Điện tử công suất Tài liệu tham khảo

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

Đoàn Quang Vinh

0903 586 586
1


CHƢƠNG 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

2


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

Điều khiển

Động lực

IC

Các linh kiện điện tử
công suất chỉ làm
chức năng đóng cắt
dòng điện – các van

IB
• Thời điểm
• Công suất

3


Transistor điều khiển: Khuyếch đại

IC

3

R
UCE = UCE1

iC
U

C

iB

b

U
R

1

a

U C E = U - R IC

IB 2 > IB 1

A

uC E
B

IB 1 > 0

A

E
uBE

B

IB = 0

iE

2
IB

IB 2

UCE1

U
U BE < 0

UCE

Transistor công suất: đóng cắt dòng điện

4


Đặc tính Volt – Ampe của van công suất lý tƣởng

i

b

i

c

điều khiển

a
u
d

u

5


Đối tƣợng nghiên cứu của điện tử công suất
• Các bộ biến đổi công suất
• Các bộ khóa điện tử công suất lớn
Chỉnh lưu

• BBĐ điện áp
xoay chiều (BĐAX)
• Biến tần

BBĐ điện áp
một chiều
(BĐXA)

Nghịch lưu

6


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
J
+
+
+
+
P

P

+

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

+

-

-

-

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

-

Miền bão hòa
- Cách điện

N

N

7

Phân cực ngƣợc

N

P

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

-

+

Miền bão hòa
- Cách điện

N

P

-

+

-

+

-

+

-

+

Miền bão hòa - Cách điện
8


Phân cực thuận

N

P

+

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

-

+

+

+

-

-

-

-

Miền bão hòa
- Cách điện

-

+

i
9


1.2.2 Diode
Cấu tạo, hoạt động
uF
iF

A node
A

P

N

K ato d e
K

Hướng thuận

A

Hướng ngược

K
iR
uR

R: reverse – ngược
F: forward – thuận

10


Đặc tính V – A
i

Diode lý tưởng
Hai trạng thái: mở – đóng I

F

Nhánh thuận – mở

[A ]

Diode thực tế

Nhánh ngược
– đóng

100

u

Nhánh thuận – mở
50
U [B R ]

U R [V ]
800

Nhánh ngược
– đóng

dU R
rR 
dI R
điện trở động ngược

UBR: điện áp đánh thủng

400

U F [V ]
1

0

1 ,5

UTO

UTO: điện áp rơi trên diode

o

T = 160 C
j

20

o

T = 30 C
j

U RRM
U RSM

dU F
dI F
điện trở động thuận
rF 

30

I

R

[m A ]

11


Các thông số chính của diode
I F [A ]

Điện áp:

• Giá trị điện áp đánh thủng UBR
• Giá trị cực đại điện áp ngược lập lại:
URRM
• Giá trị cực đại điện áp ngược không lập
lại: URSM
Dòng điện - nhiệt độ làm việc

• Giá trị trung bình cực đại dòng điện
thuận: IF(AV)M
• Giá trị cực đại dòng điện thuận không
lập lại: IFSM

100

Nhánh thuận – mở
50
U [B R ]

Nhánh ngược
– đóng

U R [V ]
800

400

U F [V ]
1

0

1 ,5

o

T = 160 C
j

20

o

T = 30 C
j

30
U RRM
U RSM

I

R

[m A ]

12


Diode thực tế: IDB30E60 – Infineon Technologies

13


1.2.3 Transistor lƣỡng cực (BT)
(Bipolar Transistor)
Cấu tạo, hoạt động
C
C

P
N

B
B

N
P

P
N

E
E

R

R

iC

iC
U

C

iB

uEC

uC E
B

B
E
uBE

U

C

iB

E

iE

uEB

iE

14


Đặc tính Volt – Ampe

Miền mở bão hòa
IC

UCE = UCE1
b

• Đặc tính ngoài IC = f(UCE)
• Đặc tính điều khiển IC = f(IB)

U
R

B

Mở

a

U C E = U - R IC

IB 2 > IB 1

A
IB 1 > 0

A

Đóng

IB

IB 2

UCE1

IB = 0

U
U BE < 0

UCE

Miền đóng bão hòa

15

a)

IC E
U B R (C E 0)

IB = 0
IC E 0
IC E R

U B R (C E R )
U B R (C E S )

IC E S
IC E U

U B R (C E U )

O

U CES
U CE0
U CER
U CEU

b)

UCE
c)

RB

RB

IC E U

-

+
-I B

-I B

U BE

-

+

+

U BE

-

• 0 … Hở mạch B – E (IB = 0)
• R … Mạch B – E theo hình b)
• S … Ngắn mạch B – E (RB 0)
• U … Mạch B – E theo hình c)

16


Transistor thực tế - MJW3281A (NPN) – ON Semiconductor

17


1.2.4 Transistor trƣờng MOSFET
(Metal Oxid Semiconductor Field Effect Transistor)
D

N

D

iD

N
P

P

N

N

S

S

G

G

O X ID

O X ID

uG S

D
D

G
uG S

iD
uDS

G

S

S

18


MOSFET thực tế - 19MT050XF – International Rectifier

19


1.2.5 Transistor lƣỡng cực cổng cách ly - IGBT
Insulated Gate Bipolar Transistor

C

C

G
G

E
E

20


IGBT thực tế
1MB-30-060 – Fuji Electric

21


1.2.6 Thyristor
Cấu tạo – Hoạt động

A

P
G

N
P
N
K

A

J3

i

P

J1
J2

A

G

N
P

N
P
N
K

G

i1

u
R

i2

iG

uAK
K

22


Trạng thái:
• Mở
• Đóng
• Khóa
Ký hiệu

uR
iR
Hướng ngược

iG
uG

A

Điều kiện để mở Thyristor

K
iT
iD
Hướng thuận
uT
uD

• T: Thuận
• D: Khóa
• R: Ngược

• UAK > 0
• Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.
Điều kiện để đóng Thyristor
Đặt điện áp ngược lên A – K
23


Đặc tính Volt - Ampe
i

Thyristor lý tưởng

Nhánh thuận – mở

Ba trạng thái: đóng – mở – khóa
Nhánh ngược
– đóng

Thyristor thực tế
UBR: điện áp ngược đánh thủng
UBO: điện áp tự mở của thyristor
UTO: điện áp rơi trên Thyristor

[A]

10

IT

IH: Dòng duy trì (holding)
IL: Latching

Nhánh khóa –
khóa

10

-1

10

-2

10

-3

IN
UR [V]
10 3

10

U(BR)

Tương tự như diode.
URRM = UDRM

Nhánh thuận
– mở

1
IL

Các thông số chính

2

10

ID

u

Nhánh khóa
– khóa

2

10

U(BO)
1
10

Nhánh ngược
– đóng

IG = 25 mA

1

IG = 0

IG = 25 mA

IG = 0

10
10

10

10

2

10 3

-3

U(TO)

UT UD [V]

-2

-1

IR [A]

24


Thyristor thực tế - 22RIA SERIES – International Rectifier

25