Bài giảng Điện tử công suất - Chương nhập môn
GTO – Gate turn off thyristor
- Thyritor 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 μs), 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.
- Định mức GTO : dòng vài kA , áp vài kV: Dùng cho mạch công suất lớn
46 trang |
Chia sẻ: Tiểu Khải Minh | Ngày: 21/02/2024 | Lượt xem: 97 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Điện tử công suất - Chương nhập môn, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHƯƠNG 0
NHẬP MƠN
1. ĐIỆN TỬ CƠNG SUẤT
2. ĐẶC ĐIỂM LINH KIỆN BÁN DẪN CƠNG SUẤT (KHĨA CƠNG
SUẤT)
3. LINH KIỆN BÁN DẪN CƠNG SUẤT LÝ TƯỞNG
4. HỆ QUẢ DO CHUYỂN MẠCH (ĐĨNG CẮT KHĨA CS)
5. HỆ QUẢ DO SĨNG HÀI
6. SỰ KẾT HỢP GIỮA ĐTCS & VI ĐIỀU KHIỂN (P, DSP, C)
CHƯƠNG 0
THUẬT NGỮ
1. Chế độ khĩa (Blocking mode)
2. Chuyển mạch (Commutation)
3. Bộ chuyển mạch (Commutation circuit)
4. Chuyển mạch phụ thuộc lưới (line commutation)
5. Chuyển mạch cưỡng bức (Forced commutation)
6. Quá trình kích đĩng Thyristor (Thyristor turn-on)
7. Quá trình ngắt Thyristor (Thyristor turn-off)
8. Thời gian ngắt dịng (Turn-off time)
9. Tỷ số đĩng (Duty cycle)
CHƯƠNG 0
THUẬT NGỮ : BỘ BIẾN ĐỔI CƠNG SUẤT
1. Chỉnh lưu (Rectifier, Redresseur)
2. Chỉnh lưu điều khiển (Controlled Rectifier)
3. Bộ biến đổi điện áp xoay chiều (AC Voltage Controller,
Gradateur)
4. Bộ biến đổi điện áp một chiều (Chopper, Hacheur)
5. Bộ nghịch lưu (Inverter, Onduleur)
6. Bộ biến tần (Frequency Converter, Convertisseur de
frequence)
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
1. DIODE CÔNG SUẤT
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
• Linh kiện không điều khiển
• Có cấu tạo gồm một lớp chuyển tiếp p-n, 2 điện cực
ngoài
• Phương pháp chế tạo : Khuyếch tán nguyên tử tạp
chất loại p vào một mặt của phiến tinh thể Si loại n
• Cực Anode nối với lớp p, Cathode nối với lớp n
• Quá trình đóng ngắt : Nếu VAK > 0 (điện áp Anode
dương hơn điện áp Cathode) thì diode dẫn (đóng),
ngược lại diode ngắt
1. DIODE CÔNG SUẤT: ĐẶC ĐIỂM
1. DIODE CÔNG SUẤT: ĐẶC ĐIỂM
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
+ Khả năng điều
khiển dòng điện
(vài A vài
kA )
+ Khả năng khóa
điện áp (vài
chục V vài kV )
1. DIODE CÔNG SUẤT : ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPÈRE
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
1. DIODE CÔNG SUẤT: THỜI GIAN PHỤC HỒI TÍNH NGHỊCH
Thời gian cần thiết để diode
phục hồi khả năng chịu áp khoá
khi quá trình dẫn thuận chấm
dứt
– phục hồi nhanh
- phục hồi chậm
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
1. DIODE CÔNG SUẤT: THỜI GIAN PHỤC HỒI TÍNH NGHỊCH
Tính tốn trr để đánh giá khả
năng đĩng ngắt với tần số phù
hợp.
