Temat i plan wykładu Półprzewodnikowe przyrządy mocy 1. Wprowadzenie 2. Tranzystor jako łącznik 3. Charakterystyki prądowo-napięciowe 4. Charakterystyki dynamiczne 5. Definicja czasów przełączania 6. Straty mocy
Tranzystor MOSFET w układzie łącznika z obciąŝeniem rezystancyjnym
Charakterystyki tranzystora MOSFET IRF530
Podstawowe parametry tranzystora MOSFET IRF530
IXUN350N10
Przebiegi napięć i prądu podczas przełączania
Prosta pracy na tle statycznych charakterystyk wyjściowych zgodnie z rys. b, punkty t 0 i t 1 oraz t 2 t 3 niemal się pokrywają
Techniczne definicje parametrów czasowych tranzystora MOSFET mocy t d(on) czas opóźnienia przy załączaniu t r czas narastania t d(off) czas opóźnienia przy wyłączaniu t f czas opadania
Straty ppm w stanie przewodzenia
Charakterystyka znormalizowanej rezystancji dren-źrodło w stanie załączenia w funkcji temperatury tranzystora MOSFET
Straty łączeniowe (dynamiczne) w tranzystorach
Straty diody w procesie wyłączania
Napięcie przebicia, wytrzymałość napięciowa
Napięcie przebicia, wytrzymałość napięciowa
Polaryzacja wsteczna
Przewodzenia w kierunku wstecznym
Parametry znamionowe ppm
Tyrystory i triaki Budowa tyrystora
Charakterystyka prądowo-napięciowa obwodu głównego tyrystora
Układ zastępczy źródła sygnałów sterujących (a), sposób wyznaczania prostej obciąŝenia oraz obszary pracy obwodu bramki (b)
Prostownik jednofazowy półokresowy π 1 U m Uśr = U m sin ω t d( ω t) = + cosθ 2π 2π e z ( 1 ) z
Tyrystor dwukierunkowy (triak) Stan I + Elektroda A2 ma potencjał dodatni względem A1, elektroda B sterowana jest impulsami dodatnimi. Stan I Elektroda A2 ma potencjał dodatni względem A1, elektroda B sterowana jest impulsami ujemnymi. Stan III + Elektroda A2 ma potencjał ujemny względem A1, sterowanie impulsami dodatnimi. Stan III Elektroda A2 ma potencjał ujemny względem A1, sterowanie impulsami ujemnymi.
Zastosowanie tyrystora i triaka do regulacji natęŝenia oświetlenia
Tranzystory IGBT Co oznacza IGBT dla inŝyniera Budowa Zasada działania Zastosowania Nowości
Co oznacza IGBT dla inŝyniera: IGBT (ang. Insulated Gate Bipolar Transistor) - tranzystor bipolarny z izolowaną bramką. Jest to element półprzewodnikowy mocy uŝywany w przekształtnikach energoelektronicznych o mocach do kilkuset kilowatów. Łączy zalety dwóch typów tranzystorów: łatwość sterowania tranzystorów polowych i wysokie napięcie przebicia oraz szybkość przełączania tranzystorów bipolarnych.
Budowa:
Zasada działania: Najpopularniejszy sposób oznaczania IGBT to symbol tranzystora bipolarnego npn, w którym emiter oznaczony jest jako kolektor, a połączenie kolektora i drenu nosi nazwę emitera (symbol środkowy z rysunku). Sposób połączenia występujący na schemacie zastępczym przypomina tranzystor bipolarny Darlingtona. Tranzystor MOSFET steruje bazą tranzystora bipolarnego pnp zapewniając szybkie przechodzenie od stanu blokowania do przewodzenia i na odwrót. JednakŜe w odróŝnieniu od układu Darlingtona, w tranzystorze IGBT największa część prądu drenu płynie przez kanał tranzystora MOSFET.
