توضیح :
عنوان
الکترونیک قدرت ولتاژ
فهرست مطالب
الكترونيك قدرت ولتاژ: 1
تقسيم بندي : 2
ترانزيستور ها: 2
تقسيم بندي : 2
انواع مدارهاي الكترونيك قدرت : 2
اصلاح كموتاسيون : 3
مزيت هاي سيليسيم به ژرمانيم : 3
ژرمانيوم : 3
ساختار ديودها: 3
ديودهاي قدرت: 3
ديود هاي قدرت همه كاره : 3
ديود هاي با بازسازي سريع : 4
ديود هاي خيلي سريع با شاتكه : 4
پارامترهاي اجرايي ديود : 4
مقاومت هاي حرارتي : 4
مولد معادل حرارتي : 5
مشخصه هاي گرافيكي ديود : 5
پارامتر هاي بازسازي : 5
ديود هاي سري و ديودهاي موازي : 5
ديود هاي موازي : 6
ترانزيستورهاي قدرت : 6
پارامترهاي اجرايي ترانزيستورها : 6
كنترل تحريك بين : 7
كنترل وصل : 7
كنترل قطع : 7
كنترل تناسبي : 7
كنترل ضد اشباع : 7
عيب MOSFET : 8
مشخصه هاي كليد زني : 8
پارامتر هاي اجرايي : 8
راه اندازي گيت : 8
ترتيب FET ها و BGT ها : 8
كار سري و موازي ترانزيستورها : 9
مشخصه هاي پايه هاي ورودي: 9
محدوديت هاي DIVDT , DVD : 10
ايزولاسيون محرك هاي بين يك گيت : 10
تريستورها: 10
بررسي SCR با استفاده از مدل دو ترانزيستوري : 11
روش هاي تريستور كردن : 11
مدارهاي آتش تريستور ، ترانسفورمر پالس : 12
مكانيزم قطع تريستور : 13
انواع تريستور : 13
تريستورهاي كليد زني سريع : 14
تريستور هاي با القای استاتيك ( SITH ) : 14
پارامترهاي جريان 15
اولين پارامترهاي اجرايي IT : 15
پارامترهاي گيت 16
كار سري و كار موازي تريستورها : 16
بررسي فرضي كاري ديود free run : 17
تفاوت بار سفلي واهمي: 18
اتوتريستورها : 19
عناصر نيمه هادي آتش كننده تريستور : 19
نحوه به كارگيري : 19
طرز كار مدار : 21
ترانزیستورput : 21
CUJT (UJT مكمل ): 22
مدار شارژ باتري اتوماتيك : 23
مدار مجتمع CA3059 : 24
الكترونيك صنعتي 24
انواع مدارهاي الكترونيك قدرت : 25
ديودهاي قدرت: 26
مقاومت هاي حرارتي : 27
ديود هاي سري و ديودهاي موازي : 28
ديود هاي موازي : 29
كنترل وصل : 29
كنترل ضد اشباع : 30
مشخصه هاي MOSFET : 30
عيب MOSFET : 30
راه اندازي گيت : 31
محدوديت هاي DIVDT , DVD : 32
ايزولاسيون محرك هاي بين يك گيت : 32
تريستورها: 33
بررسي SCR با استفاده از مدل دو ترانزيستوري : 33
روش هاي تريستور كردن : 34
مدارهاي آتش تريستور ، ترانسفورمر پالس : 35
مكانيزم قطع تريستور : 35
انواع تريستور : 36
پارامترهاي جريان 37
كار سري و كار موازي تريستورها : 38
نقطه ي كموتاسيون: 40
تفاوت بار سفلي واهمي: 40
ترانزیستورput : 43
مدار شارژ باتري اتوماتيك : 45
مدار مجتمع CA3059 : 46
الكترونيك قدرت ولتاژ:
1- تقويت كنندگي مد نظر نيست كه انتقال انرژي مطرح است.
2- جريان ها و ولتاژها مقادير بالا هستند .
3- در الكترونيك قدرت سرعت كليد زني مطرح است .
4- دفع حرارت از المان هاي الكترونيك قدرت.
كاربرد مولد تحريك ژنراتور ( تريستورهاي با قدرت زياد ) مي توانند تنظيم كنند.
كنترل دور موتورها- در صنايع الكتروشيميايي –جوشكاري در سيستم هاي تاسيسات هسته اي – منبع تغذيه اضطراري ( LOPS) – گرم كننده هاي القايي و كوره اي – SSR استاتيك سوئيچ رله.
المان هاي الكتريكي قدرت به 4 دسته تقسيم مي شوند: ديود هاي قدرت – تريستور ها – BST – FET .