(Example 2.1 – PE Handbook)
Bài tập : Xem Tutorial 2.1 p.19, 20 PE Handbook
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
1. DIODE CÔNG SUẤT: BẢO VỆ LINH KIỆN
Giá trị dv/dt tra từ thơng số kỹ
thuật của linh kiện.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
1. DIODE CÔNG SUẤT: ĐỊNH MỨC LINH KIỆN
Xem ví dụ 2.2 p.18 PE Handbook
Định mức áp : VRRM – giá trị áp ngược tức thời lớn nhất trên
diode
Định mức dịng : IAV – giá trị trung bình dịng qua diode
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
2. TRANSISTOR CÔNG SUẤT
- Linh kiện điều khiển bằng dòng và có ba
cực ngoài: Collector (C) , Emitter (E) và
cổng điều khiển Base (B).
+ Mạch công suất nối giữa 2 cực C và E
+ Xung điều khiển cấp vào giữa 2 cực B
và E
- Transistor vận hành như một khóa đóng
cắt bán dẫn
- BJT công suất được định mức đến 1200V
và 400A. Chúng thường được sử dụng
trong các bộ biến đổi vận hành đến
10kHz.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
2. TRANSISTOR CÔNG SUẤT :ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPÈRE
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
2. TRANSISTOR CÔNG SUẤT : ĐẶC TÍNH ĐỘNG
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
2. TRANSISTOR CÔNG SUẤT : MẠCH BẢO VỆ
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
2. TRANSISTOR CÔNG SUẤT : MẠCH KÍCH
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
3 CHỨC NĂNG :
-CÁCH LY ĐIỆN
- KHUẾCH ĐẠI
- TẠO DẠNG XUNG ĐIỀU
KHIỂN TỐI ƯU
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
2. TRANSISTOR DARLINGTON
Điều khiển dịng cơng suất IC bằng
dịng điều khiển IB trị số thấp.
hFE= IC/IB
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT- ĐẶC ĐIỂM
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT- ĐẶC ĐIỂM
Sử dụng trong các bộ nguồn, bộ biến đổi
DC-DC, bộ điều khiển động cơ...
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT- ĐẶC ĐIỂM
+ Linh kiện điều khiển
bằng áp. Điện áp gate-
source VGS đủ lớn sẽ đóng
MOSFET.
+ VDS > 0 và VGS > 0 ON
VGS≤ 0 OFF
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT - ĐẶC ĐIỂM
+ MOSFET có cấu trúc
diode ngược ký sinh .
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT- ĐẶC ĐIỂM
+ Công suất tổn hao nhiệt ở
trạng thái đóng của
MOSFET cao hơn BJT.
MOSFET điện áp thấp sẽ
có điện trở lúc dẫn RDS(on)
nhỏ hơn 0.1, tuy nhiên các
MOSFET cao áp có điện
trở dẫn lên đến vài .
+ Định mức MOSFET
khoảng 1000V và 50A.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT - Đặc tuyến Volt- Ampere
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT - Đặc tính động
MOSFET đóng cắt nhanh và
được sử dụng trong các bộ
biến đổi vận hành với tần số
đến 100kHz và hơn.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
3. MOSFET CÔNG SUẤT - Mạch kích
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
4. TRANSISTOR IGBT
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
4. TRANSISTOR IGBT
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
4. TRANSISTOR IGBT
- VCE > 0 và VGE > 0 ON
VGE≤ 0 OFF
-Không có khả năng khóa áp
ngược giá trị lớn hơn 10V
-Định mức IGBT áp U <= 1200 V,
dòng I <= 1 KA
-Tần số đóng ngắt cao hơn so với
BJT nhưng thấp hơn MOSFET
-IJBT có thể làm việc với tần số
đóng cắt lên đến 20kHz
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
4. TRANSISTOR IGBT
+ Giống MOSFET , khác ở điện
trở lúc IGBT đóng RCE ( ON ) nhỏ
hơn nhiều so với RDS(ON) MOSFET
vì cấu trúc IGBT có lớp chuyển
tiếp pn có sự dẫn điện bằng
hạt dẫn không cơ bản dòng I
điều khiển được đối với IGBT lớn
hơn 5, 10 lần so với MOSFET
