Tài liệu Điện tử công suất - chương 1 - Các linh kiện điện tử công suất ppt

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
Tài liệu tham khảo
• Điện tử công suất – Lê Văn Doanh
• Giáo trình điện tử công suất – Nguyễn Văn Nhờ
• Điện tử công suất – Nguyễn Bính

0903 586 586
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU – CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1.1 Khái niệm chung
Điện tử Công suất
lớn
Các linh kiện điện tử công suất được sử dụng
trong các mạch động lực – công suất lớn
Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tửứng dụng
(điện tử điều khiển) và điện tử công suất
• Công suất: nhỏ –lớn
•Chức năng: điều khiển – đóng cắt dòng điện công suất lớn
I
B
I
C
•Thời điểm
• Công suất
Động lực
Điều khiển
Các linh kiện điện tử
công suất chỉ làm
chức năng đóng cắt
dòng điện – các van
Transistor điều khiển: Khuyếch đại

Transistor công suất: đóng cắt dòng điện
B
I
C
U
R
a
b
A
A
U
CE
= U - RI
C
U
CE
= U
CE1
U
CE1
U
I
B2
> I
B1
I
B1
> 0
I
B

= 0
U
BE
< 0
U
CE
I
B2
I
B
R
U
u
CE
C
i
B
B
u
BE
E
i
E
i
C
Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng
i
u
điều khiển
u

i
ac
b
d
Đối tượng nghiên cứu của điện tử công suất
•Các bộ biến đổi công suất
•Các bộ khóa điện tử công suất lớn
Chỉnh lưu
Nghịch lưu
BBĐ điện áp
một chiều
(BĐXA)
• BBĐ điện áp
xoay chiều (BĐAX)
•Biến tần
1. 2. Các linh kiện điện tử công suất
1.2.1 Chất bán dẫn - Lớp tiếp giáp P - N
Chất bán dẫn:
Ở nhiệt độ bình thường có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện
Loại P: phần tử mang điện là lỗ trống – mang điện tích dương
Loại N: phần tử
mang điện là các electron – mang điện tích âm
+
+
+
+
+
+
+
+

-+
-
-
Miền bão hòa
-Cách điện
PN
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-+
-
-
PN
J
Phân cực ngược
+
+
+
+
+
+
+

+
-+
-
-
Miền bão hòa
-Cách điện
P
N
+
-
+
+
+
-
-
-
Miền bão hòa - Cách điện
P
N
+
-
Phân cực thuận
+
+
+
+
+
+
+
+

-+
-
-
Miền bão hòa
-Cách điện
P
N
-
+
-
+
i
1.2.2 Diode
Cấu tạo, hoạt động
R: reverse – ngược
F: forward – thuận
N
P
Katode
K
A
Anode
i
R
u
R
i
F
u
F

KA
Hướng ngược
Hướng thuận
Đặc tính V – A
Diode lý tưởng
u
i
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược
– đóng
Diode thực tế
U
TO
: điện áp rơi trên diode
điện trở thuận trong diode
F
F
F
dI
dU
r =
điện trở ngược trong diode
R
R
R
dU
r
dI
=
U

BR
: điện áp đánh thủng
Hai trạng thái: mở – đóng
U
[BR]
I
R
[mA]
U
F
[V]
U
R
[V]
1
1,5
800
400
0
50
100
30
20
U
RRM
T
j
= 30 C
o
o

T
j
= 160 C
I
F
[A]
U
RSM
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược
– đóng
Đặc tính động của diode
•U
K
: Điện áp chuyển mạch
•t
rr
: Thời gian phục hồi khả năng đóng
•i
rr
: Dòng điện chuyển mạch – phục hồi
∫
=
rr
t
rrr
dtiQ
0
: điện tích chuyển mạch
Quá áp trong