تقسيم بندي :
1- حداكثر ولتاژ معكوس كه تحمل مي كنند 2- زمان كليد زني 3- حداكثر جريان عبوري
ديود ها به سه دسته تقسيم مي شوند:
1- همه كاره 2 - سريع 3- شادكه
RC} : غير فعال UJT : فعال ميكروپروسسوري}
1- تريستور ها :
ترانزيستور ها: BJT ها يا دو قطبي : مهم ترين مزيت : كليد كنترلي با جريان
عيب : منابع خود را بارگذاري مي كند. پس از FET: منابع را بار گذاري نمي كند .
MOS FET : مقاومت ورودي Ω M يا ∞ - كليد زني با ولتاژ – جريان با ولتاژ كنترل مي شود.
تركيبي از FET و BJT ، IJBT مي شود .
تقسيم بندي :
1- دسته اول از عناصررا ما بر روي روشن شدن و خاموش شدن كنترلي نداريم و توسط منبع تغذيه صورت مي گيرد . ( ديود ها ) در نيم سيكل منفي روشن و منفي خاموش .
2- در روشن شدن كنترل داريم و خاموش كنترل نداريم.
3- هم روي روشن شدن و هم روي خاموش شدن كنترل داريم .ترانزيستور- FET و BJT .
تقسيم بندي از لحاظ وجود پالس در گيت :
1- وجود مداوم پالس در B يا G 2- وجود لحظه اي پالس SCR .
از لحاظ تحمل ولتاژ دو قطبي و تك قطبي :
منبع تغذيه AC يا DC باشد. خانواده ديود و SCR در شبكه AC كار مي كند ولي بقيه بايد تك قطبي باشد ( DCباشد ) .
از لحاظ عبور جريان از يك جهت يا دو جهت :
بيشتر المان ها را از يك جهت عبور مي دهد ولي تراياك از دو جهت عبور مي كند.
انواع مدارهاي الكترونيك قدرت :
تبادل انرژي بين بار و مصرف كننده توسط المان قدرت كنترل مي شود . نقش المان در همگي كليد زني است.
1- ركتيو فايرها ( يكسو كننده ها ) مبدل AC به DC .
2- مبدل AC به DC كه ميزان انرژي انتقالي قابل كنترل است.
3- كنورتورهاي AC به DC مثل ديود ها .
4- مولد هاي DC به DC ( چاپر ) .
5- DC به AC يا انيورتر ها( UPS) .
6- استاتيك سوئيچ ( كليد هاي استاتيك ) .
اصلاح كموتاسيون :
وظيفه تامين جريان ، از يك عنصر گرفته و به عنصر ديگر داده مي شود.
طبيعي : زماني كه تغيير حالت توسط منبع تغذيه صورت گيرد.
اجباري : توسط مدارات ديگر اين كار انجام مي شود .
هارموني : مولفه هاي با فركانس ها و دامنه هاي متفاوت از يك شكل موج موجود در مدار. در الكترونيك بايد دامنه هارموني ها دريك حد نگه داشته شود .
ديود هاي قدرت : تفاوت مهم بين آنها با ديودهاي معمولي:
1- ولتاژ معكوس ديودهاي قدرت بيشتر است .
2- جريان عبوري از ديود هاي قدرت بيشتر است .
3- ساختمان آنها با هم متفاوت است .
ديود هاي معمولي اغلب ديود هاي ميلي متري هستند.
ديود هاي قدرت در برخي از كاربرد ها مي توانند ژرمانيوم با شند.
مزيت هاي سيليسيم به ژرمانيم :
1- در طبيعت فراوان تر است . 2- فرايند ساخت آنها ارزان تر است .
3- قدرت تحمل حرارت زيادي را دارند . 4- آنها ولتاژ آستانه بالايي دارند حدود 7% .
ژرمانيوم :
1- حرارت زيادي نمي توانند تحمل كنند. 2- فرايند ساخت آن گران تر است.
مزيت G : ولتاژ آستانه هدايت بالايي دارد . حدود 2%
اگردرمحيط سري كار مي كنيم استفاده ازG تا افت ولتاژ دو سرآن مي باشد و بالعكس اگر درمحيط گرم كار مي كنيم S تا افت ولتاژ دو سرآن زياد باشد.
ساختار ديودها:
ديودهاي قدرت را سه لايه مي سازند_ ديودهاي Pin گذاشتن اين لايه باعث مي شود كه ولتاژ زياد شود ولي باعث مي شود كه ولتاژ آستانه هدايت هم زياد شود . براي رفع عيب ازپديده جرقه زني بهمني استفاده مي شود.
