KT: STGT bài giảng điện tử công suất..

GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
ĐIỆN THOẠI/EMAIL: 0903661501 [email protected]
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
HỌC KỲ/NĂM BIÊN SOẠN: 02/2010
HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
CHƯƠNG 2
CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 2
NỘI DUNG CHƯƠNG 2
2.1. Đặc tính cơ bản của các phần tử bán dẫn
công suất
2.2. Diode
2.3. Transistor
2.4. Thyristor
2.5. Triac
2.6. GTO, IGBT, MCT
2.7. Tổn hao công suất trên các phần tử bán dẫn
công suất
2.8. Vấn đề làm mát van bán dẫn
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 3
2.1. Đặc tính cơ bản của các phần tử công suất.
Dßng ®iÖn lµm viÖc: ph¶i lín h¬n dßng t¶i.
§iÖn ¸p ng­îc chÞu ®­îc
Thêi gian dÉn thêi gian t¾t
§iÖn ¸p rít trªn phÇn tö c«ng suÊt khi dÉn
Tæn hao c«ng suÊt
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 4
2.2. Diod công suất
Nguyên lí cấu tạo
Gồm hai chất bán dẫn p,n ta?o thành một mối nối J
UAK> 0 có dòng điện IAK#0
UAK< 0 không dòng IAK

Sơ đồ cấu trúc
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 5
Phân cực cho mối nối p-n
a)
b)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 6
Thông số của diode:
Iđm - dòng điện định mức, có thể tới 7000A
?U - sụt áp thuận, trong khoảng (0,7 - 2)V
?P - tổn hao công suất; ?P = ?U.I (đến hàng kW)
Tcp- nhiệt độ làm việc cho phép; tới khoảng 2000oC
UN - điện áp ngược; Trong khoảng (50-4000)V
Irò - dòng điện rò, tới vài trăm mA
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 7
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 8
Dùng VOM đo diode.
Rx100
0
?
+
_
đỏ
đen
a)
Rx100
0
?
+
_
đỏ
đen
b)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 9
2.4. Transistor lưỡng cực BJT
Bibolar Junction Transistor
1. Nguyên lí, cấu tạo.
2. Đặc tính, thông số
3. Đặc điểm cấu tạo
4. So d? darlington
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 10
1. Nguyên lí cấu tạo BJT
Cấu tạo của transistor có dạng như hình vẽ
p
p
n
Emitter
Colector
Base
a)
n
n
p
Emitter
Colector
Base
b)
B
C
E
B
C
E
B
E
C
B
E
C
c)
e)
d)
f)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 11
Hoạt động của transistor.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 12
Khi BC không được phân cực, BE phân cực thuận. Độ rộng vùng hiếm sẽ bị giảm, mức giảm tuỳ theo điện áp phân cực, kết quả là dòng của các hạt đa số (các lỗ trống) khuếch tán từ miền bán dẫn p (cực E) sang miền bán dẫn n (cực B).
Khi BE không được phân cực, BC phân cực ngược, không có dòng của các hạt đa số (điện tử ở bán dẫn n) chỉ có dòng của các hạt thiểu số (lỗ trống ở bán dẫn n) (hình 1.12 b).
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 13
Trường hợp BE phân cực thuận, BC phân cực ngược (hình 1.12c):
Khi BE phân cực thuận, các hạt đa số khuếch tán qua mối nối tới miền cực B tạo nên dòng IE.
Tại cực B các hạt đa số này lại chuyển thành các hạt thiểu số, một phần bị tái hợp với các điện tử tạo thành dòng IB, phần còn lại do độ rộng của miền cực B rất mỏng, BC phân cực ngược nên các lỗ trống ở cực B bị cuốn sang miền cực C tạo nên dòng Ic.
Dòng Ic này được tạo bởi hai thành phần: dòng của các hạt đa số từ miền E, và dòng của các hạt thiểu số (lỗ trống ở miền B khi chưa có sự khuếch tán từ E sang).
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 14
2. Đặc điểm kết cấu
Dòng điện điều khiển Ib được xác định Ib = IC/??
