Bài giảng Điện tử công suất: Các linh kiện bán dẫn (p3) - PGS.TS Lê Minh Phương

1/21/2013

Ho Chi Minh City University of
Technology
PGS.TS Lê Minh Phương
Khoa Điện –Điện Tử
Trường Đại Học Bách Khoa
TP HỒ CHÍ MINH

Contact info:
Address: 268 Lý Thường Kiệt, P.14,Q.10, TP Hồ Chí Minh
Telephone: 84-08-38647256 (5722)
Mobile: 0988572177
E-mail: ;
1

Power Electronics

ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
PGS.TS Lê Minh Phương
Khoa Điện –Điện Tử
Trường ĐHBK TPHCM

TPHCM
2012

2

1

1/21/2013

Contents – Nội dung
1. Tổng quan về Điện tử công suất
2. Các linh kiện bán dẫn
3. Mô phỏng Matlab-Simulink
4. Bộ chỉnh lưu
5. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều
6. Bộ biến đổi điện áp một chiều
7. Bộ nghịch lưu –biến tần
1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

3

References
1. MÔ PHỎNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG
MATLAB/SIMULINK - Lê Minh Phương, Phan
Quốc Dũng – Nhà xuất bản ĐHQG 2011
2. POWER ELECTRONICS HANDBOOK –
Muhammad H. Rashid
3. MATLAB/SIMULINK - Mathworks.
/>4. ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 1 – Nguyễn Văn Nhờ
Nhà xuất bản ĐHQG
1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

4

2


1/21/2013

Power Electronics
Chương 2

CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
PGS.TS Lê Minh Phương
Khoa Điện –Điện Tử
Trường ĐHBK TPHCM

TPHCM
2012

5

Contents – Nội dung
1. Diodes

2. Bipolar Junction Transistor (BJT)
3. Metal Oxide Semiconductor Effect Transistor
(MOSFET)
4. Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

5. Thyristor
6. Gate Turn Of Thyrisor (GTO)
7. Triode Alternative Current (TRIAC)

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

6

3


1/21/2013

Power Electronic Devices
SILICON CONTROLLED RECTIFIER -SCR
SCR là linh kiện bán dẫn điều
khiển đóng bằng dòng điện.
Cấu tạo gồm lớp tiếp xúc p-np-n, và 3 điện cực Anode (A),
Cathode (K), Gate (G).
Mạch công suất nối giữa A-K,
Mạch điều khiển nối giữa cổng
G-K.

1/21/2013

7

PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices
Basic Structure and Operation

Hoạt động:
1. Khi VAK>0: SCR ở trạng thái
khóa
(forward-blocking
2. Khi IGthuận
>0, J3 phân
cực thuận và
state),
J
2
phân
ngược
điện tử sẽ chạy từ n+cực
sang p-.
Một
(reverse
biased).
IG=0.tánNếu
VAK
số
điện
tử
sẽ
khuyếch
qua
pTrường hợp đặc biệt: khi điện
không
vượt
quá
điện

áp
đánh
và được
nhận
n-, điều
này làm
áp
đặt lớn
hơnởđiện
áp khóa
lớn
thủng
thì trạng
SCR OFF
thay đổi
tháiforward-blocking
của J1 làm cho
nhất
(maximum
điện tíchthì
lỗ hổng
từ p+ sẽ
voltage)
SCR ON.
Tuychuyển
nhiên
sang
n- vàtrạng
khuyếch
tán do

quadòng
p-.
nên tránh
thái này
Quá tăng
trình đột
này ngột
làm cho
J2 thể
chuyển
điện
và có
gây
sang
trạng
thái phân cực thuận
hư
hỏng
SCR.
và SCR ON

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

8

4

1/21/2013

Power Electronic Devices
Basic Structure and Operation
Hoạt động: (giải thích cách khác)
E1
B1
C2

C1
B2

E2

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

SCR cấu tạo tương đương hai
BJT dạng p-n-p và dạng (n-p-n)
Khi điện áp VAK>0, và có xung
dòng điện cổng G-K, transistor
dạng n-p-n sẽ dẫn. Dòng điện dẫn
tiếp tục qua mạch E1-B1 của
transistor dạng p-n-p, làm cho
transistor này dẫn và SCR dẫn.
Dòng qua Collector của transistor
này cũng chính là dòng Base của
transistor kia. Các transistor cùng
duy trì ở trạng thái đóng, ngay cả

khi dòng IG ngắt
9

Power Electronic Devices
Basic Structure and Operation

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

Nhánh thuận : UAK>0 và IG>0,
Thyristor dẫn tương ứng với giá trị
khác nhau của điện áp UAK mà
dòng điều khiển IG có những giá trị
khác nhau. Thyristor có thể dẫn với
IG =0 khi điện áp UAK có giá trị khá
lớn.
Nhánh nghịch khi UAK<0 Thyristor
làm việc như một diode phân cực
ngược và chỉ cho dòng điện rò
khoảng và mA chạy qua.
Nhánh đánh thủng: Khi áp ngược
đạt đến giá trị nhất định (UBR) – giá
trị này phụ thuộc vào cấu trúc của
Thyristor, dòng điện tăng đột ngột
10
và Thyristor bị đánh thủng

