2. VENTILE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE

1. 2. VENTILE SEMICONDUCTOARE DE PUTERE • diodele • tiristoarele • tranzistoarele de putere

2. 2.1. DIODA SEMICONDUCTOARE DE PUTERE caracteristica ideală; caracteristica statică.

3. Datele importante ale unor diode (exemple) IFAV – curentul mediu de durata IFSM – curentul de vârf nerepetitiv UTO – tensiunea de deschidere rT – rezistenţa UF – căderea de tensiune URRM – tensiune de vârf repetitivă. IR – curentul invers

4. Procesul de blocare al diodei • Două etape : • trecerea unui curent în sens invers; • blocarea propriu-zisă. timpul de acumulare (storage time) ts timp de cădere (fall time) tf timpul de revenire(reverse recovery time) trr trr= ts + tf tf: din momentul în care curentul invers are valoarea sa maximă până când acesta descreşte la 25% din această valoare Tensiunea maximă care apare la blocare este URM

5. Dioda cu avalanşă controlată Dioda cu avalanşă controlată dublă Structura uniformă permite diodei polarizate invers să suporte o putere aproape egală cu cea în sens direct.

6. Dioda Shottky • timpi de revenire foarte mici (de ordinul 0,15 - 0,25 s) • căderea de tensiune la polarizare directă este mică (valoare tipică 0,3 V) • tensiunea inversă maximă este între 50 - 100 V. Utilizare: în convertoare statice cu comutaţie rapidă (ex: redresarea de înaltă frecvenţă)

7. 2.2. TIRISTORUL schema echivalentă cu diode în serie structura şi schema principială de conectare; simboluri.

8. Amorsarea tiristorului Modelul echivalent cu doua tranzistoare complementare: a) cu arătarea joncţiunilor; b) schema echivalentă

9. Comanda tiristorului Amorsarea parazita se poate produce în două feluri : • prin creşterea tensiunii directe anod-catod peste o limită ce determină fenomenul de avalanşă în joncţiunea centrală a tiristorului; • prin creşterea temperaturii ce determină la rândul ei creşterea factorilor de amplificare în curent. Ambele situaţii trebuie evitate, amorsarea tiristorului fiind corectă doar prin curent de poartă IG.

10. Caracteristica statică curent-tensiune a tiristorului.

11. curentuldemenţinereIH -UDRMtensiunea de vârf repetitivă în stare blocată în sens direct; -UDWM­ tensiunea de vârf de lucru în stare blocată în sens direct fără tensiuni tranzitorii repetitive sau nerepetitive; -UDSM tensiunea de vârf nerepetitivă la blocare în sens direct - valoarea instantanee maximă a unei tensiuni directe tranzitorii nerepetitive în stare de blocare;Fig.2.9. Reprezentarea diverselor tensiuni în funcţie de timp. -URRM tensiunea inversă de vârf repetitivă la blocare negativă; -URSM­ tensiunea de vârf nerepetitivă – valoarea instantanee maximă a unei tensiuni inverse tranzitorii nerepetitive în sens direct; -URWM tensiunea inversă de vârf de lucru, fără tensiuni tranzitorii repetitive sau nerepetitive.

13. Caracteristici dinamice ale tiristoarelor Depind de: • parametrii circuitului de sarcină şi de comandă • viteza de variaţie a curentului şi tensiunii • temperatura joncţiunii

14. Amorsarea tiristorului • se poate face numai dacă acesta este polarizat în sens direct • poate avea loc în trei moduri: • aplicând un curent în circuitul de comandă; • depăşind tensiunea maximă de blocare în sens direct (amorsare prin tensiune); • datorită pantei de creştere a tensiunii de polarizare directă. Timpul de întârziere tî Timpul de comutare tc Timpul de stabilire a amorsării ts ta = tî  +tc

15. Blocarea tiristorului • prin şuntarea tiristorului, preluându-i curentul ; • prin aplicarea unei tensiuni inverse, care produce un curent în sens invers ce reduce curentul tiristorului sub IH . In procesul de blocare se deosebesc două etape: • atingerea blocării la polarizare inversă; • atingerea blocării la polarizare directă.