L
+
U
K
-
S
I
i
F
i
rr
i
R
i
F
Ðóng S
t
rr
0,1 i
rrM
i
rrM
i
R
i
F
= I
t
O
i

rr
Q
r
t
u
R
u
F
U
k
u
RM
u
R
= U
k
O
Bảo vệ chống quá áp trong
R
C
L
u
R
V
U
k
i
rr
i
L

i
RC
-
+
V
O
t
i
rr
i
RC
O
U
k
t
Mở Đóng
L
Rk
di
uUL
dt
=−
RCrrL
iii
+
=
Các thông số chính của diode
Điện áp:
•Giátrị điện áp đánh thủng U
BR

•Giátrị cực đại điện áp ngược lập lại:
U
RRM
•Giátrị cực đại điện áp ngược không lập
lại: U
RSM
Dòng điện - nhiệt độ làm việc
•Giátrị trung bình cực đại dòng điện
thuận: I
F(AV)M
•Giátrị cực đại dòng điện thuận không
lập lại: I
FSM
U
[BR]
I
R
[mA]
U
F
[V]
U
R
[V]
1
1,5
800
400
0
50

100
30
20
U
RRM
T
j
= 30 C
o
o
T
j
= 160 C
I
F
[A]
U
RSM
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược
– đóng
Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies
1.2.3 Transistor lưỡng cực (BT)
Cấu tạo, hoạt động
R
U
u
CE
C
i

B
B
u
BE
E
i
E
i
C
R
U
u
EC
C
i
B
B
u
EB
E
i
E
i
C
N
N
P
B
C
E

P
P
N
B
C
E
(Bipolar Transistor)
Đặc tính Volt – Ampe
Miền mở bão hòa
Miền đóng bão hòa
Mở
Đóng
• Đặc tính ngoài I
C
= f(U
CE
)
• Đặc tính điều khiển I
C
= f(I
B
)
B
I
C
U
R
a
b
A

A
U
CE
= U - RI
C
U
CE
= U
CE1
U
CE1
U
I
B2
> I
B1
I
B1
> 0
I
B
= 0
U
BE
< 0
U
CE
I
B2
I

B
I
CE
I
CE0
I
CER
I
CES
I
CEU
U
CE0
U
CE
U
BR(CEU)
U
BR(CES)
U
BR(CER)
U
BR(CE0)
I
B
= 0
U
CER
U
CES

U
CEU
R
B
-I
B
U
BE
+
-
R
B
-I
B
U
BE
+
-
+
-
I
CEU
b)
c)
a)
O
•0 …Hở mạch B – E (I
B
= 0)
•R …Mạch B – E theo hình b)

•S …Ngắn mạch B – E (R
B
→0)
•U …Mạch B – E theo hình c)
Quá trình quá độ của transistor
i
B
I
B
0.9I
B
O
t
0.1I
B
0.1I
C
u
CE
t
d
t
r
i
C
t
s
t
off
t

on
O
t
f
0.9I
C
I
C
0.1I
C
Mạch trợ giúp đóng mở
(Điện tử công suất – Nguyễn Bính)
Các thông số chính
Điện áp:
•Giátrị cực đại điện áp
colector – emitor U
CE0M
khi
I
B
= 0
•Giátrị cực đại điện áp
emitor – bazơ U
EB0M
khi I
C
= 0
Dòng điện: Giá trị cực đại
của các dòng điện I
C

, I
B
, I
E
Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor
1.2.4 Transistor trường MOSFET
(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)
Ni
D
D
OXID
G
S
u
GS
P
N
G
D
i
D
u
DS
S
u
GS
N
D
OXID
G

S
P
N
G
D
S
Đặc tính động
R
G
on
U
G
off
C
GS
u
GS
G
C
GD
D
i
D
C
DS
R
u
DS
U
+

-
+
-
S
GS
U
GS(th)
0.1U
G
U
G
0.9U
G
t
0.9U
U
t
r
t
d(on)
t
on
t
d(off)
u
DS
i
D
t
f

t
off
0.9U
0.1U
MOSFET thực tế - 19MT050XF – International Rectifier
1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor
C
G
E
G
C
E