Transistori e Diodi di Potenza: Caratteristiche e Differenze

Transistori Bipolari (BJT)

I transistor bipolari ad alta potenza sono comuni nei convertitori di potenza a frequenze inferiori a 10 kHz. La loro applicazione è efficace nelle specifiche di potenza fino a 1200 V, 400 A. Un transistor bipolare ha tre terminali: base, emettitore e collettore. Opera di solito come un interruttore nella configurazione emettitore comune.

Quando la base di un transistor NPN ha un potenziale superiore rispetto all'emettitore e la corrente di base è grande abbastanza per guidare il transistor nella regione di saturazione, il transistor rimane acceso quando la giunzione del collettore-emettitore è correttamente polarizzata.

La caduta di tensione di un transistor in conduzione è nel range da 0,5 a 1,5 V. Se la tensione di eccitazione della base viene rimossa, il transistor rimane in modalità non conduttiva (cioè disabilitato).

MOSFET di Potenza

I MOSFET di potenza sono utilizzati in convertitori di potenza ad alta velocità e sono disponibili in una specifica di potenza relativamente bassa nella gamma di 1000V, 50 A, in una gamma di frequenza di diverse decine di kHz.

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor)

I transistor di potenza IGBT sono controllati in tensione. Per natura, sono più veloci rispetto ai BJT, ma non così rapidamente come i MOSFET. Tuttavia, offrono emozioni e caratteristiche di produzione molto più alti ad alte correnti e frequenze fino a 20 kHz. Gli IGBT sono disponibili fino a 1200 V, 400 A.

MCT (MOS Controlled Thyristor)

Un MCT può essere attivato da un impulso di piccola tensione negativa sul gate MOS sul suo anodo, e disattivato da impulsi di tensione piccoli positivi.

SIT (Static Induction Transistor)

Un SIT è un dispositivo ad alta potenza e alta frequenza. È essenzialmente la versione a stato solido di un tubo a vuoto triodo, ed è simile a un JFET. Ha una potenza a basso rumore, bassa distorsione e audio ad alta frequenza. I tempi di attivazione e disattivazione sono molto brevi, tipicamente 0.25 µsec.

La caratteristica di caduta di tensione normalmente attiva e l'alto limite delle loro applicazioni per la conversione dell'alimentazione di rete. La specificazione di uso corrente di SIT può essere fino a 1200V, 300 A, e la velocità di interruzione può essere alta come 100kHz.

Il SIT è adatto ad alta potenza, alta frequenza (ad esempio, audio, VHF/UHF e amplificatori di microonde).

Differenze tra BJT e IGBT

• I transistor di potenza IGBT sono controllati in tensione.
• Sono più veloci dei BJT.
• Gli IGBT sono adatti per alte tensioni, correnti elevate.
• Gestiscono le frequenze fino a 20Khz.
• Gli IGBT sono disponibili fino a 1200V, 400 A.
• I transistor di potenza BJT sono controllati in corrente.
• Sono meno rapidi rispetto ai BJT.
• Non idonei per alte tensioni, correnti elevate.
• Gestiscono frequenze inferiori a 10 kHz.
• Sono in grado di gestire tensioni fino a 1200V e correnti fino a 400 A.

Differenze tra MCT e GTO

• Il GTO è attivato applicando un gate breve impulso positivo.
• Il GTO è disattivato applicando un gate breve impulso negativo.
• Non richiede nessuna commutazione di circuito.
• Sono molto attraenti per la commutazione di convertitori forzati.
• Sono a disposizione fino a 400 V, 3000 A.
• L'MCT può essere alimentato da un piccolo impulso di tensione negativa sul gate MOS (rispetto al suo anodo).
• L'MCT è disattivato attraverso un piccolo impulso di tensione positiva.
• L'energizzazione del guadagno è molto alta.
• Gli MCT sono disponibili fino a 1000V, 100A.

Differenze tra SIT e GTO

• I tiristori GTO e auto SITH sono disabilitati.
• Il GTO e il Sith sono eccitati applicando un gate breve impulso positivo.
• Il GTO-SITH è disattivato applicando un gate breve impulso negativo.
• I Sith differiscono dai GTO nelle sue specifiche e dei Sith sono disponibili fino a 1200V, 300A. e sono disponibili 4000V GTO, 300 A.
• I Sith si applicano ai convertitori di media potenza.
• Le frequenze di gestione dei Sith sono di diverse kHz cento, al di là della gamma di frequenza del GTO.

Diodi di Potenza

Tipi di diodi di potenza:

Diodi standard per uso generale, a rapido recupero, Schottky.

Corrente di dispersione dei diodi:

Quando il potenziale dell'anodo è positivo rispetto al catodo si dice che il diodo è polarizzato in avanti e conduce. Quando il potenziale del catodo è positivo rispetto all'anodo, si dice che il diodo è polarizzato inversamente (nota come corrente di dispersione) nel campo di mA e uA, la cui entità aumenta in funzione della tensione inversa, finché la tensione raggiunge la valanga o zener.

Invertire i tempi di recupero dei diodi:

L'intervallo di tempo tra un istante in cui la corrente passa attraverso lo zero durante il cambio di guida direttamente alla condizione di inversione del blocco e quando la corrente inversa è ridotta al 20% del suo valore di picco irr, trr dipende dalla temperatura di giunzione, il tasso di abbattimento della corrente diretta e in corrente continua prima di passare.

