Bài giảng công suất điện tử - Chương 3: Công suất bán dẫn

3.1 Giới thiệu

Các bóng bán dẫn có dải điện áp và dòng điện cao được hiểu là các bóng bán dẫn

công suất. Một bóng bán dẫn là một dụng cụ ba lớp bán dẫn PNP hay NPN với hai

chỗ nối. Các bóng bán dẫn có hai loại cơ bản :Khuyếc đại và chuyển mạch . Trong

các điện tử công suất chủ yếu là hiệu qủa điều khiển côngsuất, với các bóng bán dẫn

là hoạt động ổn định như một chuyển mạch. Chúng chủ yếu được dùng trong mạch

băm và các ứng dụng biến đổi điện ( inverter).

Các diot là các chuyển mạch không có khả năng điều khiển chỉ có hai đầu cực. Chúng

chỉ đáp ứng để chuyển mạch điện áp qua chúng. Các bóng bán dẫn hơn thế nữa có ba

đầu cực. Hai đầu cực làm việc như các công tắc chuyển mạch, trong lúc đầu cực thứ

ba được dùng để vặn chuyển mạch đóng và mở. Như vậy mạch điều khiển có thể độc

lập với mạch điện được điều khiển.

Hai loại bán dẫn công suất được dùng rộng rãi trong các mạch điện tử công suất :

Bóng bán dẫn hai cực (BJT) vàchất bán dẫn ô xít kim loại trường tác dụng bóng bán

dẫn (MOSFET). MOSFET và BJT công suất vẫn còn phát triển là dụng cụ được chọn

trong các ứng dụng điện tử công suất.

Tốc độ chuyển mạch của một BJT nhiều thời gian trễ hơn một MOSFET cùng kích cỡ

và hiệu suất. Một BJT là một dụng cụ điều khiển mạch điện , và yêu cầu một dòng

điện cơ bản lớn để giữ dụng cụ trong trạng thái mở. Thêm vào đó, để đạt được việc

đóng nhanh, yêu cầu một dòng điện căn bản ngược cao hơn. Những hạn chế này của

MOSFET làm cơ sở thiết kế mạch điện hoàn thiện hơn và vì vậy mắc hơn. Mặt khác,

các MOSFET công suất là các dụng cụ điều khiển điện áp. Chúng được ưa chuộng

40

hơn với BJT trong các ứng dụng tần số cao nơi chuyển mạch tổn hao công suất

chuyển mạch là quan trọng. Tuy nhiên, điện áp trạng thái mở rơi trên MOSFET công

suất là cao hơn của một BJT cùng kích cỡ và công suất. Vì vậy, trong các ứng dụng

điện áp cao nơi tổn hao trạng thái mở là tối thiểu, một BJT được ưa chuộng nơi tiêu

phí thực hiện làm nghèo tần số cao.

Sáng kiến cổng cách điện bóng bán dẫn hai cực (IGBT) đã phần nào khắc phục các

hạn chế của các BJTs và MOSFETs . Các IGBTs cung cấp khả năng điện áp cao, tổn

hao trạng thái mở thấp, mạch điện đơn giản, tốc độ chuyển mạch nhanh. IGBTs vì

vậy trở thành chọn lựa lý tưởng cho các ứng dụng điện áp cao, tổn thất dẫn điện phải

thấp.