Galios elektronika Įvadas (1)

Galios nuostoliai valdomame rakte (3)Pagrindinės išvados:• Maža nuotėkio srovė esant atjungtam raktui ir mažosįtampos krytis esant sujungtam raktui užtikrina mažusgalios nuostolius.• Mažos rakto įjungimo ir išjungimo trukmės taip patmažina rakto galios nuostolius. Tai taip pat leidžiapadidinti perjungimų dažnį.7Galios diodai (1)Diodas – tai įtaisas, kuri pasižymi ventilio savybėmis (praleidžiateigiamą katodo-anodo atžvilgiu įtampą ir blokuoja neigiamą).Diodo žymėjimas (a), reali voltamperinė charakteristika (b), idealizuotavoltamperinė charakteristika (c).84

Galios diodai (2)Galios diodų tipaiStandartinio “būsenos atsistatymo” greičio (angl. standart recovery)- Tipinės 50 Hz dažnio operacijosGreito ir labai greito “būsenos atsistatymo” greičio (angl. fast and ultra-fast recovery)- Naudojami impulsiniuose keitikliuoseShottky diodai- Dėl šių diodų metalas-puslaidininkis sandūros (čia yra tik vieno tipo krūvininkai), būsenosatsistatymo greitis labai didelis. Naudojami labai didelio dažnio operacijoms atlikti, maži galiosnuostoliai.Galios elektronikos įtaisuose diodai dažniausiai naudojami nuolatinei įtampai gauti,taip pat ventilio funkcijai atlikti, kai reikia sudaryti reikiamus srovės kontūruselektrinėse schemose (pvz., impulsinis keitiklis, grandinės su induktyvumais ir pan.)9Galios lyginimo diodų charakteristikos105

Dvipoliai galios tranzistoriaiTranzistorius – tai įtaisas, kuris pasižymi signalų komutavimo irstiprinimo funkcijomis. Dvipolis tranzistorius valdomas srove.Dvipolio tranzistoriaus žymėjimas (a), reali voltamperinėcharakteristika (b), idealizuota voltamperinė charakteristika (c).13Galios tranzistorių realizacijaBECTranzistoriaus nuostolių galia:Pt UCEICIntegruota viename kristale147

Darlington’o tranzistoriuso Didesnis srovės stiprinimas, esant didelei įtampai (vieno galiostranzistoriaus srovės stiprinimo koeficientas dažnai būna nedidesnis už 10)o Tranzistoriai Q 1 ir Q 2 integruoti viename kristaleo Diodas D 1 naudojamas išjungimo procesui paspartinti (per jį pašalinamastranzistoriuose sukauptas krūvis)oBūtina užtikrinti tinkamą (tolygų) srovės pasidalijimą.Išvados:•Dviejų tipų krūvininkų laidumo mechanizmas lemia didesnes perjungimo trukmes, bet mažesnętranzistoriaus vidinę varžą, esant didelei darbinei įtampai.•Dvipolius tranzistorius iki 500 V operacijoms atlikti pakeitė vienpoliai tranzistoriai, o virš 500 V – IGBTtranzistoriai.15Dvipolių tranzistorių taikymo pavyzdys• Nuolatinės srovės variklio greičio reguliatorius168

Vienpoliai galios tranzistoriaiTranzistorius – tai įtaisas, kuris pasižymi signalų komutavimo irstiprinimo funkcijomis. Vienpolis tranzistorius valdomas įtampa.Dvipolio tranzistoriaus žymėjimas (a), reali voltamperinė charakteristika (b),idealizuota voltamperinė charakteristika (c).17MOSFET realizacijaVeikia sparčiau negu dvižoliai tranzistoriai, nes tėra tik vieno tipo krūvininkų (nėrašalutinių krūvinkų kaupimo reiškinio).Skirtingai nuo dvipolių, vienpoliai tranzistoriai valdomi ne srove, o įtampa.IštakaPrijungta atbulinė įtampa:Nuskurdintasis sluoksnisSantakaIštakaUžtūraPrijungta tiesioginė įtampa:kanalasSantakaSantakos srovė189

