دانلود تحقیق انواع دیود های قدرت

در حالت ایده آل دیود نباید هیچ زمانی بازیابی معکوسی داشته باشد که هزینه ساخت دیود را افزایش می دهد .

در بسیاری از کاربردهای اثرات زمان بازیابی معکوس چندان اهمیت ندارند و می توان از دیود از دیودهای ارزان استفاده کرد .

بسته به مشخصه های بازیابی و روشهای ساخت ، دیودهای قدرت را به سه گروه می توان تقسیم کرد .

مشخصه ها و محدودیت های عملی هر گروه کاربردشان را مشخص می کند .

دیود های استاندارد یا همه منظوره دیودهای بازیابی سریع دیودهای شاتکی دیودهای همه منظوره دیودهای یکسو کننده همه منظوره زمان بازیابی معکوس نسبتاً زیادی دارند که در حدودs μ 25 است و در کاربردهای سرعت پایین بکار می روند که زمان بازیابی چندان اهمیتی ندارد (برای مثال در یکسو کننده ها و مبدلهای دیودی در کاربردهای فرکانس رودی کم تا 1KHz ومبدلهای کموتاسیون خط ) .محدوده جریان این دیودها از کمتر از یک آمپر تا چند هزار آمپر و محدوده ولتاژ 50v تا حدود 5kv می باشد .

این دیودها معمولاً به روش دیفیوژن ساخته می شوند .

با این وجود یکسو کننده های آلیاژی که در منابع تغذیه دستگاههای جوشکاری بکار می روند از لحاظ هزینه به صرفه تر هستند و محدوده کاری آنها تا 300A و 1000V می رسد .

دیودهای بازیابی سریع دیودهای بازیابی سریع زمان بازیابی کوچکی (به طور معمول کمتر از s μ ) دارند .

این دیودها در مدارهای مبدل dc به dc,dc,dc به ac که سرعت بازیابی اغلب اهمیت بحرانی ای دارد بکار می روند .

محدوده جریانی کارکرد این دیودها از کمتر از یک آمپر تا چند صد آمپر و محدوده ولتاژشان از 50 v تا حدود 3kv است .

برای محدوده ولتاژ بالای 400v ،‌دیودهای بازیابی سریع عموماً به روش دیفیوژن ساخته می شوند و زمان بازیابی بوسیله دیفیوژن طلا یا پلاتین کنترل می شود .

برای محدوده ولتاژ کمتر از 400 v دیودهای اپی تکسال سرعت کلید زنی بیشتری نسبت به دیودهای دیفیوژنی دارند .

دیودهای اپی تکسال پهنای بیس کمی دارند که باعث می شود زمان بازیابی کوچکی در حدود 50ns داشته باشند .

دیودهای شاتکی مشکل ذخیره بار در پیوند p-n در دیودهای شاتکی حذف (یا حداقل ) شده است .

این کار از طریق ایجاد یک سد پتانسیل که میان یک فلز و یک نیمه هادی متصل می شود ، انجام می پذیرد .

یک لایه فلزی روی یک لایه اپی تکسیال باریک از سیلیکون نوع n قرار داده می شوند .

سد پتانسیل رفتار یک پیوند p-n را شبیه سازی می کند .

عمل یکسو کنندگی فقط به حاملهای اکثریت بستگی دارد و در نتیجه حاملهای اقلیت اضافی ای برای ترکیب شدن وجود ندارند .

اثر بازریابی منحصراً به خاطر ظرفیت خازنی خودپیوند نیمه هادی است .

بار الکتریکی بازیابی یافته در یک شاتکی خیلی کمتر از یک دیود پیوند p-n معادل است .

از انجایی که این بار ناشی از ظرفیت خازنی پیوند است تا حد زیادی مستقل از di/dt معکوس می باشد .

دیودهای شاتکی افت ولتاژ مستقیم نسبتاً کوچکی دارند .