16. Solicitări admisibile • Solicitări în tensiune • Pierderi termice • Pierderile în conducţie PT • Pierderile în circuitul de comandă • Pierderi în comutaţie Pc Pierderile totale pot fi determinate din pierderile de conducţie, ţinând cont de celelalte pierderi printr-un coeficient ale cărui valori sînt diferite în funcţie de tipul dispozitivului şi de frecvenţa de lucru.

17. Circuite de amorsare

18. Comanda sincronizată a tiristoarelor

19. Tiristorul GTOStructură şi funcţionare

20. Circuite de comandă

21. Circuite de comandă

22. 2.2.3. Triacul a) simbol b)schemă echivalentă.

23. Caracteristicile statice ale triacului.

24. Alte tipuri de tiristoare • Alternistorul • Tiristoare asimetrice Tiristorul ASCR : a)Simbolul pentru ASCR;b)simbolul pentru AGTO ; c)Caracteristica statică.

25. Tiristoare cu conducţie inversă • TiristorulSITH (State Induction Thyristor) • TiristorulMCT (MOS Controlled Thyristor) • TiristorulLAT (Light activated thyristors)

26. 3. Tranzistoare de putere Tranzistorul bipolar Tranzistorul MOSFET Tranzistorul IGBT

27. 3.1. Tranzistorul bipolar 3.1.1. Structură şi caracteristici

28. Regimuri de funcţionare • - regimul de saturaţie, zona I; • - regimul activ de funcţionare liniară, zona II; • - regimul de blocare, zona III IB > IC / . IC =(UCC - UCE )/R

30. 3.1.2. Comanda tranzistoarelor bipolare Configuraţii Darlington: a)normal; b)triplu

31. Comanda tranzistoarelor bipolare trebuie să satisfacă următoarele condiţii1. Injecţie masivă de purtători la amorsare Variante pentru accelerarea intrării în saturaţie : a)cu driver şi grup RC; b) cu condensatorul de accelerare C

32. 2. Reducere la maxim a timpului de stocaj al purtătorilor de sarcină ts la blocare Efectul diodei ce împiedică saturarea: a) schema principială; b) puncte de funcţionare

33. 3.Reducere a timpului de cădere tf a curentului de colector la blocaretoff = ts + tf

34. Schema bloc a circuitului integrat UAA 4002. I, III-supravegherea tensiunilor ; II-interfaţă de intrare; IV-procesor intern; V-întîrzierea la conducţie; VI-stabilirea tON maxim ; VII-stabilirea tON minim

35. 3.2. Tranzistorul MOSFET Tranzistorul cu efect de câmp=MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) 3.2.1. Structură şi funcţionare

36. Caracteristici statice

37. 3.2.2. Comanda tranzistoarelor MOSFET Circuit driver de tip totem - pole cu componente discrete

38. Circuite de comandă cu tensiune de ambele polarităţi: a) cu elemente discrete; b) cu un circuit integrat specializat.

39. Separarea galvanică a circuitului de comandă cu optocuplor

40. 3.3. Tranzistorul IGBT 3.3.1. Structură şi funcţionare

41. Caracteristicile curent - tensiune ale tranzistorului IGBT • Diferenţe faţă de cele ale tranzistorului MOSFET: • curentul iC nu creşte decât la depăşirea unei tensiuni de prag specifice pentru UCE; • rezistenţa aparentă la satu­raţie este mai mică.

42. . Tranzistoare IGBT în execuţie compactă: a) dual pack; b) four pack; c) six pack.

43. 3.3.2. Comanda tranzistoarelor IGBT Schemă de comandă simplificată cu MOSFET