Trong điện tử công suất, dòng điện lớn nên transistor làm việc ở chế độ đóng cắt nên khi mở phải thoả mãn điều kiện:
Ib = kbh. IC/?? (kbh = 1,2 ?? 1,5 - hệ số bão hoà),
điện áp bão hoà CE khoảng 1-1,5 V Ib = IC/??
Do cần hệ số khuếch đại lớn nên BJT thường cấu tạo dạng darlington
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 15
Sơ đồ cấu trúc BJT
Thêm một lớp bán dẫn n- là vùng có trở kháng cao
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 16
Hoạt động
p - n- là vùng có trở kháng cao, do đó transistor có điện áp cao hay thấp phụ thuộc độ dầy miền n-
ở chế độ bão hoà, dòng điện IB lớn, các điện tử được đưa thừa vào vùng p, các điện tích trung gian không trung hoà hết ? vùng base có điện trở nhỏ ? có dòng điện chạy qua. Do tốc độ trung hoà điện tích không kịp, transistor không còn khả năng khống chế dòng điện.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 17
3. Đặc tính vào ra của BJT
Một số nhận xét:
Cùng một IC muốn có UCE nhỏ thì IB phải lớn
Hệ số khuếch đại của transistor công suất nhỏ (cỡ va`i chục)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 18
Đặc tính ra
UCB0 - điện áp đánh thủng CB khi hở E
UCE0 - điện áp đánh thủng CE khi hở B
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 19
Đặc tính đóng cắt
ub
Un
C
E
B
CBC
CBE
1
2
3
4
5
6
7
8
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 20
Đặc tính đóng cắt điển hình có thể chia thành 8 vùng :
Transistor đang khoá
Thời gian trễ của Transistor khi mở
Quá trình tăng dòng IC do sự tích luỹ điện tích trong base
Vào vùng bão hoà
Chế độ làm việc bão hoà
Thời gian trễ khi khoá, do mật độ điện tích lớn không giảm nhanh được.
Dòng colector giảm về 0
Tụ BE được nạp với -UBE đảm bảo cho Transistor khoá
Transistor khoá hoàn toàn
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 21
Thông số
IC - dòng điện định mức, ( tới 1000A)
? - hệ số khuếch đại dòng điện
IB = IC/ ?- dòng điện base mA
?U - sụt áp thuận; (khoảng (0,7 - 2)V)
?P - tổn hao công suất sinh nhiệt (đến hàng kW)
Tcp- nhiệt độ làm việc cho phép; Tại lớp tiếp giáp khoảng 2000C
UCE - điện áp CE; Trong khoảng (50-1500)V
UBE - điện áp BE; hàng vôn
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 22
4. Sơ đồ darlington
Từ đặc tính tĩnh ở trên thấy rằng hệ số khuếch đại dòng điện của các transistor công suất nhỏ chỉ khoảng hàng chục. Do đó cần mắc hai transistor nối tiếp nhau như hình vẽ
Hệ số khuếch đai: ? = ?1 ?2
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 23
Ổn định điểm làm việc
Khi có xét dòng điện rò
iC = iC1+iC2= 1iB1 + ICEO1+ 2iB2 + ICEO2
= (1 + 2 + 1 2)iB1+(1+ 2)ICEO1+ICEO2
Khi nhiệt độ thay đổi dòng rò thay đổi, nó được nhân thêm (1+ 2)ICEO1 làm sơ đồ kém ổn định theo nhiệt độ
Để khắc phục, đưa thêm các điện trở.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 24
1.6. TRANSISTOR TRƯỜNG (FET)
1.6.1. Giới thiệu chung
1.6.2. Cấu tạo và đặc tính của JFET
1.6.3 MOSFET
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 25
1.6.1. Gi?i thi?u chung
Khác với BJT dòng điện chủ yếu là do cả hai loại hạt dẫn (điện tử và lỗ trống) tạo nên, FET hoạt động dựa trên nguyên lý hiệu ứng trường.
Độ dẫn điện của kênh dẫn được điều khiển nhờ tác dụng của một điện trường ngoài.
Dòng điện trong FET chỉ do một loại hạt dẫn tạo nên.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 26
FET gồm có hai loại chính:
FET điều khiển bằng cực cổng tiếp xúc p-n (viết tắt là JFET – Junction FET).
FET có cực cổng cách ly: Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET hay MOS).
