Bài giảng Điện tử công suất - Chương 1: Các linh kiện bán dẫn cơ bản - Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh

ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 5 CHÖÔNG I. CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN CÔ BAÛN 1.1. CAÙC TÍNH CHAÁT, KHAÙI NIEÄM, HEÄ THÖÙC CÔ BAÛN: 1. Trò trung bình (average): Xeùt doøng ñieän i(t) coù chu kyø T. Trò trung bình cuûa doøng ñieän ñöôïc tính bôûi coâng thöùc : ∫ ⋅= Tdc dttiTI 0 )( 1 (1.1) ¾ Ghi chuù: Tröôøng hôïp treân doøng ñieän i ñöôïc bieåu dieãn baèng moät haøm duy nhaát trong suoát chu kyø T. Neáu trong chu kyø T : ( ) ( )tiiTtt tiitt i '21 '1 , ,0 =≤≤ =≤≤ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅+⋅= ∫ ∫1 10 21 )()( 1 t T t dc dttidttiT I Töông töï tính trò trung bình cuûa aùp; Udc. 2. Trò hieäu duïng (rms – root mean square): Coâng thöùc: ∫ ⋅⋅= Trms dttiTI 0 2 )(1 (1.2) ¾ Ghi chuù: Ghi chuù: Tröôøng hôïp treân doøng ñieän i ñöôïc bieåu dieãn baèng moät haøm duy nhaát trong suoát chu kyø T. Neáu trong chu kyø T : ( ) ( )tiiTtt tiitt i '21 '1 , ,0 =≤≤ =≤≤ ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛ ⋅+⋅= ∫ ∫1 10 2 2 2 1 )()( 1 t T t dc dttidttiT I Töông töï tính trò hieäu duïng cuûa aùp; Urms Ví duï1.1 : H.1.1 Daïng soùng doøng ñieän coù daïng nhö treân H.1.1. Tính trò trung bình, trò hieäu duïng vaø giaù trò töùc thôøi lôùn nhaát (giaù trò ñænh) cuûa doøng ñieän naøy. Ví duï1.2 : ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 6 H1.2 Daïng soùng doøng ñieän coù daïng nhö treân H.1.2. Tính trò trung bình, trò hieäu duïng vaø giaù trò töùc thôøi lôùn nhaát (giaù trò ñænh) cuûa doøng ñieän naøy. 3. Khaùi nieäm veà quaù trình quaù ñoä vaø traïng thaùi xaùc laäp : Khaùi nieäm thöôøng gaëp trong ÑTCS, lieân quan ñeán quaù trình ñoùng ngaét cuûa caùc khoaù coâng suaát, coøn ñöôïc goïi laø quaù trình chuyeån traïng thaùi khoaù coâng suaát töø ñoùng sang ngaét hoaëc ngöôïc laïi. Quaù trình quaù ñoä laø quaù trình xaûy ra ngay sau khi ñoùng (ngaét) khoaù coâng suaát, dieãn ra trong khoaûng thôøi gian ngaén vaø lieân quan ñeán tính chaát ñoäng (thôøi gian khoùa chuyeån sang traïng thaùi ñoùng tON vaø thôøi gian khoùa chuyeån sang ngaét toff ) cuûa caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát. Traïng thaùi xaùc laäp cuûa maïch ÑTCS laø traïng thaùi dieãn ra trong khoaûng thôøi gian töông ñoái daøi (so vôùi thôøi gian ñoùng ngaét khoaù), khi khoaù coâng suaát ôû traïng thaùi ñoùng hoaøn toaøn hoaëc ngaét hoaøn toaøn. 4. Söï lieân tuïc vaø giaùn ñoaïn: Khaùi nieäm lieân quan ñeán tính daãn ñieän moät chieàu cuûa khoaù coâng suaát (BJT, IGBT, SCR, GTO). Khi doøng ñi qua theo chieàu thuaän cuûa khoaù vaãn coøn lôùn hôn 0 ta coù doøng lieân tuïc. Neáu doøng giaûm xuoáng giaù trò nhoû hôn 0 ⇒ khoaù ngaét ⇒ ta coù hieän töôïng doøng giaùn ñoaïn. Tröôøng hôïp giaùn ñoaïn cuûa doøng ñieän yeâu caàu giaûi tích maïch phöùc taïp hôn vaø baát lôïi cho quaù trình ñieàu khieån. 5. Phaân tích Fourier : Nhaèm muïc ñích xaùc ñònh caùc thaønh phaàn moät chieàu vaø caùc thaønh phaàn soùng haøi cuûa ñieän aùp, doøng ñieän. Ôû traïng thaùi xaùc laäp, ñieän aùp (hoaëc doøng ñieän) ngoõ ra cuûa caùc boä bieán ñoåi coâng suaát noùi chung laø moät haøm soá tuaàn hoaøn theo thôøi gian vôùi chu kyø T, nhö vaäy ta coù: )()( 00 Ttvtv += (1.3) Goïi f laø taàn soá cuûa ñieän aùp ra (Hz) vaø ω laø vaän toác goùc (rad) ta coù : f T ππω 22 == (1.4) )2()( 00 πωω += tvtv (1.5) Ñònh lyù Fourier phaùt bieåu raèng moät haøm soá tuaàn hoaøn v0(t) coù theå ñöôïc bieåu dieãn bôûi coâng thöùc sau: ( )∑∞ = ++= ,...2,1 0 0 sincos2 )( n nn tnbtna a tv ωω , (1.6) vôùi : 2 0a : Trò trung bình cuûa aùp ra v0(t): thaønh phaàn moät chieàu khoâng ñoåi. ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 7 ( ) ( )∫∫ == π ωωπ 2 0 0 0 00 1)(2 tdtvdttv T a T (1.7) Caùc thaønh phaàn sin, cos ñaëc tröng cho thaønh phaàn xoay chieàu cuûa ñieän aùp ngoõ ra vaø caùc heä soá soøng haøi ñöôïc xaùc ñònh theo bieåu thöùc sau: ( ) ( )∫∫ == π ωωωπω 2 0 0 0 0 cos 1cos)(2 ttdntvtdtntv T a T n (1.8) ( ) ( )∫∫ ⋅=⋅= π ωωωπω 2 0 0 0 0 sin 1sin)(2 ttdntvtdtntv T b T n (1.9) Neáu n = 1 – ta coù haøi cô baûn n≥ 2 – haøi baäc cao Pheùp phaân tích Fourier ñöôïc söû duïng ñeå ñaùnh giaù thaønh phaàn moät chieàu vaø xoay chieàu cuûa ñaïi löôïng ñieän aùp (doøng) ngoõ ra boä bieán ñoåi coâng suaát (thöôøng khoâng coù daïng chuaån moät chieàu hoaëc xoay chieàu) vaø thoâng qua ñoù coù theå ñaùnh giaù so saùnh chaát löôïng caùc ñaïi löôïng ñieän naøy. Ví duï 1.3. Phaân tích Fourier cho daïng soùng vuoâng coù daïng ñoái xöùng so vôùi truïc α = 0. Do giaûn ñoà hoaøn toaøn xoay chieàu (thaønh phaàn dc baèng 0) neân chuoãi Fourier chæ chöùa caùc soùng haøi baäc leû cuûa haøm soá cosin. Do tính ñoái xöùng neân pheùp tích phaân ñöôïc laáy ¼ chu kyø, nghóa laø töø 0÷π/2. Keát quaû phaân tích Fourier cho ñieän aùp töùc thôøi u coù daïng nhö sau: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ⎥⎦ ⎤⎢⎣ ⎡ +−⋅=⇒ = =+ ⋅⋅±=== ∫ .....5cos 5 13cos 3 1cos4 .3,7,11,...n cho - 1,5,9,....n cho 14][sin14cos 2/ 2 2/ 0 2/ 0 )( αααπ παπααπ π π d dddn Uu U n Un n dnUa Baøi taäp : Vieát phöông trình haøi cô baûn cuûa ñieän aùp coù giaûn ñoà sau (H1.3a): H1.3a ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 8 ( )tu ππ 100sin 1600 1 = , [V] Hình 1.3b Phoå haøi ( )∑∞ = = ,..5,3,1 100sin1600 n z tnn u ππ 6. Caùc heä soá phaåm chaát : a. Heä soá haøi (HFn) cuûa soùng haøi thöù n : Tyû leä trò hieäu duïng soùng haøi baäc n so vôùi soùng haøi cô baûn. 1V V HF nn = (1.10) b. Heä soá meùo daïng toaøn phaàn : tyû leä caùc soùng haøi baäc cao so vôùi soùng haøi cô baûn. ∑∞ = = 2 2 1 1 n nVV THD (1.11) c. Heä soá coâng suaát λ : Tyû leä coâng suaát söû duïng (taûi) so vôùi coâng suaát bieåu kieán (nguoàn). 7. Hieän töôïng soùng nhieãu vaø bieän phaùp khaéc phuïc : a. Caùc vaán ñeà thöôøng gaëp ví duï vôùi boä bieán taàn : • Nguyeân nhaân : Nguyeân lyù vaän haønh caùc boä bieán ñoåi coâng suaát phaàn lôùn döïa treân nguyeân lyù ñoùng ngaét cuûa caùc khoaù coâng suaát (BJT, IGBT, MOSFET, Thyristor ) ôû taàn soá cao. Hôn nöõa, hoaït ñoäng cuûa boä bieán ñoåi laøm meùo daïng aùp (doøng) ngoõ vaøo, ngoõ ra so vôùi daïng chuaån. • Haäu quaû: Ñieàu ñoù gaây ra nhieãu cao taàn (söï xuaát hieän caùc soùng haøi baäc cao cuûa aùp vaø doøng) trong caùp daãn vaø böùc xaï soùng ñieän töø aûnh höôûng ñeán phía nguoàn vaø phía coång ra boä bieán ñoåi coâng suaát . ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 9 H1.4. Nhieãu truyeàn trong caùp daãn vaø nhieãu tia b. Giaûi phaùp : - Phía nguoàn : Söû duïng boä loïc RFI khöû nhieãu soùng daãn vaø soùng böùc xaï loaïi tia - Boä bieán ñoåi coâng suaát : Söû duïng tuû kim loaïi (loàng Faraday) - Phía coång ra boä bieán ñoåi ñeán taûi: Söû duïng caùp boïc. Ñoái vôùi caùc boä bieán ñoåi coâng suaát daïng khaùc ta cuõng gaëp hieän töôïng naøy do hoaït ñoäng cuûa boä bieán ñoåi vôùi khaû naêng chuyeån ñoåi daïng naêng löôïng vaø ñieàu khieån caùc tham soá ñieän laøm meùo daïng ñieän aùp (doøng) so vôùi daïng chuaån (moät chieàu hoaëc sin). 1.2. PHAÀN GIÔÙI THIEÄU: 1. Ñònh nghóa : Ñieän töû coâng suaát (ÑTCS) laø coâng ngheä chuyeån ñoåi (hoaëc/ vaø ñieàu khieån) naêng löôïng ñieän töø daïng naøy sang daïng khaùc nhôø öùng duïng caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát lôùn. 2. Ñaëc ñieåm linh kieän ÑTCS: + Phaùt trieån cuøng vôùi coâng ngheä cheá taïo linh kieän baùn daãn coâng suaát lôùn + Laø thaønh phaàn cô baûn cuûa caùc boä bieán ñoåi coâng suaát tónh. + Laøm vieäc nhö khoaù coâng suaát vaø thöôøng chæ laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoùng ngaét (döïa vaøo tính chaát cuûa baùn daãn : laøm vieäc nhö chaát caùch ñieän töông ñöông traïng thaùi khoùa ngaét, laøm vieäc nhö chaát daãn ñieän töông ñöông traïng thaùi khoùa ñoùng) + Öu ñieåm so vôùi coâng taéc cô hoïc vôùi caùc tieáp ñieåm chuyeån ñoäng: coâng taéc baùn daãn coù ñoä beàn vöõng cao hôn, ñoä chính xaùc cao hôn vaø taàn soá ñoùng ngaét cao hôn. + ÖÙng duïng khoùa baùn daãn : laø caáu phaàn cuûa caùc boä bieán ñoåi coâng suaát duøng ñeå ñieàu khieån caùc tham soá ra nhö aùp, doøng, coâng suaát, taàn soá vaø daïng soùng. 