جریان نشتی دیودهای شاتکی بیشتر از دیودهای پیوند p-n است .

یک دیود شاتکی با ولتاژ هدایت نسبتاً کم ، جریان نشتی نسبتاً زیادی دارد و برعکس .

در نتیجه حداکثر ولتاژ مجاز آن معمولاً به 100v محدود می شود .

محدوده جریان کاری دیودهای شاتکی از 1 تا 300A می باشد .

دیودهای شاتکی برای بکار گیری در منابع تغذیه dc با ولتاژ کم و جریان بالا ایده آل هستند .

اگر چه به منظور بالا بردن بازده ، این دیودها در منابع تغذیه با جریان کم نیز استفاده می شوند .

اثرات زمان بازیابی معکوس و مستقیم .

اگر کلید sw در لحظه t=o بسته شود و به حد کافی بسته باقی بماند ، یک جریان حالت پایداراز بار خواهد گذشت و دیود هرز گرد Dm جریان خواهد یافت .

حالا اگر کلید دوباره در t= t1 بسته شود دیود Dm مثل یک اتصال کوتا ه عمل می کند .

سرعت افزایش جریان مستقیم کلید (و دیود D1) و سرعت کاهش جریان مستقیم دیود Dm خیلی زیاد خواهد بود و به بی نهایت میل می کند .

پیک جریان معکوس دیود Dm می تواند خیلی زیاد باشد و دیود های D1 و Dm ممکن است آسیب ببیند .

دیودهای واقعی به زمان معینی برای روشن شدن نیاز دارند تا اینکه تمامی سطح پیوند رسانا شود و di/dt باید کم نگه داشته شود تا محدودیت زمان روشن شدن رعایت شود .

این زمان گاهی اوقات با نام زمان باز یابی مستقیم tf نیز ذکر می شود .

انواع تریستورها تریستورها تقریبا تنها به روش تزریق ساخته می شوند .

جریان آند برای انتشار از نزدیکی گیت به تمام سطح پیوند ( هنگامی که سیگنال جهت روشن کردن تریستور اعمال می شود ) به زمان معینی نیاز دارد .

سازندگان برای کنترل di/ dt ، زمان روشن شدن و زمان خاموش شدن ، از ساختارهای متفاوتی برای گیت استفاده می کنند .

تریستورها بسته به ساختار فیزیکی و محوه روشن و خاموش شدن ، به 9 دسته زیر تقسیم می شوند : تریستور های کنترل فاز ( SCR ) تریستورهای کلید زنی سریع ( SCR ) تریستورهای خاموش شونده با گیت ( GTO) تریستورهای سه قطبیدو جهته ( TRIAC ) تریستورهای هدایت معکوس ( RCT ) تریستورهای کنترل فاز این نوع تریستورها عموما در فرکانس خط کار می کنند و بوسیله کموتاسیون طبیعی خاموش می شوند .

زمان خاموش شدن tq ، در محدوده 50 تا 100 u s می باشد .

این تریستور بیشتر برای کلید زنی در سرعتهای کم مناسب است .

نام دیگر این تریستورها تریستور مبدا می باشد .

از آنجا که اصولا تریستوریک وسیله کنترل شده از جنس سیلیکون است ، این دسته از تریستورها با نام یکسو کننده های کنترل شده سیلیکونی نیز شناخته می شوند .

ولتاژ حالت روشن VT غالباً بین 1.15V (برای ترانسفورماتورهای 600V) تا 1.25V (برای ترانسفورماتورهای 4000V) تغییر می کند و برای یک تریستور 5500A و 1200V ، معمولاً در حدود 125V است .تریستورهای جدید از یک تقویت کننده گیت استفاده می کنند .

به گجونهای که سیگنال ابتدا به گیت یک تریستور کمکی TA اعمال می شود و خروجی تقویت شده TA به گیت تریستور اصلی TM اعمال می گردد.