Stan blokowania IGBT: Występuje gdy napięcie między bramką a źródłem jest niŝsze od wartości progowej Ugs(th), wielkości znanej z tranzystora MOSFET. Dołączone napięcie dren-źródło powoduje przepływ bardzo małego prądu upływu ( Leakage current ). Kiedy napięcie bramka-źródło przekroczy wartość progową Ugs(th) tranzystora MOSFET struktury IGBT to zaczyna on przewodzić płynie prąd drenu określony napięciem kolektor-emiter oraz wartością napięcia sterującego Uge.
Charakterystyka wyjściowa:
Zastosowania IGBT: M.in. w falownikach jako łącznik, umoŝliwia załączanie prądów do 1 ka i blokowanie napięć do 6 kv; W samochodach hybrydowych (Toyota Prius); Wiele innych
Właściwości IGBT Moduły te posiadają następujące cechy: 1. Niskie napięcie nasycenia VCE(sat); Niską energię włączenia E(on) i wyłączenia E(off), 2. Wysoką odporność zwarciową (bez układu RTC) 3. Zredukowaną pojemność bramki. 4. Niską indukcyjność połączeń wewnętrznych (Rys.8) Rys.8 Stosunek indukcyjności wewnętrznych połączeń modułów 5gen. do 3gen. = 1:2
Właściwości IGBT 5. Doskonałą rezystancję termiczną przez zastosowanie jako ceramicznej warstwy izolacyjnej azotku aluminium. 6. Zwiększoną wytrzymałość na cykle temperaturowe DTc obudowy (Rys.10) poprzez kontrolowanie grubości spoiwa pomiędzy podstawą a ceramiczną warstwą izolacyjną (Rys.9a,9b). Rys.10 Wytrzymałość na cykle temperaturowe obudowy Rys.9a W tradycyjnym procesie lutowania stosowanym w poprzednich generacjach, grubość lutu mogła się zmieniać Rys.9b W modułach 5 generacji zmiana grubości lutu b została ograniczona poprzez zastosowanie prętów ograniczających
Zastosowania elementów półprzewodnikowych mocy SRC tyrystory konwencjonalne, GTO tyrystory wyłączalne bramką, IGCT tyrystory komutowane zintegrowaną bramką, IGBT tranzystory bipolarne z izolowaną bramką, MOSFET tranzystory polowe z izolowaną bramką
Obszary zastosowań półprzewodnikowych przyrządów mocy SRC tyrystory konwencjonalne, GTO tyrystory wyłączalne bramką, IGCT tyrystory komutowane zintegrowaną bramką, IGBT tranzystory bipolarne z izolowaną bramką, MOSFET tranzystory polowe z izolowaną bramką
Schemat funkcjonalny systemu generacji rozproszonej zasilanego z odnawialnych źródeł energii
Przekształtnik energoelektroniczny AC/DC/AC stosowany w turbinach wiatrowych
Przekształtnik AC/DC/AC z wielobiegunowym generatorem synchronicznym z magnesami trwałymi bez przekładni mechanicznej w systemie elektrowni Wave Dragon produkującej energię z fal morskich
Moduł fotowoltaiczny (po lewej) sprzęgnięty z siecią, (po prawej) praca wyspowa
Przekształtniki łańcuchowe w układach PV; (a) trójfazowy, (b) jednofazowy, (c) widok 11 MW elektrowni fotowoltaicznej w Serpa, Portugalia (52 000 modułów PV)
Przykład systemu fotowoltaicznego
Toyota Prius
Toyota Hybrid System II (THS II)
Oscyloskop cyfrowy
W oscyloskopie cyfrowym badany sygnał jest przetworzony do postaci cyfrowej za pomoc przetwornika analogowo cyfrowego A/C i zapamiętany w pamięci oscyloskopu. Zastosowanie techniki cyfrowej daje duŝe moŝliwości w dziedzinie przetwarzania i analizy badanego sygnału i umoŝliwia cyfrowy pomiar parametrów sygnału oraz dodatkowe funkcje jak całkowanie lub róŝniczkowanie przebiegu, analizę widmową i uśrednianie. Przetworzony sygnał moŝe by zapamiętany, co umoŝliwia wyświetlenie na ekranie oscyloskopu wielu sygnałów. Na rysunku przedstawiono schemat blokowy typowego oscyloskopu cyfrowego.