3. Phaân loaïi caùc khoaù coâng suaát: • Theo ñaëc tính ñieàu khieån: Caùc khoùa coâng suaát ñöôïc chia laøm caùc loaïi khoùa : + Khoâng ñieàu khieån ñöôïc traïng thaùi ñoùng ngaét (ví duï diode coâng suaát) + ñieàu khieån traïng thaùi ñoùng ngaét baèng tín hieäu ñieàu khieån (ñoùng ngaét bôûi maïch ñieàu khieån) : tuøy theo khaû naêng ñieàu khieån ñoùng hoaëc ngaét hoaëc caû hai, linh kieän coøn ñöôïc chia thaønh khoùa ñieàu khieån hoaøn toaøn (ñieàu khieån quaù trình ñoùng ngaét baèng tín hieäu ñieàu khieån) hoaëc khoùa ñieàu khieån baùn phaàn (chæ kích ñoùng ñöôïc nhöng khoâng kích ngaét ñöôïc baèng tín hieäu ñieàu khieån) • Theo chieàu doøng ñieän chaïy qua: Khoùa ñöôïc chia laøm caùc loaïi khoùa : + 1 chieàu: Diode, BJT, IGBT, Thyristor (SCR), GTO daãn ñieän theo moät chieàu + 2 chieàu: MOSFET, Thyristor daãn ngöôïc, DiAC,TriAC daãn ñieän theo hai chieàu. • Theo khaû naêng khoaù aùp ngöôïc trò soá cao + Coù khaû naêng :Diode, GTO, Thyristor, TriAC + Khoâng coù khaû naêng khoùa aùp ngöôïc trò soá lôùn : BJT, IGBT BBÑ M ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 10 • Tín hieäu ñieàu khieån: Ñoái vôùi caùc loaïi khoùa baùn daãn coù ñieàu khieån, tín hieäu ñieàu khieån ñöôïc chia laøm hai daïng + Tín hieäu lieân tuïc (cho BJT, IGBT, MOSFET): muoán duy trì khoùa ôû traïng thaùi ñoùng caàn phaûi duy trì tín hieäu ñieàu khieån trong suoát khoaûng thôøi gian naøy, + Tín hieäu xung (cho Thyristor, GTO, TriAC) : chæ caàn kích ñoùng linh kieän baèng tín hieäu ñieàu khieån daïng xung heïp, sau ñoù coù theå taét xung ñieàu khieån maø linh kieän vaãn tieáp tuïc ôû traïng thaùi ñoùng ñieän cho ñeán khi ñieàu kieän ngaét thoûa. 4. Phaân loaïi caùc boä bieán ñoåi coâng suaát tónh : • Boä chænh löu (Rectifier, Redresseur) - AC/DC : Bieán ñoåi naêng löôïng daïng xoay chieàu thaønh naêng löôïng daïng moät chieàu. • Boä bieán ñoåi ñieän aùp moät chieàu (Chopper, Hacheur) - DC/DC : Bieán ñoåi aùp moät chieàu ngoõ vaøo coù giaù trò khoâng ñoåi thaønh daïng ñieän aùp moät chieàu ñieàu khieån ñöôïc, • Boä bieán ñoåi ñieän aùp xoay chieàu (AC Voltage Controller, Gradateur) AC/AC: Bieán ñoåi aùp xoay chieàu ngoõ vaøo coù trò hieäu duïng khoâng ñoåi thaønh daïng ñieän aùp xoay chieàu ñieàu khieån ñöôïc trò hieäu duïng (nhöng khoâng ñieàu khieån taàn soá), • Boä nghòch löu (Inverter, Onduleur) DC/AC : Bieán ñoåi naêng löôïng daïng moät chieàu thaønh naêng löôïng daïng xoay chieàu, • Boä bieán taàn (Frequency Converter, Convertisseur de freùquence) AC/AC hoaëc AC/DC/AC : Bieán ñoåi aùp xoay chieàu taàn soá khoâng ñoåi ôû ngoõ vaøo thaønh ñieän aùp xoay chieàu coù taàn soá khaùc (hoaëc ñieàu khieån ñöôïc) ôû ngoõ ra, song song ñoù coù khaû naêng ñieàu khieån caû giaù trò hieäu duïng aùp haøi cô baûn ngoõ ra. 5.Tính chaát tónh vaø tính chaát ñoäng : Khoùa ñöôïc phaân laøm hai loaïi: + Khoaù coâng suaát lyù töôûng + Khoaù coâng suaát thöïc teá a. Tính chaát tónh: Coâng suaát nhieät tieâu taùn khi khoaù ôû traïng thaùi ñoùng (Pon) vaø ngaét (Poff) + ñoái vôùi khoùa lyù töôûng Pon vaø Poff =0 + ñoái vôùi khoùa thöïc teá : Khi khoùa ñoùng : ñieän aùp rôi treân khoaù khaùc khoâng (do khoùa coù caáu truùc caùc lôùp baùn daãn gheùp noái vôùi nhau) suy ra Pon = Vf If ≠ 0 (1.12) Vôùi Vf – ñieän aùp rôi treân hai ñieän cöïc coâng suaát cuûa khoùa ôû traïng thaùi daãn ñieän If - doøng qua khoùa coâng suaát khi daãn ñieän. Khi khoùa ngaét : doøng roø qua khoaù khaùc khoâng, suy ra Poff = Vbl Ir ≠ 0 (1.13) Vôùi Vbl – ñieän aùp rôi treân hai ñieän cöïc coâng suaát cuûa khoùa ôû traïng thaùi khoùa doøng Ir - doøng roø qua khoùa coâng suaát khi ngaét ñieän. b. Tính chaát ñoäng: ñöôïc ñaëc tröng baèng thôøi gian khoaù chuyeån traïng thaùi töø ngaét sang ñoùng ñieän ton vaø ngöôïc laïi toff- caùc giaù trò naøy khaùc nhau cho moãi loaïi khoùa coâng suaát Heä quaû: + Thôøi gian khoùa chuyeån traïng thaùi ton, toff laøm giôùi haïn taàn soá ñoùng ngaét khoaù vaø taàn soá laøm vieäc cuûa boä bieán ñoåi coâng suaát; + Phaùt sinh coâng suaát tieâu taùn nhieät khi chuyeån traïng thaùi goïi laø coâng suaát toån hao ñoäng hay coâng suaát toån hao do ñoùng caét. ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 11 1.3. CAÙC LINH KIEÄN BAÙN DAÃN : www.semikron.com ; www.eupec.com ; www.fujielectric.com 1. DIODE COÂNG SUAÁT 1.1. Caáu taïo- ñaëc ñieåm : a) Caáu truùc baùn daãn b) Kyù hieäu c) Caùc daïng voû diode H1.5. Diode coâng suaát • Linh kieän khoâng ñieàu khieån, • Coù caáu taïo goàm moät lôùp chuyeån tieáp p-n, 2 ñieän cöïc ngoaøi, • Phöông phaùp cheá taïo : Khuyeách taùn nguyeân töû taïp chaát loaïi p vaøo moät maët cuûa phieán tinh theå Si loaïi n, • Cöïc Anode noái vôùi lôùp p, Cathode noái vôùi lôùp n, • Quaù trình ñoùng ngaét : Neáu VAK > 0 (ñieän aùp Anode döông hôn ñieän aùp Cathode) thì diode daãn (ñoùng), ngöôïc laïi diode ngaét, • Tieát