.
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
SWITCH):(tt)
SWITCH):(tt)

Đặc tuyến V-I của Triac:
4.
4.
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
SWITCH):(tt)
SWITCH):(tt)

Do s t ng tác c a vùng bán d n, Triac ự ươ ủ ẫ
đ c kích theo 4 cách khác nhauượ
4.
4.
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
TRIAC (TRIOD AC SEMICONDUCTOR
SWITCH):(tt)
SWITCH):(tt)


Ứng dụng của Triac: Do tính chất dẫn điện cả hai
chiều, Triac dùng trong mạng điện xoay chiều thuận lợi
hơn SCR. Thí dụ sau đây cho thấy ứng dụng của Triac
trong mạng điện xoay chiều.
5. DIAC:
5. DIAC:

Về cấu tạo, DIAC giống như một SCR không có cực
cổng hay đúng hơn là một transistor không có cực nền