MOSFET lại được chia làm hai loại:
MOS có kênh liên tục (kênh đặt sẵn)
MOS có kênh gián đoạn (kênh cảm ứng).
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 27
1.6.2. Cấu tạo và đặc tính của JFET
a.
p
n
p
D
G
S
Vùng
nghèo
UDS
IDS
p
p
N
D
G
S
Vùng
nghèo
UDS
IDS
p
p
N
D
G
S
Vùng
nghèo
UGS
b.
c.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 28
2. Hoạt động
a. Khi cực G hở (UGS = 0V): Dòng điện đi từ cực dương của nguồn vào cực D và ra ở cực S để trở về âm nguồn UDS, kênh có tác dụng như một điện trở
b. Khi cực G có điện áp âm (UGS<0V) hình 1.22c: Mối nối P - N bị phân cực ngược, điện tử trong chất bán dẫn của kênh N bị đẩy vào làm thu hẹp tiết diện kênh, nên điện trở kênh dẫn tăng lên, dòng ID giảm xuống.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 29
1.4.3 MOSFET
MOSFET được chia làm hai loại:
MOSFET kênh liên tục
MOSFET kênh gián đoạn.
Mỗi loại kênh liên tục hay gián đoạn đều có phân loại theo chất bán dẫn là kênh N hay P.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 30
1. Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET kênh liên tục
Cấu tạo
N
N
N
nền P
cực máng
D
cực cổng
G
cực nguồn
S
SiO2
kênh N
Đế
D
S
G
D
S
G
a.
b.
UDS
UGS
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 31
Đặc tính
ID(mA)
ID
UGS=+1V
UGS= 0V
UGS= -1V
UGS= -2V
UGS= UP/2= -3V
UDS
10,9
8
4
IDSS/2
2
0
-2
-3
-6
UGS
0,3UP
UP/2
UP
IDSS/4
0
IDSS
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 32
2. Cấu tạo và ký hiệu của MOSFET kênh gián đoạn
Cấu tạo
N
N
nền P
SiO2
kênh N
Đế
D
S
G
D
S
G
a)
b)
cực máng D
cực cổng G
cực nguồn S
UDS
UGS
p
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 33
Hoạt động
Khi UGS>0V, các điện trường dương ở cực G sẽ hút các điện tử của nền P về phía giữa của hai vùng bán dẫn N.
Khi lực hút đủ lớn thì số điện tử bị hút nhiều hơn, đủ để nối liền hai vùng bán dẫn N thì kênh dẫn được hình thành.
Dòng điện ID đi từ D sang S, điện áp phân cực cho cực G càng tăng thì dòng ID càng lớn.
Điện áp UGS đủ lớn để tạo thành kênh dẫn điện gọi là điện áp ngưỡng UGS(T) hay UT.
Khi UGSwww.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 34
Đặc tính
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 35
2.4. Thyristor (SCR)
Nguyên lí cấu tạo
Đặc tính, thông số
Kết cấu
Mở thyristor
Khóa thyristor
Kiểm tra
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 36
Cấu tạo từ bốn chất bán dẫn đặt liên tiếp nhau.
Nếu đặt điện áp ngoài vào có một tiếp giáp ngược
UAK > 0 có J2 ngược
UAK< 0 có J1, J3 ngược
Cả hai trường hợp này đều không dòng điện.
Muốn có dòng điện chạy qua cần có dòng điều khiển
Cấu tạo của thyristor
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 37
Nguyên lí làm việc loại điều khiển từ anode
Đưa thêm một cực G (gate) vào n1
Khi có UAK> 0, có dòng điện iAG thi` p1n1 phân cực thuận, dòng từ A qua p2, khi đó xuất hiện dòng iAK
Khi đã có dòng iAK, dòng iAG không còn ý nghĩa nữa.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 38
Nguyên lí làm việc loại điều khiển từ Kathode
Đưa thêm một cực G (gate) vào p2
Khi UAK>0, có iGK thì p2-n2 phân cực thuận, khi đó K coi như được nối vào n1, nên xuất hiện dòng iAK
Khi đã có dòng iAK, dòng iGK không còn ý nghĩa nữa.