dieän cuûa phieán baùn daãn Si quyeát ñònh khaû naêng chòu doøng cuûa diode, • Ñieän trôû cuûa nguyeân lieäu ban ñaàu (ví duï phieán baùn daãn loaïi n) vaø chieàu daøy quyeát ñònh khaû naêng chòu aùp khoaù cuûa diode, • Caùc tham soá cô baûn : + Khaû naêng ñieàu khieån doøng ñieän (vaøi A → vaøi kA ) + Khaû naêng khoùa ñieän aùp (vaøi chuïc V → vaøi kV ) + Thôøi gian phuïc hoài tính nghòch : thôøi gian caàn thieát ñeå diode phuïc hoài khaû naêng chòu aùp khoaù khi quaù trình daãn thuaän chaám döùt : chia laøm 2 loaïi – phuïc hoài nhanh : söû duïng trong caùc maïch coù taàn soá laøm vieäc cao - phuïc hoài chaäm : söû duïng trong maïch laøm vieäc vôùi taàn soá thaáp (taàn soá coâng nghieäp) 1.2. Ñaëc tuyeán VA: Kim loaïi Goám caùch ñieän ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 12 H1.6. Ñaëc tuyeán Volt-Ampeøre cuûa diode coâng suaát Caùc tham soá: VTO – ñieän aùp ñoùng diode (turn -on) VBR – ñieän aùp ngöôïc ñaùnh thuûng lôùp pn (break- down) f f f di du r = - ñieän trôû vi phaân thuaän (1.14) r r r di dur = - ñieän trôû vi phaân nghòch (1.15) 1.3. Ñaëc ñieåm ñoùng ngaét: Khi diode daãn töông ñöông moät coâng taéc ñoùng : ñoä rôi aùp treân linh kieän Vf nhoû, doøng thuaän qua linh kieän If lôùn. Khi diode ngaét töông ñöông moät coâng taéc ngaét : ñieän aùp khoùa Vbl lôùn, doøng roø qua linh kieän Ir raát beù. 1.4. Thôøi gian phuïc hoài tính nghòch Trr: Trong caùc hieän töôïng quaù ñoä, quaù trình ngaét diode ñoùng vai troø quan troïng. Ta khaûo saùt moät diode ñang daãn ñieän, noù ñöôïc ngaét ñieän baèng moät nguoàn ñieän aùp ngöôïc Vng ñaët leân Cathode –Anode khi ñoùng khoaù S, doøng qua diode theo chieàu thuaän coù giaù trò laø IF. ÔÛ thôøi ñieåm: t = 0 : khoaù S ngaét; i = IF t = t0 : ñoùng khoaù S, aùp ngöôïc Vng ñaët leân diode vaø doøng thuaän giaûm daàn; t = t1 : doøng thuaän giaûm veà 0, IF = 0. Do söï toàn taïi chuyeån ñoäng caùc haït daãn khoâng cô baûn neân diode tieáp tuïc daãn, cho doøng ngöôïc ñi qua; t = t2 : caùc haït daãn khoâng cô baûn tieâu taùn heát, diode khoâi phuïc nhanh khaû naêng khoaù aùp ngöôïc; t = t3 : doøng ngöôïc giaûm veà 0. Quaù trình ngaét diode keát thuùc. Thôøi gian phuïc hoài tính nghòch ñöôïc ñònh nghóa laø: trr = t3 – t1 =ta+tb (1.16) Thôøi gian phuïc hoài ngöôïc trr thöôøng nhoû hôn 1µs. Hieän töôïng naøy trôû neân quan troïng cho caùc öùng duïng coù taàn soá laøm vieäc cao. Diode phuïc hoài nhanh ñöôïc söû duïng trong tröôøng hôïp naøy vôùi trr nhoû hôn so vôùi thôøi gian phuïc hoài cuûa diode taàn soá coâng nghieäp 50Hz. Suït aùp luùc daãn ñieän Nhaùnh daãn Doøng roø Nhaùnh khoùa Ñieän aùp ñaùnh thuûng kieåu thaùc ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 13 Vng S LD R C a) Maïch khaûo saùt trr b) Quaù trình ngaét diode H1.7. Khaûo saùt thôøi gian phuïc hoài tính nghòch cuûa diode coâng suaát 1.5. Maïch baûo veä : Khi doøng ir giaûm ñoät ngoät (ôû thôøi ñieåm t=t2) ta coù theå quan saùt hieän töôïng quaù aùp treân diode (neáu trong maïch diode coù caûm khaùng maéc noái tieáp): dt diLVv Lngr −= , (iL=ir) (1.17) toác ñoä giaûm doøng lôùn quaù möùc coù theå laøm hoûng diode. Ngöôøi ta coù theå haïn cheá aûnh höôûng cuûa hieän töôïng quaù aùp vaø baûo veä cho linh kieän diode coâng suaát baèng maïch loïc RC maéc song song vôùi diode laøm quaù trình taét doøng dieãn ra chaäm hôn (xem hình H1.7.a) (maïch RC khoâng cho pheùp ñieän aùp taêng ñoät ngoät treân hai ñaàu ñieän cöïc diode). Trong caùc diode hieän nay, module diode coâng suaát chöùa maïch RC tích hôïp beân trong luùc saûn xuaát. 1.6. Moät soá vaán ñeà phuï : • Khaû naêng chòu aùp taûi vaø doøng taûi ⇒ gheùp noái tieáp caùc diode ñeå taêng khaû naêng khoùa aùp vaø gheùp song song caùc diode ñeå taêng khaû naêng taûi doøng; • Caùc loaïi diode ñaëc bieät trong coâng nghieäp: diode cao aùp, taàn soá ñoùng ngaét cao (trr nhoû, giaù thaønh cao), diode Schottky coù theå xuaát hieän trong caùc daïng maïch ñaëc bieät. Schottky diode vôùi lôùp chuyeån tieáp kim loaïi –baùn daãn thay vì lôùp p-n. Suït aùp treân diode Schottky khoaûng 0.3V vaø thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc öùng duïng ñieän aùp thaáp, khi suït aùp treân diode caàn xeùt ñeán. Ñieän aùp ngöôïc toái ña trong tröôøng hôïp naøy khoaûng 100V. Lôùp chuyeån tieáp kim loaïi –baøn daãn khoâng coù quaù ñoä luùc phuïc hoài