5

1/21/2013

Power Electronic Devices
Dynamic Switching Characteristics
Thời gian ngắt an
toàn vì vậy sẽ
được định nghĩa :
tq- Nó bắt đầu khi
dòng thuận trở về
0 cho đến khi xuất
hiện điện áp khóa
thuận mà SCR
vẫn không bị đóng
trở lại khi chưa có
xung dòng điều
khiển IG.
tq=trr+tr

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

11

Power Electronic Devices
Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

12

6


1/21/2013

Power Electronic Devices
Trạng thái SCR
Khóa áp thuận
(Forward-blocking)

SCR ON

Khóa áp ngược
(Reverse-blocking)

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

13

Power Electronic Devices
Đặc điểm của SCR
SCR là linh kiện bán dẫn được điều khiển đóng bằng dòng điện IG.
Tín hiệu này có thể ngắt mà SCR vẫn dẫn

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

14

7


1/21/2013

Power Electronic Devices
Đặc điểm của SCR
Sau khi thyristor dẫn cực điều khiển mất tính chất điều khiển vì thế
không thể sử dụng nó để ngắt Thyristor.
Không có khả năng kích ngắt, SCR chỉ bị ngắt khi dòng qua nó nhỏ
hơn dòng duy trì
Dùng cho mạch công suất lớn (đến MVA) với điện áp và dòng điện
định mức lớn.
Tín hiệu điều khiển là dòng điệntuy nhiên nhỏ hơn dòng điều khiển
của BJT

1/21/2013

15

PGS.TS Le Minh Phuong

Thông số của SCR

Power Electronic Devices
Datasheet of SCR

Datasheet of SCR

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

16

8


1/21/2013

Power Electronic Devices
Gate Turn-off Thyristors -GTO
GTO là linh kiện bán dẫn
điều khiển đóng ngắt bằng
dòng điện
Cấu tạo gồm lớp tiếp xúc pn-p-n, và 3 điện cực Anode
(A), Cathode (K), Gate (G)
tương tự SCR
Mạch công suất nối giữa AK, mạch điều khiển nối giữa
cổng G-K.

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

17

Power Electronic Devices
Gate Turn-off Thyristors -GTO
Mạch tương đương của GTO cũng tương tự SCR là có 2 BJT, tuy
nhiên có thêm cổng kích ngắt song song với cổng kích đóng
Để kích ngắt GTO phải cấp dòng điện âm vào cổng kích ngắt, dòng
này sẽ đẩy các hạt mang điện ra khỏi Emitter của transistor n-p-n
(cathode), làm cho n-p-n ngắt và GTO ngắt.

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

18

9


1/21/2013

Power Electronic Devices
Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

19

Power Electronic Devices
Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

20

10


1/21/2013

Power Electronic Devices
Dynamic Switching Characteristics

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

21

Power Electronic Devices
Đặc điểm của GTO
GTO có thể ngắt bằng dòng IG âm

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

22

11


1/21/2013

Power Electronic Devices
Đặc điểm của GTO
GTO có thể ngắt bằng dòng IG âm

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

23

Power Electronic Devices
Đặc điểm của GTO
GTO cũng giống như SCR, được đóng bằng xung dòng cổng Gate
nếu điện áp anode- cathode dương.
GTO có khả năng điều khiển ngắt bằng dòng cổng Gate giá trị âm.
Dòng âm ngắt GTO cần phải ngắn (vài s), nhưng biên độ phải rất
lớn so với dòng đóng GTO và thông thường dòng kích ngắt GTO
khoản 1/3 dòng anode ở trạng thái dẫn.
Đặc tuyến V-A cho GTO giống của SCR.
Dùng cho mạch công suất lớn

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

24

12


1/21/2013

Power Electronic Devices
TRIODE ALTERNATIVE CURRENT -TRIAC
TRIAC được cấu tạo bởi hai
Thyristor mắc đối song. Do đó
linh kiện dẫn điện ở cả hai
nửa chu kỳ

1/21/2013

25

PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronic Devices
Đặc tính V-I

Có khả năng dẫn điện
theo cả hai chiều

1/21/2013

PGS.TS Le Minh Phuong

26

13


1/21/2013

Power Electronic Devices
Đặc điểm của TRIAC
Khái niệm Anode và Cathode không có ý nghĩa đối với TRIAC, ta
đánh số T1 là cực gần cực điều khiển G.
TRIAC chỉ bị khoá khi IG=0 và điện áp đặt nhỏ hơn áp ngưỡng.
Ưu điểm cơ bản của TRIAC là mạch điều khiển đơn giản. Nhưng
công suất giới hạn không cao và nhỏ hơn Thyristor.
TRIAC tự bảo vệ chống lại quá điện áp theo cả hai chiều

1/21/2013

27

PGS.TS Le Minh Phuong

Power Electronics



For Building
THANK YOU
FOR YOUR ATTENTION

1/21/2013

28

14