a)
c)
+
_
+
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 39
2. Đặc tính và thông số
Có các thông số như diode
Các thông số của thyristor
ITG - dòng điện tự giữ;
tm, tk - thời gian mở, khóa thyristor, tCM = tm + tK
Uđk, iđk - điện áp và dòng điện điều khiển
dU/dt, di/dt - giới hạn tốc độ biến thiên điện áp và dòng điện
+
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 40
So sánh thyristor với các linh kiện bán dẫn công suất khác
Ưu điểm chính của thyristor là có mật độ dòng điện cao, tổn hao nhỏ
Nhược điểm: tốc độ chuyển mạch chậm, tần số làm việc thấp

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 41
3. Kết cấu
Đặc điểm kết cấu cơ bản của thyristor là dẫn nhiệt ra ngoài nhanh nhất.
Kết cấu thyristor có dạng như hình sau:
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 42
4. Mở thyristor
Điều kiện có dòng điện chạy qua thyristor
Muốn có dòng điện chạy qua thyristor phải đáp ứng hai điều kiện:
Có điện áp UAK > 0;
Có dòng điện điều khiển iGK ? 0
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 43
U1
U1
U1
Mở bằng điện áp anode
Mở bằng nguồn phụ
Điều khiển bằng mạch ĐK
K
K
Up
a)
b)
c)
U,i
U,i
U,i
t
t
t
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 44
5. Khoá thyristor
Điều kiện để khoá thyristor là phải đưa dòng điện chạy qua nó về 0
Có thể hiểu về điều kiện này là đặt một điện áp ngược trực tiếp trên hai đầu UAK<0, thyristor được khoá.
Việc đặt điện áp ngược như thế không phải khi nào cũng thuận tiện, do đó có một số cách khoá như sau:
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 45
Một số sơ đồ khoá thyristor trong mạch một chiều
Trong mạch điện xoay chiều thyristor tự khoá khi dòng điện tự động đổi chiều theo điện áp
Một số sơ đồ khoá thyristor trong mạch một chiều
IT
IN
Hở mạch dòng điện
Ngắn mạch
Tạo dòng chạy ngược IT +IN=0
a)
b)
c)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 46
Một số sơ đồ mạch khoá thyristor bằng mạch điện phụ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 47
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 48
A
B
+
IN
IT
+
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 49
6. Ki?m tra so b?
Bước 1: Kiểm tra bằng hồ vạn năng
Để thang điện trở đo lớn nhất:
? A với ? K (đổi đầu que đo) có điện trở ? ?
? A với G (đổi đầu que đo) có điện trở ? ?.
? K với G (đổi đầu que đo) có điện trở (5 - 20) ?
Được như thế này có thể mắc thyristor vào mạch
Bước 2. Kiểm tra điều khiển
Dùng các mạch a, b ở mục 4 để kiểm tra thyristor
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 50
Ví dụ mạch kiểm tra
Thyristor được mắc vào lưới điện xoay chiều như các hình vẽ dưới.
Điều kiện mắc thyristor vào mạch: UN>2. U~
Khi khoá K hở thyristor khoá đèn không sáng
Khi khoá K đóng thyristor dẫn đèn sáng 1/4 công suất
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 51
7. Diod Shockley (cùng họ đặc tính còn có SUS - SiliconUnilateral Switch)
Diod Shockley có cấu tạo bốn chất bán dẫn như thyristor nhưng không có cổng điều khiển.
Có đỉnh đặc tính phi tuyến ở góc phần tư thứ nhất nhỏ. Linh kiện này giống diode ổn áp là chúng cho dòng điện chạy qua khi điện áp vượt một ngưỡng nào đó. Khi có dòng điện chạy qua rồi, diode shockley có sụt áp bằng 0
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 52
2.5. Triac
Nguyên lí cấu tạo
Đặc tính, thông số
Kết cấu
Mở triac
Kiểm tra

www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 53
1. Nguyên lí cấu tạo
Điều khiển đối xứng hai thyristor
Điều khiển mất đối xứng hai thyristor
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 54
Nguyên lí cấu tạo
a)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 55
Các trường hợp điều khiển triac
Theo cấu tạo của triac đã nêu ở trên, triac sẽ được kích mở cho dòng điện chạy qua khi điện áp MT2 và G đồng dấu, nghĩa là:
��MT 2 dương và G dương so với MT1.