neân ñoùng ngaét nhanh hôn caùc diode vôùi lôùp chuyeån tieáp p-n. 2. TRANSISTOR COÂNG SUAÁT 2.1. Caáu taïo: ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 14 H1.8. Caáu truùc BJT H1.9 (a) BJT(NPN). (b) Ñaëc tuyeán V-A. (c ) Ñaëc tuyeán BJT lyù töôûng. (d) Maéc Darlington • BJT coù hai loaïi : npn vaø pnp, tuy nhieân npn (H1.8) thöôøng duøng hôn vì vôùi cuøng ñònh möùc aùp vaø doøng thì loaïi naøy coù kích thöôùc nhoû goïn hôn; • Linh kieän ñieàu khieån hoaøn toaøn vaø coù ba cöïc ngoaøi Collector (C) , Emitter (E) vaø coång ñieàu khieån Base (B). (H1.9a) + Maïch coâng suaát noái giöõa 2 cöïc C vaø E + Maïch ñieàu khieån noái giöõa 2 cöïc B vaø E 2.2. Ñaëc ñieåm: + Transistor vaän haønh nhö moät khoùa ñoùng caét baùn daãn ñöôïc söû duïng trong ñieän töû coâng suaát vaø nhö vaäy thöôøng chæ laøm vieäc ôû cheá ñoä ñoùng ngaét; + BJT coâng suaát ñöôïc ñònh möùc ñeán 1200V vaø 400A. Chuùng thöôøng ñöôïc söû duïng trong caùc boä bieán ñoåi vaän haønh ñeán 10kHz. BJT coâng suaát coù ñònh möùc cao hôn MOSFET. + Khoâng coù khaû naêng khoaù aùp ngöôïc trò soá lôùn ⇒ chuyeân duøng khoaù aùp thuaän (aùp VCE > 0) + Ñaëc tính cuûa BJT ñöôïc trình baøy treân H1.9b. BJT chuyeån sang traïng thaùi daãn khi caáp cho noù moät doøng coång Base ñuû lôùn ñeå BJT daãn baõo hoaø. Ñieän aùp baõo hoaø collector- emitter khoaûng 1 – 2V ñoái vôùi BJT coâng suaát. Doøng Base baèng 0 laøm BJT ngaét. + BJT laø moät linh kieän ñieàu khieån baèng doøng, coù heä soá khueách ñaïi hFE thaáp, thöôøng nhoû hôn 20. Söï vaän haønh cuûa khoaù ñöôïc ñaëc tröng bôûi doøng vaøo ôû cöïc ñieàu khieån IB ñeå ñoùng doøng IC ôû cöïc chính 20 , ≤= FE B C FE hI I h (1.18) 2.3. Ñaëc tuyeán VA: ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 15 H1.10. Ñaëc tuyeán Volt-Ampeøre cuûa BJT + Ñaëc tuyeán Volt-Ampeøre (V-A) trình baøy treân H1.10: Ñoù laø moái quan heä giöõa doøng collector IC vaøo aùp giöõa hai ñaàu cöïc coâng suaát VCE phuïthuoäc tham soá ñieàu khieån laø doøng IB + Hai vuøng laøm vieäc töông öùng vôùi traïng thaùi ñoùng ngaét cuûa BJT: vuøng ngaét vaø vuøng baõo hoaø 2.4. Thôøi gian ñoùng ngaét : Tính chaát ñoäng ñöôïc khaûo saùt thoâng qua ñaùp öùng cuûa doøng IC so vôùi doøng ñieàu khieån IB (H1.11). H1.11. Thôøi gian ñoùng caét BJT t1 – t0 : thôøi gian treã cuûa quaù trình chuyeån sang ñoùng t2 – t0 : thôøi gian ñoùng tON – khoaûng vaøi µs t4 – t3 : thôøi gian treã cuûa quaù trình chuyeån sang ngaét t5 – t3 : thôøi gian ngaét tOFF - lôùn hôn 10µs 2.5. Maïch kích: Nguyeân taéc thieát keá maïch sao cho BJT seõ ñöôïc ñoùng ngaét bôûi doøng IB thích hôïp trong moïi ñieàu kieän thay ñoåi doøng IC trong quaù trình vaän haønh. IB ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 16 Nhieäm vuï maïch kích : + giaûm thôøi gian khoùa chuyeån traïng thaùi tON vaø tOFF , daïng doøng coång thöôøng coù daïng nhö treân H1.12 H1.12. + ñuû doøng IB min ñeå ñoùng BJT baõo hoøa – caàn coù khaâu khueách ñaïi tín hieäu. + caùch ly ñieän giöõa maïch ñieàu khieån vaø maïch coâng suaát : söû duïng bieán aùp xung hoaëc linh kieän quang ñieän töû (optocoupleur) Caùc daïng maïch kích : + maïch kích ñoùng : doøng kích coång base coù gai nhoïn nhö treân H1.12 coù theå ñöôïc taïo bôûi maïch nhö treân H1.13. Khi ñieän aùp V1 xuaát hieän ôû ngoõ vaøo, doøng coång base chæ bò haïn cheá bôûi ñieän trôû R1 vaø giaù trò ban ñaàu laø: 1 1 1 R VVI BEB −= (1.19) vaø giaù trò cuoái cuøng laø 21 1 RR VVI BEBs + −= (1.20) tuï ñieän C naïp ñieän ñeán giaù trò cuoái cuøng laø : 21 2 1 RR RVVc += (1.21) thôøi haèng naïp tuï laø 21 121 1 RR CRR +=τ (1.22) khi ñieän aùp VB veà 0, lôùp chuyeån tieáp base-emitter phaân cöïc ngöôïc, tuï C1 phoùng ñieän qua ñieän trôû R2. thôøi haèng xaû tuï laø 122 CR=τ . (1.23) Ñeå ñaûm baûo ñuû thôøi gian naïp vaø xaû tuï, thôøi gian taïo xung t1≥ 5τ1 ; t2≥ 5τ2, taàn soá ñoùng caét toái ña laø fs=1/T = 1/(t1+t2) = 0.2/(τ1+τ2). + maïch kích ngaét: Neáu ñieän aùp ngoõ vaøo giaûm xuoáng giaù trò –V2 luùc ngaét, ñieän aùp tuï ñieän Vc theo (1.21) seõ coäng vôùi ñieän aùp V2 vaø laø aùp ngöôïc ñaët treân coång ñieàu khieån BJT hình thaønh doøng coång kích ngaét. Khi tuï C1 phoùng ñieän, ñieän aùp ngöôïc seõ giaûm ñeán giaù trò xaùc laäp V2. ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 17 H1.13 Maïch kích treân H1.14 trình baøy chöùc naêng khuyeách ñaïi tín hieäu duøng Transistor vaø caùch ly duøng bieán aùp xung VCC C A E GND Q1 Q2 Q3 Q4 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 TX1 C2 D1 1 2 D2 1 2 C1 C3 H1.14 Coång Base cuûa BJT coâng suaát ñöôïc ñieàu khieån bôûi cuoän thöù caáp C3 cuûa bieán aùp xung ba cuoän daây. Cuoän sô caáp kyù hieäu laø C1 vaø C2. Ñeå ñieàu khieån ñoùng BJT Q4, ñieän aùp coù giaù trò döông ñöôïc caáp cho ñaàu A laøm cho Transistor Q3 ñoùng, cuoän C1 tích ñieän, dieän aùp döông xuaát hieän treân cuoän C3. Ñoàng thôøi cuoän C2 khoâng coù doøng ñi qua vì Q2 ngaét do Q1 ñoùng vaø noái taét coång Base cuûa Q2 xuoáng masse. Khi xung aùp ñieàu khieån ôû ñaàu A giaûm xuoáng 0, caû hai BJT Q1 vaø Q3 ngaét. Khi Q3 ngaét cuoän C1 hôû vaø khoâng ñöôïc caáp nguoàn, Q1 ngaét laøm cuoän C2 ñöôïc caáp ñieän do Q2 ñoùng. Do khaùc cöïc tính neân cuoän C3 xuaát hieän ñieän aùp ngöôïc ngaét Q4. 2.6. Maïch baûo veä: + Ñeå baûo veä quaù aùp trong quaù trình ngaét maïch ta coù theå söû duïng caùc maïch sau: dV/dt dV/dt di/dt a) b) c) H1.15 ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 18 Coâng duïng cuûa tuï C maéc noái tieáp vôùi ñieän trôû R (H1.15a) hoaëc diode D (H1.115b) laø giaûm toác ñoä taêng aùp khoaù teân BJT trong quaù trình ngaét (dV/dt quaù lôùn coù theå laøm hoûng linh kieän). Maïch coøn goïi laø maïch ñeäm (snubber). Quaù trình naïp tuï : doøng naïp ñi qua D,C vaøTransistor chuyeån sang traïng thaùi ngaét; quaù trình xaû tuï doøng phoùng ñieän qua maïch C, R,Transistor ôû laàn ñoùng tieáp theo. + Ñeå baûo veä quaù doøng di/dt khi ñoùng maïch (neáu caàn thieát): söû duïng cuoän caûm maéc noái tieáp vôùi linh kieän treân H1.15c . L giaûm toác ñoä taêng doøng, tích naêng löôïng . Maïch xaû naêng löôïng naêng löôïng tích luõy trong cuoän L giaûi phoùng qua maïch L, R, D 2.7. Maéc Darlington: Ta coù heä soá khuyeách ñaïi hFE = IC/IB thöôøng coù giaù trò khoâng lôùn. Vì theá neáu caàn ñieàu khieån doøng Ic coù trò soá cao (ví duï IC = 200 A) ⇒ ta caàn thieát keá maïch ñieàu khieån taïo doøng IB khaù cao (IB =10A) ñeå kích ñoùng linh kieän ⇒ maïch ñieàu khieån seõ thieát keá khoù vaø hieäu suaát keùm. Vì theá coù theå khaéc phuïc nhöôïc ñieåm naøy baèng caùch duøng caùch maéc Darlington (H1.9d). Maïch goàm 2 Transistor: BJT chính vaø BJT phuï duøng ñieàu khieån BJT chính. Ví duï BJT phuï cuõng coù heä soá hFE =20, ta chæ caàn doøng IB=10/20=0.5A ñeå ñieàu khieån doøng coâng suaát 200A cuûa BJT chính. 3. MOSFET 3.1. Caáu taïo: Ñaëc ñieåm khaùc BJT + Linh kieän ñieàu khieån baèng aùp, chæ caàn doøng ñieàu khieån raát nhoû ôû coång ñieàu khieån ( vaøi mA ) ñeå duy trì MOSFET ôû traïng thaùi ñoùng. Ñieän aùp gate-source ñuû lôùn seõ ñoùng MOSFET. Maïch kích MOSFET thöôøng ñôn giaûn hôn maïch kích BJT. Ôû traïng thaùi daãn, söï bieán thieân vDS tyû leä thuaän vôùi söï bieán thieân doøng iD. + MOSFET ñoùng caét nhanh hôn BJT vaø ñöôïc söû duïng trong caùc boä bieán ñoåi vaän haønh vôùi taàn soá ñeán 100kHz vaø hôn. + MOSFET coù caáu truùc diode ngöôïc kyù sinh (do caáu truùc baùn daãn) ñoâi khi coù lôïi cho moät soá maïch öùng duïng. + Suït aùp khi daãn ñieän cuûa BJT thaáp hôn so vôùi MOSFET ⇒ coâng suaát toån hao nhieät ôû traïng thaùi ñoùng cuûa MOSFET cao hôn. MOSFET ñieän aùp thaáp seõ coù ñieän trôû luùc daãn RDS(on) nhoû hôn 0.1Ω, tuy nhieân caùc MOSFET cao aùp coù ñieän trôû daãn leân ñeán vaøi Ω. + Giaù trò aùp, doøng chòu ñöôïc cuûa BJT lôùn hôn MOSFET. Ñònh möùc MOSFET khoaûng 1000V vaø 50A. a) (b) MOSFET(keânh N). (c) Ñaëc tuyeán V-A. (d) Ñaëc tuyeán MOSFET lyù töôûng. H1.16. MOSFET coâng suaát ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 19 3.2. Ñaëc tuyeán VA: +Ñaëc tuyeán VA töông töï nhö BJT ( thay ñoåi kyù hieäu caùc cöïc , D ⇒ C, S⇒ E, G⇒ B ) (H1.16c) +Khi aùp ñieàu khieån VGS >0 vaø aùp khoùa VDS >0 ⇒ MOSFET ñoùng ⇒ doøng ID chaûy qua cöïc coâng suaát DS +Khaùi nieäm ñieän trôû RDS ôû traïng thaùi ñoùng: Do khoâng coù lôùp chuyeån tieáp p – n maø chæ coù n neân phieán baùn daãn ñöôïc xem nhö ñieän trôû. Ñieän aùp 2 ñaàu cöïc ôû traïng thaùi daãn vaø coâng suaát toån hao tónh: VF = ID. RDS( ON ) P = I2D . RDS ( ON) Do RDS(ON) cao ⇒ Taïi sao MOSFET ñieàu khieån aùp vaø doøng keùm hôn BJT. 3.3. Quaù trình ñoùng ngaét MOSFET H1.17 tON = t d ( ON) + tr tOFF = t d(OFF) + tf + So vôùi caùc khoùa coâng suaát, thôøi gian tON , tOFF cuûa MOSFET laø ngaén nhaát ⇒ laø linh kieän thích hôïp ñeå ñieàu kieän ñoùng ngaét taàn soá cao. 3.4. Maïch baûo veä: ( Gioáng nhö tröôøng hôïp BJT ) Quaù trình quaù ñoä khi ngaét, doøng naïp tuï chaïy töø cöïc D ⇒ cöïc G ⇒ MOSFET daãn ngoaøi yù muoán ⇒ quaù aùp neáu dV/dt cao ( ic = C . dV/dt ) Quaù trình quaù ñoä khi ñoùng MOSFET coù theå gaây neân quaù aùp ôû giai ñoaïn diode ngöôïc phuïc hoài tính nghòch. Trong nhöõng tröôøng hôïp naøy, maïch baûo veä laø caàn thieát. 