استفاده از تقویت کننده گیت مشخصه های دینامیکی خوبی را به ما می دهد ، تنها مشخصات دینامیکی تریستور را تا حدودی بهبود بخشیده و با کم کردن یا به حداقل رساندن اندازه سلفه محدود کننده di/dt و مدارهای حفاظتی dv/dt باعث ساده شدن طراحی می شود .

تریستورهای کلیدزنی سریع کاربرد این دسته از تریستورها در کلید زنی با سرعت بالا و همراه با کموتاسیون اجباری ست .

زمان خاموش شدن این تریستورها کم و بسته به محدوده ولتاژ 5 تا s μ 50 است .

افت ولتاژ مستقیم تریستور در حالت روشن ، تقریباً تابع معکوسی از زمان خاموش شدن tq می باشد .

این تریستورها را تحت عنوان تریستور اینورتر نیز می شناسند .

این تریستورها دارای dv/dt بالا در حد s μ 1000v/ و di/dt بالا در حد s μ 1000 A/ هستند .

قطع سریع di/dt بالا عمل بسیار مهمی در کاهش اندازه و وزن مدار کموتاسیون و / یا اجزای مدار راکتیو هستن .

ولتاژ حالت روشن یک تریستور 2200A,1800V حدود 1.7V است .

تریستورهای اینورتری با قابلیت سد کنندگی معکوس خیلی محدود در حد 10V و زمان قطع بسیسار سریع بین 3 تا 5 s μ با نام تریستورهای نا متقارن شناخته می شوند .

تریستور های خاموش شونده با گیت هر تریستور خاموش شونده با گیت نظیر یک SCR می توان با اعمال یک سیگنال مثبت به گیت روشن شود .

به علاوه با اعمال سیگنال منفی به گیت ،می توانیم آن را خاموش کنیم .

GTO یک عنصر تثبیت کننده است و می تواند با مقادیر جریان و ولتاژ نامی مشابه SCR ها ساخته می شد .

GTO با اعمال یک پالس کوچک مثبت به گیت روشن و با اعمال یک پالس منفی کوچک به گیت خاموش می شود .

مزایای GTO نسبت به SCR به این شرح است : حذف اجزای کموتاسیون د رکموتاسیون اجباری که حجم ، وزن و قیمت آنها را کاهش می دهد .

حذف اجزای کموتاسیون د رکموتاسیون اجباری که حجم ، وزن و قیمت آنها را کاهش می دهد .

کاهش نویز الکترومغناطیسی و نویز صوتی به دلیل حذف چکهای کموتاسیون .

قطع سریع تر ، که کلید زنی در فرکانسهای بالا را امکان پذیر می سازد .

بهبود بازده مبدلها .

در کاربردهای توان پایین GTO ها نسبت به ترانزیستورهای دو قطبی دارای مزیت زیر هستند .

توانایی تحمل ولتاژهای سد کنندگی بالاتر.

نسبت بالای جریان پیک قابل کنترل به جریان متوسط نسبت بالای جریان خیزش پیک به جریان متوسط .

بهره حالت روشن بالا سیگنال پالس گیت کوتاه .

در شرایط خیزش ، GTO به دلیل عمل نورزایی ، بیشتر با اشباع می رود .

در حالی که در ترانزیستورهای دو قطبی و در چنین شرایطی ، ترانزیستور سعی دارد از اشباع خارج شود .

GTO هنگام خاموش شدن بهره کمی دارد که معمولاً در حدود 6 است و برای خاموش شدن به یک پالس جریانی منفی نسبتاً بزرگ نیاز دارد.

GTO نسبت به SCR دارای ولتاژ حالت روشن بالاتری است .

به عنوان مثال ولتاژ حالت روشن یک GTO با مقادری نامی 550A,1200V برابر 3.4 V می باشد .

جریان پیک حالت روشن قابل کنترل ITGQ ماکزیمم جریان حالت روشن است که می تواند با کنترل گیت خاموش شود .