Il recupero della corrente inversa dei diodi:

È la corrente che scorre a causa dei portatori minoritari quando il diodo è in una condizione di polarizzazione inversa.

Il fattore di morbidezza dei diodi:

È il rapporto tb / ta ta che è generato dall'immagazzinamento di carica nella regione di svuotamento dei picchi di unione irr; TB è dovuto alla carica di stoccaggio del materiale del semiconduttore.

Tipi di diodi:

I diodi sono in fase di recupero veloce con un tempo di recupero inferiore a 5ms, vengono utilizzati nei convertitori Circut ca cd cd cd e dove la velocità di recupero è spesso di importanza critica. I diodi epitassiali forniscono una velocità di commutazione superiore a quella dei diodi a diffusione. Per le specifiche di tensione al di sopra di 400V i diodi veloci sono fabbricati per diffusione e il tempo di recupero è controllato dalla diffusione di oro o platino.

Causa del tempo di recupero inverso di un diodo pn:

La corrente di un diodo è l'effetto netto della maggioranza e dei portatori minoritari. Quando un diodo è in modalità di conduzione in avanti e la corrente è ridotta a zero, il diodo continua a condurre a causa dei portatori minoritari che rimangono memorizzati nella giunzione pn.

Effetto del tempo di recupero inverso:

Limita la velocità di aumento della velocità di avanzamento attuale e di commutazione.

Perché è necessario utilizzare diodi a recupero veloce per la conversione ad alta velocità?

Poiché aumenta la velocità di recupero.

Qual è il tempo di recupero diretto?

Ci vuole tempo per ricombinare le cariche nella giunzione pn.

Differenza tra i diodi a giunzione pn e Schottky:

Un diodo Schottky può eliminare il problema di stoccaggio di caricamento di una giunzione pn. Il diodo recuperato carica Schottky è molto più basso di quello di un diodo a giunzione pn. La dispersione di corrente di un diodo Schottky è più grande di un diodo pn. Diodo Schottky con una tensione alla guida di una corrente di dispersione relativamente bassa è relativamente alto e viceversa.

Limitazioni dei diodi Schottky:

Il loro permesso è limitato a Vmax 100V. I valori di corrente variano da 1 a 300 A. Sono ideali per alimentatori, alta corrente, bassa corrente di tensione continua. Sono utilizzati negli alimentatori a bassa corrente ad una maggiore efficienza.

Tipico tempo di recupero inverso dei diodi per uso generale:

Essi hanno un tempo di recupero inverso relativamente alto, tipicamente 25µs e sono utilizzati in applicazioni dove la velocità dei tempi di recupero non è critica.

Tipico tempo di recupero inverso dei diodi a recupero veloce:

Hanno un minimo storico di recupero, di solito meno di 5µs. I circuiti convertitore sono utilizzati in cd cd cd ca, dove il tasso di recupero è di importanza critica.

Quali sono i problemi dei diodi collegati in serie e quali sono le possibili soluzioni?

In molte applicazioni, i diodi ad alta tensione non possono essere disponibili in commercio per le specifiche richieste, in modo che i diodi siano collegati in serie per aumentare la capacità di blocco inverso.

Fasi coinvolte nella progettazione di un'apparecchiatura di potenza elettronica

Può essere divisa in 4 parti:

1. Progettazione di circuiti di potenza.
2. Protezione dei dispositivi di potenza.
3. La determinazione della strategia di controllo.
4. Progettazione di circuiti logici e di controllo.

Effetti periferici di apparecchiature elettroniche al potere:

Le operazioni di convertitori di potenza basati su dispositivi semiconduttori di potenza di commutazione e di conseguenza, le unità introducono armoniche di corrente e tensione di alimentazione e convertitori di uscita. Di solito è necessario introdurre nel filtro di uscita e l'ingresso di un sistema di convertitore per ridurre a un livello accettabile la grandezza delle armoniche.

Differenze tra le caratteristiche del gate GTO e del tiristore:

I tiristori non sono disabilitati dal gate GTO e se si applica un impulso negativo il gate può essere disattivato dalla modalità di funzionamento.

Le differenze tra le caratteristiche dei tiristori gate e transistor:

I transistor sono attivati da tiristori corrente e tensione attraverso.

Elettronica di Potenza:

Può essere definita come l'applicazione di elettronica dello stato solido per il controllo e la conversione di energia elettrica.

Tipi di tiristori:

Fase di controllo a tiristori SCR, veloce commutazione SCR, GTO disattivazione porta del triodo SCR bidirezionale, conduzione RCT contrario, l'induzione statica SITH, raddrizzatore controllato al silicio LASCR attivato dalla luce, controllata da FET FET -CTH, controllati da MOS MCT.

Commutazione di circuito:

Polarizza il gate di un tiristore (DIAC, TRIAC, SCR, FET) per consentire il passaggio di corrente da anodo a catodo.

Le condizioni per guidare un tiristore:

Un tiristore ha 3 terminali, un anodo, catodo e gate. Quando una piccola corrente passa attraverso la porta terminale al catodo, il tiristore conduce fino a quando il terminale anodo ad un potenziale più alto del catodo.

Come disattivare un tiristore in conduzione:

Rendere il potenziale anodo è uguale o inferiore al potenziale del catodo. I tiristori sono spenti in linea a causa della natura della sinusoide di ingresso di tensione e costretti a tiristori a commutazione sono spenti a causa della natura.