giáo trình Điện tử công suất

1
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
Đoàn Quang Vinh
2
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
3
Sự khác nhau giữa các linh kiện điện tử ứng 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
4
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
1
2
3
5
Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tưởng
i
u
điều khiển
u
i
a c
b
d
6
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
7
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
P N
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
- - - - +

- - - -
- - - -
P N
J
8
Phân cực ngược
+
+
+
+
+
+
+
+
- - - +
- - -
- - -
Miền bão hòa
- Cách điện
P
N
+
-
+
+
+
-
-
-
Miền bão hòa - Cách điện

P
N
+
-
9
Phân cực thuận
+
+
+
+
+
+
+
+
- - - +
- - -
- - -
Miền bão hòa
- Cách điện
P
N
-
+
-
+
i
10
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
11
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 động thuận
F
F
F
dI
dU
r 
điện trở động ngược
R
R
R
dU
r
dI

U
BR
: điện áp đánh thủng
Hai trạng thái: mở – đóng
Nhánh thuận – mở
Nhánh ngược
– đóng
U
[BR]
I
R
[m A]
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
U
TO

12
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
13
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
u U L
dt

RCrrL
iii 
14
Các thông số chính của diode
Điện áp:
• Giá trị điện áp đánh thủng U
BR

• Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại:
U
RRM

• Giá trị cực đại điện áp ngược không lập
lại: U
RSM

Dòng điện - nhiệt độ làm việc

• Giá trị trung bình cực đại dòng điện
thuận: I
F(AV)M

• Giá trị cực đại dòng điện thuận không
lập lại: I
FSM

U
[BR]
I
R
[m A]
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
15
Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies

16
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)
17
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

18
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)
19
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
20
Mạch trợ giúp đóng mở
(Điện tử công suất – Nguyễn Bính)
DC
D
r
Z
i
D
D
2
R
2
C
D
1
DAS
D
g

D’
g
R
B
i
C
L
2
i
1
i
B
i
Các thông số chính
Điện áp:
• Giá trị cực đại điện áp
colector – emitor U
CE0M
khi
I
B
= 0
• Giá trị 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

21
Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor
22
1.2.4 Transistor trường MOSFET
(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)
N i
D
D
OX ID
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
23
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
24
MOSFET thực tế - 19MT050XF – International Rectifier
25
1.2.5 Transistor lưỡng cực cổng cách ly - IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor
C
G
E
G
C
E