ولتاژ حالت خاموش بلافاصله پس از خاموش شدن دوباره اعمال می شود و dv/dt دوباره اعمال شده تنها خازن مدار پیشگیری محدود می شود .

وقتی GTO خاموش می شود ، جریان بار IL که منحرف شده و خازن مدار محافظ را شارژ می کند ، مقدار dv/dt دوباره اعمال گشته را تعیین می کند.

که در آن خازن مدار محافظ می باشد .

تریستورهای دو جهته یا تریاک تریاک وسیله ای است که می تواند در هر دو جهت هدایت کند و غالباً در کنترل فاز ac استفاده می شود .

هر تریاک را به صورت اتصال موازی – معکوس دو SCR که دارای گیت مشترک هستند ، در نظر گرفت .

از آنجا که تریاک یک وسیله دو جهته است پایه های آن نامی تحت عنوان کاتد یا آند ندارند .

اگر ترمینال MT2 نسبت به ترمینال MT1 مثبت باشد ، می توان با اعمال سیگنال مثبت به گیت بین پایه های گیت G و ترمینال MT1 تریاک را روشن نمود .

برای روشن کردن تریاک نیاز نیست که دو سیگنال مثبت و منفی برای گیت داشته باشیم و وجود سیگنال مثبت یا منفی کفایت می کند .

در عمل حساسیت تریاک از ربعی به ربع دیگر تغییر می کند و به طور طبیعی در ربع I+ یا در ربع III فعالیت می کند.

تریستورهای هدایت معکوس در بسیاری از مدارهای چاپر و اینورتر یک دیود به صورت موازی معکوس به یک تریستور متصل می شود تا نیاز خاموشی مدار کموتاسیون را بهبود بخشیده و امکان برقراری جریان معکوس ناشی از بار سلفی را فراهم کند .

دیود ، سطح ولتاژ ممانعت کننده معکوس تریستور را به یک تا دو ولت زیر مقدار حالت پایدار می آورد .

گر چه در شرایط گذار ممکن است ولتاژ معکوس به خاطر ولتاژ القا شدهدر اندوکتانس پراکندگی مدار در قطعه به 30V برسد.

RCT قطعه ای است که مشخصه های عنصر را با نیاز مار تطبیق می دهد و مشابه یک تریستور با یک دیود موازی معکوس در داخل آن در نظر گرفت .

RTC تریستور نامتقارن نیز نامیده می شود .

ولتاژ ممانعت کننده مستقیم بین 400 تا 2000V تغییر کرده و جریان می تواند تا 500 A افزارش یابد .

مقدار ولتاژ ممانعت کننده معکوس معمولاً بین 30 تا 40 ولت است .

از انجایی که نسبت جریان مستقیم گذرانده از تریستور به جریان معکوس دیود برای یک قطعه مقدار ثابتی است ، کاربردهای آنها به طراحی مدارهای خاص محدود می شود .

ترانزیستورهای پیوند دو قطبی یک ترانزیستور دو قطبی از افزودن یک ناحیه P یا N ثانوی به یک دیود پیوند P-n به وجود می آید .

یا در ناحیه n و یک ناحیه P دو پیوند تشکیل می گردد و حاصل به عنوان یک ترانزیسور npn شناخته می شود .

با دو ناحیه p و یک ناحیه n ترانزیستور pnp شناخته به وجود می آید .

سه ترمینال موجود کلکتور ،‌امیتر و بیس نامیده می شوند .

یک ترانزیستور دو قطبی دو پیوند به نامهای پیوند کلکتور – بیس و پیوند بیس – امیتر دارد.

MOSFET های قدرت ترانزیستور پیوند دو قطبی عنصری کنترل شونده با جریان است و برای داشتن جریان در کلکتور به جریان بیس نیاز دارد .

چون جریان کلکتور وابسته به جریان ورودی می باشد ، بهره جریان به دمای پیوند بستگی زیادی دارد .

MOSFET قدرت یک عنصر کنترل شونده باولتاژ است و