� MT2 âm và G âm so với MT1.
MT2
MT1
G
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 56
Ngoài ra MT2 và G trái dấu triac cũng có thể kích mở được:
MT2 dương và G âm so với MT1, có dòng điện
MT2 âm và G dương so với MT1,
không dòng điện.
Loại này gọi là loại điều khiển trái dấu âm
Một số nhà chế tạo cho xuất xưởng loại triac
MT2 dương và G âm so với MT1, không dòng điện.
MT2 âm và G dương so với MT1 có dòng điện
Loại này gọi là loại điều khiển trái dấu dương
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 57
2. Đặc tính và thông số
Gồm hai đặc tính thyristor đối xứng nhau qua gốc toạ độ
Thông số như của thyristor
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 58
3. Kết cấu
Hoàn toàn giống như thyristor
MT2
MT1
G
MT2
MT1
G
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 59
4. Sơ đồ mở triac
a)
b)
c)
Up
K
K
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 60
5. Kiểm tra, phân biệt triac với thyristor
Bước 1: Kiểm tra sơ bộ giống như kiểm tra thyristor
MT2
MT1
G
MT2
MT1
G
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 61
Bước 2: Kiểm tra điều khiển bằng sơ đồ sau

Hở K đèn không sáng
Đóng K:
1 - Đèn không sáng - là thyrisor
2 - Đèn sáng hết công suất - là triac điều khiển trái dấu âm
3 - Đèn sáng 1/4 công suất - là triac điều khiển trái dấu dương
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 62
6. Diac (linh kiện có cùng đặc tính SBS - Silicon Bilateral Switch)
Diac có cấu tạo bán dẫn như triac nhưng không có cổng điều khiển.
DIAC có đỉnh đặc tính phi tuyến nhỏ. Nó giống diode Shockley là chúng cho dòng điện chạy qua khi điện áp vượt một ngưỡng nào đó. Diac cho dòng điện chạy qua cả hai chiều
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 63
U?ng dụng điển hình của diac
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 64
2.6. Contactor điện tử
(SSR - Solid state relay)
I. Nguyên lí cấu tạo
II. So sánh ưu nhược điểm.
III. Sơ đồ cho trường hợp nguồn ba pha
IV. Phạm vi ứng dụng điển hình
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 65
I. Nguyên lý hoạt động
Khoá K hở, hai thyristor không
điều khiển đều khoá
Khoá K đóng:
Điện thế A1 dương, có dòng điện i1 (mầu đỏ) làm cho T1 có dòng điện điều khiển, T1 dẫn, có dòng điện tải theo chiều trên xuống
Điện thế A2 dương, có dòng điện i2 (mầu xanh) làm cho T2 có dòng điện điều khiển, T2 dẫn, có dòng điện tải theo chiều dưới lên
Sơ đồ nguyên lí bằng hai thyristor
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 66
Khoá K hở, triac không điều khiển bị khoá
Khoá K đóng:
Điện thế A1 dương, có dòng điện điều khiển i1 (mầu đỏ) làm cho T dẫn, có dòng điện tải theo chiều trên xuống
Điện thế A2 dương, có dòng điện điều khiển theo chiều ngược lại làm cho T dẫn, có dòng điện tải theo chiều dưới lên
Sơ đồ nguyên lí bằng triac
T
U1
K
R
A1
A2
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 67
II. So sánh ưu nhược điểm của contactor điện tử
Contactor có tiếp điểm
Ưu điểm:
Đơn giản, tin cậy
An toàn khi cắt điện
Có khả năng quá tải lớn
Tổn hao sinh nhiệt nhỏ
Làm việc với mọi dạng dòng điện
Nhược điểm:
Có hồ quang nên dễ cháy
Mau hỏng khi nhiều bụi
Tần số và số lần đóng cắt giới hạn
Lực đóng cắt lớn
Contactor điện tử
Ưu điểm:
Không hồ quang
Không bị ảnh hưởng trong môi trường nhiều bụi
Tần số và số lần đóng cắt không giới hạn
Nhược điểm:
Không an toàn khi cắt điện
Không khả năng quá tải
Tổn hao sinh nhiệt lớn
Chỉ làm việc ở dòng điện xoay chiều
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 68
Contactor điện tử điển hình trong công nghiệp
Loại dùng diac
Loại dùng quang điện trở
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 69
Nguyên lý cấu tạo SSR
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 70
III. Sơ đồ cho trường hợp nguồn ba pha
A
B
C
A
B
C
ZA
ZB
ZC
ZA
ZB
ZC
K
K
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 71
IV. Phạm vi ứng dụng điển hình
Trong điều kiện môi trường dễ cháy: các mỏ than, sản xuất và kinh doanh xăng dầu ....