ديودهاي قدرت:
بررسي ديناميك خاموش شدن وروشن شدن ديودهاي قدرت در يك ديود ايده آل سريعا خاموش وروشن مي شود. در يك پديده ايده آل يا در صنعت .
زمان باز سازي : روي سرعت سوئيچينگ اثر مي گذارد .
ديود هاي قدرت همه كاره :
1- زمان بازسازي آنها بزرگ مي باشد . 25 ميلي ثانيه
2- براي جريان بين 1 تا چند هزار آمپر استفاده مي باشد .
ولتاژ معكوس بين 50 ولت تا 50 كيلو ولت در جوشكاري .
ديود هاي با بازسازي سريع :
1- زمان بازسازي 5 ميكروثانيه .
2- ولتاژ از 50 تا 3 كيلو ولت .
3- در چاپر و ديمرها استفاده مي شود.
ديود هاي خيلي سريع با شاتكه :
1- زمان بازسازي يا كليد زني بين 0.23 ميكرو ثانيه .
2- ولتاژ آن به 100 ولت محدود مي شود .
3- جريان نامي به يك تا 300 آمپر مي رسد .
4- در منابع تغذيه با جريان كم استفاده مي شود و از راندمان زيادي برخوردار است .
پارامترهاي اجرايي ديود :
پارامترهايي هستند كه در كاتالوگ وجود دارند .
پارامتر هايي هستند كه توسط شركت سازنده تعريف مي شوند .
اولين پارامتر، پارامترهاي ولتاژ :
انواع پارامترهاي ولتاژي مثل ولتاژ فوروارد VF: مقدار لحظه اي افت ولتاژ مستقيم .
ديود – بر حسب ساختار ديود متغير است . VRRM : حداكثر ولتاژ پيك معكوس تكراري . اين مقدار توسط پيونر و نوع بدنه مشخص مي شود .
VRSM : حداكثر ولتاژ يورشي معكوس .
VTO : اين ولتاژ همان ولتاژ آستانه مي باشد و بستگي به درجه حرارت دارد .
ولتاژ شكست : حداكثر ولتاژي كه كه در باياس معكوس قادر به تحمل آن است .
پارامترهاي حرارتي :
1- دماي اسكال ( TJ ) : حداكثر دماي پيوند PN است .
2- TSTG : ( محدوده دمايي مجاز براي انبار كردن )
3- TA : دمايي محيطي كه ديود در آن قرار دارد .
4- TC : ( دماي بدنه )
5- TS : دماي داغ ترين نقطه روي گرما گير .
دماي پيوند توسط سازندگان داده مي شود .
مقاومت هاي حرارتي :
1- مقاومت حرارتي بين پيوند و بدنه ( RTHJC ) و واحد ان درجه سانتي گراد بر وات است . OC/W
2- مقاومت حرارتي بين بدنه و رادياتور ( RTHCS) .
3- مقاومت حرارتي بين رادياتور و محيط ( RTHSA ) .
مولد معادل حرارتي :
Tj – Ta = PD(Rthjc + Rthcs + Rthsa)
نكته : با استفاده از رابطه هاي بالا مي توان رادياتور مناسب را انتخاب كرد .
پارامترهاي جرياني :
IFAV ( جريان اوريج فروارد ) : حداكثر جريان متوسط و مستقيم .
IFrms : حداكثر جريان مستقيم مناسب كه براي شكل موج متناوب استفاده مي شود.
IFrm : حداكثر جريان پيك تكرار شونده مستقيم .
IFsm : حداكثر جريان يورشي مستقيم غير تكرار شونده .
IRRm : حداكثر جريان معكوس يا نشتي .
I2. t : پارامتر I2. t معرف ميزان توان گرمايي ديود است . معمولا براي انتخاب فيوز I2. t فيوز از I2. t كمتر باشد تا به هنگام بروز عيب فيوز زودتر از ديود ذوب شود .
مشخصه هاي گرافيكي ديود :
از آنجايي كه ديود ها المان هاي غير خطي هستند عملكرد آنها توسط گراف هايي داده مي شود كه بر حسب مورد از ص 412 و ص 413 استفاده خواهد شد .
پارامتر هاي بازسازي :
1- زمان بازسازي معكوس : (TRR ) عبارت است از زماني كه جريان در طي تغيير وضعيت از هدايت مستقيم به حالت معكوس مي رود . TRR به دماي پيوند و جريان عبوري از ديود دارد .
2- (α ) ( بار باز سازي) : مقدار حاملين بار الكتريكي كه به دليل تغيير وضعيت در پيوند PN ذخيره مي شود . هر چه مقدار اين بار كمتر باشد سرعت سوئيچينگ بيشتر است .