+ Có tín hiệu áp điều khiển VGE
dòng qua lớp pn phân cực
thuận từ cực C E.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
- dùng cho mạch công suất lớn;
- bốn lớp p, n với 3 cực ngoài Anode (A), Cathode (K) và Gate (G);
- mạch điều khiển được nối giữa cực G & K . Mạch công suất được nối
giữa A & K ;
- linh kiện điều khiển bằng dòng. Xung dòng IG kích đóng SCR;
- không kích ngắt, dòng qua SCR đang dẫn if bị ngắt khi giá trị dòng
này thấp hơn dòng duy trì If < Ih 0
- định mức SCR : áp vài kV, dòng vài kA
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
Ba trạng thái của SCR:
a. Trạng thái khóa áp ngược ( SCR ngắt )
V
R
G K
A
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
Ba trạng thái của SCR:
b. Trạng thái khóa áp thuận ( SCR ngắt )
V
R
G
A
K
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
Ba trạng thái của SCR:
c. Trạng thái dẫn ( SCR đĩng )
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
Quá trình đóng ngắt
a. Hiện tượng đóng mạch xảy ra ( chuyển từ ngắt đóng ) khi
- SCR được đặt ở trạng thái khóa áp thuận
- Xung dòng IG > 0 đưa vào cổng GK
Mạch tương đương của SCR gồm 2 transistor mắc đối Collector và
Base với nhau, xung IG làm 2 transistor nhanh chóng dẫn bão hòa. Lúc
SCR dẫn, trạng thái của nó giống diode nên dòng IG không còn cần
thiết nữa để duy trì trạng thái đóng SCR.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR
Quá trình đóng ngắt
b. Hiện tượng ngắt mạch gồm 2 giai đoạn; Chuyển từ đóng ngắt
Giai đoạn 1: Giai đoạn làm dòng thuận bị triệt tiêu bằng cách thay đổi
điện trở hoặc điện áp giữa anode và cathode ( đặt áp ngược )
Giai đoạn 2: khôi phục khả năng khóa của SCR Sau khi dòng thuận bị
triệt tiêu SCR cần có 1 thời gian ngắt an toàn (tq) để SCR có thể
chuyển sang trạng thái khóa áp thuận an toàn.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR - ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPERE
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR - ĐẶC TUYẾN VOLT-AMPERE
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR - THỜI GIAN NGẮT AN TỒN tq
tq : sau khi phục hồi lớp điện trở nghịch của J1 và J3 quá trình ngắt
vẫn chưa chấm dứt, cần có thêm một thời gian nữa để khôi phục khả
năng khóa áp thuận tức là khôi phục điện trở nghịch của lớp J2 .
Thời gian ngắt an toàn vì vậy sẽ được định nghĩa : tq- Nó bắt đầu khi
dòng thuận trở về không 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.
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR - MẠCH KÍCH SCR
VCC
A
-
X1
R1
R2
R3
R4
R5
R6
Q2
Q1
TX1
D1
D2
K
A
G
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
5. THYRISTOR - MẠCH BẢO VỆ
dV/dt dV/dt di/dt
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
6. GTO – Gate turn off thyristor
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
6. GTO – Gate turn off thyristor
- Thyritor 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.
- Định mức GTO : dòng vài kA , áp vài kV: Dùng cho mạch công suất
lớn
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
6. GTO – Gate Turn Off Thyristor
U1
U2
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7 Q5
Q4A
Q2A
C1
X1
+
-
PS1
PS2
Xung đóng
Xung ngắt
A
K
G
Q1
Q3
+VGG
-VGG
ON
OFF
CHƯƠNG 1
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
6. TriAc
- Linh kiện điều khiển dòng xoay chiều và có 1 cổng điều khiển.
- Kích đóng bằng xung dòng điều khiển giống SCR
- Ngắt tự nhiên bằng áp ngược
G
A1
A2
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- bai_giang_dien_tu_cong_suat_chuong_nhap_mon.pdf