Nuostoliai vienpoliame tranzistoriujeTranzistoriaus nuostolių galia:P I R2t D DS , onMOSFET atstojamoji schema:MOSFET perjungiklio greitaveika priklauso nuo schemos talpų19Galios MOSFET charakteristikosIšvados•Didelį perjungimo greitį lemia pagrindinių krūvininkų laidumo mechanizmas. Perjungimodažnis siekia šimtus kHz.•Galios nuostoliai priklauso nuo aktyviosios schemos varžos ir srovės tekančios per tranzistorių.•Paprasta valdyti.•Komutuojamos galios mažesnės negu dvipolių tranzistorių. Puikiai tinka žemesnės įtamposdidelio dažnio operacijoms atlikti.2010

Dvipoliai tranzistoriai su izoliuota užtūra(angl. Insulated Gate Bipolar Transistor – IGBT)Čia išnaudojamos geriausios dvipolių (nedidelė soties įtampa=nuostoliai) ir vienpolių (didelė greitaveika)tranzistorių savybės.IGBT žymėjimas (a), reali voltamperinė charakteristika (b), idealizuota voltamperinė charakteristika (c).21IGBT realizacijaŽymėjimas KolektoriusUžtūraEmiterisEkvivalentinėgrandinė2211

IGBT charakteristikosPagrindinės išvados:•IGBT naudojami 500 – 1700 V įtampoms valdyti, kintant galiai 1 – 1000 kW•Nesudėtinga valdyti•Mažesnis perjungimo greitis lyginant su vienpoliais tranzistoriais•Perjungimo dažnis 3 – 30 kHz•Labai sparčiai vystosi23IGBT pritaikymo pavyzdys• PWM inverteris 3 f. asincrhroniniam varikliui2412

Tranzitorių pavyzdžiai25Tiristoriai(angl. thyristor, Silicon-Controlled Rectifier – SCR)GValdymoelektrodasApnpnCAnodasAG CKatodasTiristorius turi 4 skirtingo laidumojuostas, 3 PN sandūras ir 3išorinius kontaktus.2613

Tiristoriai su išjungimo galimybe (GTO)GTO (angl. Gate Turn-Off) tiristorius. Įjungiamas prie valdymo elektrodoprijungus teigiamą įtampą, išjungiamas – neigiamą. Tranzistoriui išjungtireikalinga gana didelė valdymo srovė (paprastai 1/3 per anodą tekančiossrovės).27Tiristoriaus realizacijaGnpnCApnpGI C2AI GT 2I ACT 1ApkrovaI C12814

Tiristorių pritaikymo pavyzdys• Reguliuojamos nuolatinės įtampos maitinimo šaltinisVD~ TrValdymoimpulsaiApkrovaTinklo įtampaValdymo impulsaiSrovė per tiristiriųKeičiant valdymo impulsų dažnį, galima keisti išėjimo įtampą.Tiristorių įtampa yra gana nedidelė (1,5 – 2 V) net ir tekant didelei srovei.29Tiristoriaus voltamperinė charakteristikaTiesioginislaidumasValdymoelektrodosrovėatvirkštinislaidumasgriūtinispramušimasTiesioginisnuotekisTiesioginėslenkstinėįtampaIšvados:•Nedidelė soties įtampa lemia nedidelius nuostolius•Darbinių įtampų diapazonas kV, srovių – kA eilės3015

Simistoriai (angl. triac)Simistorius veikimu panašus į du lygiagrečiai ir priešpriešiais sujungtus tiristorius. Čia galima“nupjauti”abu pusperiodžius.Principinė schema:Techninis sprendimas:ValdymoimpulsaiVD2MT1a) b)G~ TrVD1ValdymoimpulsaiApkrovapnnnMT2npGMT1MT231Simistoriaus voltamperinė charakteristika ir veikimo laiko diagramosAtidarymokampas=0AtidarymoimpulsaiAtidarymokampas=453216

Dinistoriai (angl. diac)Dinistorius yra panašus į simistorių, tik neturi valdymo elektrodo. Jis įsijungia esant tam tikrai įėjimo įtampai.Įtampos reguliavimo schema panaudojant simistorių ir dinistorių.Apkrova~RGMT2MT1C33MOP valdomas tiristorius (MOS-Controlled Thyristor (MCT))MOP tranzistoriaus ir tiristoriaus hibridasPrivalumai: valdomas kaip MOP tranzistorius, labai nedidelis įtampos krytis tranzistoriuje3417

Tiristorių pavyzdžiai35Pagrindinių galios elektronikos įtaisų dažnio, įtampos ir srovėspriklausomybėsDaugiau informacijos apie pagrindinius elektronikos elementus galima rastihttp://www.mikroe.com/old/books/keu/00.htm3618