در تمام پارامترهاي اجرايي كه بيان شد TJ اثر شديدي بر تمام پارامترها و گراف ها دارد .
1- تمرين : با مراجعه به كتاب الكترونيك صنعتي نوشته دكتر مذهبي يا سايت data sheet .com All مشخصه و پارامترهاي چند ديود قدرت را بيابيد .
2- نحوه انتخاب رادياتور براي المان هاي الكترونيك قدرت را از كتاب هاي Handbook الكترونيك ( كتاب مرجع برق براي تکنیسین و مهندسين نوشته آقاي واحديان ) و سايت Enterhab .hidsing .
ديود هاي سري و ديودهاي موازي :
سري كردن ديود ها به منظور اين است كه ولتاژ معكوسي كه ديود ها مي توانند تحمل كنند افزايش دهيم . مشكلي كه وجود دارد اين است كه مقاومت ديود ها يكي نيست و ولتاژ دو سر ( ولتاژ معكوس ) متفاوت است . اين مشكل را بايد با گذاشتن مقاومت ها با ديود موازي مي شود حل كنيم . هر ديود ولتاژ معكوس خودش را دارد . با هر ديود مقاومت موازي مي كنيم مقدار مقاومت يكسان مي شود . با اين ساختار تغييرات جريان نشتي ديود ها نيز بر طرف مي شود.
R 1C1 و R2 2C : در حالت مستقيم ولتاژ را گذرا بين ديود ها تقسيم مي كنند .
ديود هاي موازي :
براي زياد كردن جريان فروارد ( IF ) ديود ها را با هم موازي مي كنيم .
در اين مدار تقسيم جريان به درستي صورت نمي گيرد و براي حل اين مشكل مقاومت ها را سري مي كنيم تا تقسيم جريان را داشته باشيم و اگر جريان خيلي زياد باشد از سلف استفاده مي كنيم .
ص 423 تمرين فصل : پرسش هاي 1 ، 2، 3 ، 7، 8 ، 9، 11، 12، 13 ، 14، 1 ، 16، 17 ، 18، 19 .
ترانزيستورهاي قدرت :
1- BJT ها 2- MOSFET ها 3- IJBT ها .
طرز كار ترانزيستورهاي قدرت مانند ترانزيستورهاي معمولي است . فقط تمهيداتي انديشيده شده است كه سرعت كليد زني آنها افزايش پيدا كند . بعد از روشن شدن ولتاژ CE به ولتاژ CE اشباع خواهد شد . β اين ترانزيستورها مقدار زيادي نخواهد بود. به دليل وجود خازن هاي داخلي بين پيوند هاي PN ترانزيستور بلافاصله روشن نخواهد شد و لذا مانند ديود زمان هايي زمان صعود كه بستگي به ثابت زماني خازن داخلي ترانزيستور دارد محدود خواهد شد .
پارامترهاي اجرايي ترانزيستورها :
1- hfe (β) 2- ( sat) VCE 3- زمان وصل 4 – زمان قطع 5- زمان عبور(tc )
6- منطقه كار ايمن باياس مستقيم FBSOA .
در شرايط زمان وصل دماي متوسط پيوند موجب محدود كردن توانايي عبورجريان در ترانزيستور مي شود . سازندگان ترانزيستور معمولا FBSOA هاي مستقيمي را تحت شرايط آزمايشي مشخص ارائه مي كنند . مرزهاي اين منطقه محدوده هاي IC , VCE هستند . ترانزيستور نبايد تلف آن به گونه اي باشد كه از اين ناحيه بيرون قرار بگيرد . TJ تاثير زيادي بر اين ناحيه دارد .
ولتاژ هاي شكست :
ولتاژ هاي شكست به صورت حداكثر قدر مطلق ولتاژ بين دو ترمينال كه ترمينال سوم برحسب مورد باز يا اسكال كوتاه باشد . در جهت مستقيم يا معكوس تعريف مي شود . مثل ولتاژ EBO : يعني ولتاژ بين ترمينال E و ترمينال بين در حالي كه ترمينال كلكتور باز است .
كنترل تحريك بين :
ترانزيستور ها با تحريك بيس به صورت لحظه اي يا مداوم بر حسب مورد از مدار مورد استفاده قرار مي گيرند. تكنيك هاي معمول براي تحريك عبارتند از: كنترل وصل ، كنترل قطع ، كنتر شاسي و كنترل ضد اشباع .
مدار شكل زير يك مدار كنترل وصل ساده را نشان مي دهد.