3.5.Maïch kích MOSFET: Coù caùc chöùc naêng töông töï maïch kích BJT (H1.18). Khi P → , ñieän aùp nguoàn 15V caáp cho bieán aùp xung ferritetrong moät khoaûng thôøi gian ngaén cho ñeán khi baõo hoøa, ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 20 xung doøng phoùng ñieän qua diode zener Z2 (laøm vieäc nhö diode thöôøng), ñieän dung toång Gate- Source seõ ñoùng MOSFET. Ñieän aùp treân cöïc Gate ñöôïc giôùi haïn bôûi diode zener Z1. Khi P → 0, bieán aùp xung seõ khoâng baõo hoøa vaø xung doøng phoùng ñieän töø tuï C qua diode Z2. Khi ñieän aùp tuï C baét ñaàu aâm, diode Z1 daãn ñieän (nhö diode thöôøng) vaø haïn cheá ñieän aùp aâm coâng Gate nhoû hôn 1V. H1.18. Maïch kích MOSFET 4. IGBT 4.1.Caáu taïo, ñaëc ñieåm: IGBT (H1.19) laø maïch tích hôïp moät MOSFET vaø moät BJT. Maïch kích BJT gioáng nhö maïch kích MOSFET, trong khi ñaëc tính ñoùng cuûa noù gioáng nhö cuûa BJT. IJBT coù theå laøm vieäc vôùi taàn soá ñoùng caét leân ñeán 20kHz vaø thay theá BJT trong nhieàu öùng duïng. a) b) Sô ñoà töông ñöông c) Kyù hieäu H1.19. IGBT - Keát hôïp öu ñieåm cuûa BJT vaø MOSFET - Linh kieän ñieàu khieån baèng aùp ( gioáng MOSFET ) ⇒ maïch ñieàu khieån gioáng nhö MOSFET - Ñieän aùp rôi treân hai ñieän cöïc CE luùc ñoùng nhoû hôn MOSFET - Khoâng coù diode ngöôïc kyù sinh ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 21 - Khoâng coù khaû naêng khoùa aùp ngöôïc giaù trò lôùn hôn 10V - Ñònh möùc IGBT aùp U <= 1200 V, doøng I <= 1 KA - Taàn soá ñoùng ngaét cao hôn so vôùi BJT nhöng thaáp hôn MOSFET, tON IGBT ≅ tON MOSFET , tOFF IGBT > tOFF MOSFET 4.2. Nguyeân lyù ñoùng caét : + Gioáng MOSFET , khaùc ôû ñieän trôû luùc IGBT ñoùng RCE ( ON ) nhoû hôn nhieàu so vôùi RDS(ON) MOSFET vì caáu truùc IGBT coù lôùp chuyeån tieáp pn ⇒ coù söï daãn ñieän baèng haït daãn khoâng cô baûn ⇒ doøng I ñieàu khieån ñöôïc ñoái vôùi IGBT lôùn hôn 5, 10 laàn so vôùi MOSFET + Coù tín hieäu aùp ñieàu khieån VGE ⇒ doøng qua lôùp pn phaân cöïc thuaän töø cöïc C ⇒ E. 4.3. Ñaëc tuyeán VA: Gioáng BJT vaø MOSFET IC = f ( V GE ) 5. SCR ( Thyristor) 5.1. Caáu taïo vaø ñaëc ñieåm hoaït ñoäng: a) b) H1.20 - duøng cho maïch coâng suaát lôùn; - boán lôùp p, n vôùi 3 cöïc ngoaøi Anode (A), Cathode (K) vaø Gate (G); - maïch ñieàu khieån ñöôïc noái giöõa cöïc G & K . Maïch coâng suaát ñöôïc noái giöõa A & K ; - linh kieän ñieàu khieån baèng doøng. Xung doøng IG kích ñoùng SCR; - khoâng kích ngaét, doøng qua SCR ñang daãn if bò ngaét khi giaù trò doøng naøy thaáp hôn doøng duy trì if < ih ≈ 0 - ñònh möùc SCR : aùp vaøi kV, doøng vaøi kA Ba traïng thaùi cuûa SCR: - Traïng thaùi khoùa aùp ngöôïc ( SCR ngaét ) V R G K A ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 22 - Traïng thaùi khoùa aùp thuaän ( SCR ngaét) V R G A K - Traïng thaùi ñoùng ( ON ) daãn thuaän V R G A K H1.21. Caùc traïng thaùi cuûa SCR 5.2. Quaù trình ñoùng ngaét a. Hieän töôïng ñoùng maïch xaûy ra ( chuyeån töø ngaét ⇒ ñoùng ) khi - SCR ñöôïc ñaët ôû traïng thaùi khoùa aùp thuaän - Xung doøng IG > 0 ñöa vaøo coång GK Maïch töông ñöông cuûa SCR goàm 2 transistor maéc ñoái Collector vaø Base vôùi nhau, xung IG laøm 2 transistor nhanh choùng daãn baõo hoøa. Luùc SCR daãn, traïng thaùi cuûa noù gioáng diode neân doøng IG khoâng coøn caàn thieát nöõa ñeå duy trì traïng thaùi ñoùng SCR. b. Hieän töôïng ngaét maïch goàm 2 giai ñoaïn; Chuyeån töø ñoùng ⇒ ngaét • Giai ñoaïn 1: Giai ñoaïn laøm doøng thuaän bò trieät tieâu baèng caùch thay ñoåi ñieän trôû hoaëc ñieän aùp giöõa anode vaø cathode ( ñaët aùp ngöôïc ) • Giai ñoaïn 2: khoâi phuïc khaû naêng khoùa cuûa SCR Sau khi doøng thuaän bò trieät tieâu SCR caàn coù 1 thôøi gian ngaét an toaøn (tq) ñeå SCR coù theå chuyeån sang traïng thaùi khoùa aùp thuaän an toaøn. 