Trong điều kiện môi trường nhiều bụi: các nhà máy xi măng, xay xát, bánh kẹo ....
Khi tần số và số lần đóng cắt lớn: điều khiển nhiệt độ của các lò nhiệt,
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 72
Transistor lưỡng cực có cực cổng cách li IGBT - Isolated Gate Bibolar transistor
Cấu trúc
Thông số đặc trưng
Yêu cầu đối với mạch điều khiển
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 73
Sơ đồ cấu trúc của IGBT.
Cách điện
n
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 74
Về cấu trúc có thể coi IGBT như hai transistor NPN, PNP và một MOSFET
Kí hiệu
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 75
Đặc tính đóng cắt
UG -Nguồn điều khiển
CGE, CGC - Tụ kí sinh
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 76
Điều kiện để IGBT dẫn
UCE>0; UGE>Ung
Khi đó xuất hiện kênh dẫn. Nhờ các điện tử chạy qua kênh dẫn, bơm thêm vào N- làm điện thế của nó giảm, kéo theo P+N- dẫn
IC chỉ khác 0 khi UCE>UCEng
Đặc tính
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 77
Khóa IGBT
Do dẫn bằng hạt thiểu số nên thời gian khóa dài hơn, tần số thấp hơn.
Hai giai đoạn khóa (nhu hình vẽ)
1. các kênh biến mất, MOS khóa nhanh chóng
2. Các hạt dư của N- tái hợp dần và iC giảm chậm
Quá trình khóa
iC
UGE
t
t
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 78
Quá trình khóa
t
t
t
t
UG
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 79
Thông số IGBT
UCES - Điện áp cực đại CE khi GE ngắn mạch.
UGES - Điện áp GE cực đại cho phép khi CE ngắn mạch.
IC- Dòng điện một chièu cực đại
ICmax - Dòng điện đỉnh của colector;
Pm - Công suất tổn hao cực đại;
TCP - Nhiệt độ cho phép;
IL - Dòng điện tải cảm cực đại;
Ir - Dòng điện rò
UGEng - Điện áp ngưỡng GE
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 80
GTO (Gate Turn Off Thyristor)
GTO, IGCT, MCT
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 81
GTO có thêm cổng kích ngắt mắc song song với cổng kích dẫn.
Để GTO dẫn thì dòng kích dẫn phải được duy trì khi nó dẫn.
Khi dòng kích vượt quá giá trị cho phép thì GTO sẽ không kích ngắt được
GTO được sử dụng cho các mạch công suất lớn có thể lên tới 6000- 7000A
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 82



Là linh kiện có khả năng kéo xung dòng lớn bằng dòng định mức qua cathode để tắt nhanh
Là loại GTO có thêm một số mạch hỗ trợ
IGCT – Integrated Gate Commutated Thyristor.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 83
IGCT
Để IGCT đóng cần đưa xung dòng tới cực cổng giống GTO
Để kích ngắt cung cấp nguồn điện áp ngược chiều làm toàn bộ dòng Kathode bị đẩy nhanh qua cực cổng
Việc tăng dòng cực cổng rất nhanh 4kA/µsec nên cần xung ngắt rất ngắn giảm công suất tổn hao trên cực cổng
IGCT có khả năng chịu áp cao tới 6 – 10 kV
Được sử dụng trong các thiết bị điện công suất cực cao có thể lên tới 100 MW
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 84
MCT – MOS CONTROLLED TRANSISTOR
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 85
MCT – MOS CONTROLLED TRANSISTOR
MOS FET thêm vào để đóng ngắt linh kiện
Mở MCT bằng xung âm đưa vào cực cổng
Để tắt cấp điện áp gate – anode giá trị dương
Tốc độ đóng ngắt của MCT nhanh hơn GTO, độ sụt áp thấp hơn nên tổn hao ít hơn.