5.3. Ñaëc tuyeán Volt-Ampeøre: Ñoù laø moái quan heä giöõa IAK vaøo aùp VAK phuï thuoäc tham soá ñieàu khieån laø xung doøng IG. Ñaëc tuyeán V-A phaûn aûnh ba traïng thaùi laøm vieäc cuûa SCR. IF IG ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 23 a) b) H1.21 Caùc thoâng soá : • VBO - aùp thoâng doøng: Khi ñieän aùp VAK ñuû döông ñeå ñoùng SCR maø khoâng caàn tín hieäu ñieàu khieån. (BO- Break Over). Khi thay ñoåi giaù trò doøng kích thì aùp thoâng doøng thay ñoåi theo IG2 > IG1 > IG0 = 0 ⇒ VB02 < VB01 < VB0 • IL - Doøng choát : Khi doøng thuaän qua SCR iF lôùn hôn giaù trò doøng choát iL môùi coù theå taét xung ñieàu khieån . (L- latching) • IH – Doøng duy trì : trong quaù trình doøng thuaän SCR iF thaáp hôn doøng duy trì iH thì SCR chuyeån sang traïng thaùi ngaét. (H- Holding) • VBR –aùp ñaùnh thuûng SCR kieåu thaùc. ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 24 5.4. Caùc tính chaát ñoäng • dvBL/ dt : SCR xöû lyù nhö 1 tuï ñieän, neáu dVBL/ dt quaù lôùn daãn ñeán SCR daãn ngoaøi yù muoán. Vì theá ngöôøi ta giôùi haïn toác ñoä thay ñoåi ñieän aùp khoùa trong khoaûng 10 – 100V/µs • diF / dt: Neáu diF / dt lôùn quaù seõ laøm tieát dieän SCR bò quaù taûi ôû choå noái vôùi coång laøm hoûng SCR . Vì theá ngöôøi ta giôùi haïn ñoä taêng cuûa doøng thuaän trong khoaûng 10 – 100A/µs • tq : sau khi phuïc hoài lôùp ñieän trôû nghòch cuûa J1 vaø J3 quaù trình ngaét vaãn chöa chaám döùt, caàn coù theâm moät thôøi gian nöõa ñeå khoâi phuïc khaû naêng khoùa aùp thuaän töùc laø khoâi phuïc ñieän trôû nghòch cuûa lôùp J2 . Thôøi gian ngaét an toaøn vì vaäy seõ ñöôïc ñònh nghóa : tq- Noù baét ñaàu khi doøng thuaän trôû veà khoâng cho ñeán khi xuaát hieän ñieän aùp khoùa thuaän maø SCR vaãn khoâng bò ñoùng trôû laïi khi chöa coù xung doøng ñieàu khieån IG. 5.5. Maïch baûo veä: - Ñeå giaûm ñoä doác diF/ dt coù theå duøng caûm khaùng maéc noái tieáp vôùi SCR - Vieäc quaù aùp coù theå ñöôïc haïn cheá baèng maïch duøng RC hoaëc maïch D, R, C ñeå giôùi haïn ñoä doác cuûa dvBl / dt dV/dt dV/dt di/dt H1.22. 5.6. Maïch kích SCR: VCC A - X1 R1 R2 R3 R4 R5 R6 Q2 Q1 TX1 D1 D2 K A G H1.23 Xung ñoùng ñöôïc ñaët vaøo coång base cuûa Q2 laøm Q2 chuyeån sang traïng thaùi ñoùng. R5 & R6 coù giaù trò cao vaø coù chöùc naêng caûi thieän ñaëc tính laøm vieäc baèng caùch taïo ñöôøng daãn giöõa base vaø emitter. Q2 ñoùng cung caáp doøng ñieàu khieån ñaõ ñöôïc khuyeách ñaïi cho Q1 laøm Q1 ñoùng. Giaù trò doøng naøy phuï thuoäc R3 vaø aùp nguoàn Vcc. Q1 ñoùng caáp ñieän aùp cho cuoän sô caáp cuûa bieán aùp xung (coù giaù trò gaàn baèng Vcc). Ñoä roäng xung aùp töông ñöông ñoä roäng tín hieäu ñieàu khieån ngoõ vaøo A. Cuoän thöù caáp caáp xung cho coång G cuûa SCR. Ñieän trôû R1 & R2 haïn cheá aùp vaø doøng cöïc coång. Diode D1 ngaên ngöøa ñieän aùp ngöôïc ñaët leân cöïc coång töø bieán aùp xung. R6 coøn coù chöùc naêng taïo ñöôøng daãn giöõa coång G & K giuùp hoaït ñoäng coång G oån ñònh hôn ít chòu aûnh höôûng cuûa ñieän aùp troâi. ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 25 6. GTO 6.1. Ñaëc ñieåm caáu taïo Thyritor GTO treân H.1.24 cuõng gioáng nhö SCR, ñöôïc ñoùng baèng xung doøng coång Gate neáu ñieän aùp anode- cathode döông. Tuy nhieân, khaùc vôùi SCR, GTO coù khaû naêng ñieàu khieån ngaét baèng doøng coång Gate giaù trò aâm. Vì vaäy, GTO thích hôïp cho moät soá öùng duïng khi yeâu caàu ñieàu khieån caû hai quaù trình ñoùng vaø ngaét khoùa baùn daãn. Doøng aâm ngaét GTO caàn phaûi ngaén (vaøi µs), nhöng bieân ñoä phaûi raát lôùn so vôùi doøng ñoùng GTO vaø thoâng thöôøng doøng kích ngaét GTO khoaûn 1/3 doøng anode ôû traïng thaùi daãn. Ñaëc tuyeán V-A cho GTO gioáng cuûa SCR. Ñònh möùc GTO : doøng vaøi kA , aùp vaøi kV: Duøng cho maïch coâng suaát lôùn a) b) H1.24. 6.2. Ñaëc ñieåm ñoùng ngaét: Kích ñoùng töông töï SCR thöôøng. Kích ngaét baèng doøng töông ñoái lôùn 6.3. Maïch kích: U1 U2 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 Q5 Q4A Q2A C1 X1 + - PS1 PS2 Xung ñoùng Xung ngaét A K G Q1 Q3 +VGG -VGG ON OFF H1.25 Hai nguoàn ñoäc laäp PS1 & PS2. Xung ñoùng caàn duy trì, xung ngaét daïng xung heïp. Chöùc naêng caùch ly ñöôïc thöïc hieän baèng optron. 6.4. Maïch baûo veä: Töông töï SCR 7. TRIAC: Linh kieän ñieàu khieån doøng xoay chieàu vaø coù 1 coång ñieàu khieån. Kích ñoùng baèng xung doøng ñieàu khieån gioáng SCR Ngaét töï nhieân baèng aùp ngöôïc G A1 A2 ÑHBK TPHCM – KHOA ÑIEÄN & ÑIEÄN TÖÛ – BOÄ MOÂN CCÑ & ÑKH 26