Nhưng khả năng chịu dòng điện của MCT thấp hơn GTO
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 86
MTO và ETO
MTO (Mos Turn Off Thyristor) và ETO (Emmiter Turn Off Thyristor) là linh kiện được phát triển dựa trên công nghệ GTO và MOSFET có khả năng chịu điện áp cao (3 – 10kV), dòng điện lớn 4000A, khả năng đóng cắt rất nhanh có thể sử dụng cho cả lưới AC và DC.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 87
2.7. Tổn hao công suất
Tổn hao ở chế độ tĩnh
Tổn hao chuyển mạch
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 88
I. Tổn hao ở chế độ tĩnh
Khi van bán dẫn làm việc, trên nó tồn tại một tổn hao công suất:
?PT = ?UT.IT + UN.Irò
Trong đó:
?UT - sụt áp thuận trên van khoảng một vài vôn.
IT - dòng điện thuận khi van dẫn
UN - điện áp ngược đa?t lên van,
Irò - dòng điện rò chạy ngược van bán dẫn thường rất nhỏ hay bỏ qua.
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 89
II. Tổn hao chuyển mạch
Tổn hao CM có thể bỏ qua nếu tần số làm việc thấp. Tuy nhiên, ở tần số cao tổn hao này đáng kể không thể bỏ qua được.
1. Tổn hao do thời gian mở và khoá van.
Khi mở và khoá van dòng điện và điện áp trên van thay đổi dưới dạng ví dụ (hình trang sau)
Năng lượng tổn hao trên van khi mở: Wmở = 0,5.UCE.IC.tmở
Năng lượng tổn hao trên van khi khoá: Wkhoá = 0,5.UCE.IC.tkhoá
Tổng tổn hao năng lượng khi chuyển mạch là Wmở +Wkhoá
Công suất tổn hao chuyển mạch được tính
PCM = (Wmở +Wkhoá)/T = (Wmở +Wkhoá).f
Trong đó f = 1/T - tần số chuyển mạch van
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 90
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 91
2.8. Bảo vệ quá nhiệt
Các tổn hao trên sinh nhiệt làm thiết bị nóng lên quá mức cho phép.
Cần có biện pháp giảm nhiệt cho van bán dẫn.
Có hai cách làm mát thường gặp nhất
Làm mát bằng không khí có hay không co? cánh toả nhiệt
Làm mát bằng nước
a)
b)
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 92
1. Làm mát bằng không khí
Nhiệt lượng từ chất bán dẫn truyền ra vỏ rồi truyền tới cánh toả nhiệt truyền nhiệt ra không khí.
Truyền nhiệt bằng bức xạ yếu, vì nhiệt độ cho phép của vỏ thấp. Do đó, tản nhiệt chủ yếu làm bằng đối lưu giữa cánh toả nhiệt và không khí.
Quá trình dẫn nhiệt có thể mô tả như hình vẽ
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 93
Nhiệt lượng truyền từ vùng nóng sang vùng lạnh. Công suất toả nhiệt tỉ lệ thuận với độ chênh nhiệt độ, tỉ lệ nghịch với trở nhiệt R

Trở nhiệt tổng của mạch nối tiếp:
R = Rpn + RV + Rtn
Khi tính toán làm mát là chúng ta tính chọn cánh toả nhiệt và quạt.
Các thông số được cho trong bài toán này là tổn hao ?P [W], Tpn, TKK, trở nhiệt Rpn, RV [0C/W]
www.ptit.edu.vn
GIẢNG VIÊN: THS. PHẠM THẾ DUY
BỘ MÔN: ĐIỀU KHIỂN VÀ XỬ LÝ TÍN HIỆU
Trang: 94
2. Làm mát bằng nước
Sơ đồ cấu trúc của làm mát bằng nước như trên hình vẽ.
Điều kiện làm mát bằng nước là nước phải có nguồn vô tận để nhiệt độ nước vào là nhiệt độ môi trường,
Vấn đề quan trọng trong làm mát bằng nước là phải xử lí nước không dẫn điện. Nghĩa là điện trở nước phải lớn (R = ??/S)