Polovodiče Polovodičové měniče



Podobné dokumenty
Polovodiče, polovodičové měniče

Manuální, technická a elektrozručnost

UNIPOLÁRNÍ TRANZISTOR

Komutace a) komutace diod b) komutace tyristor Druhy polovodi ových m Usm ova dav

Určeno studentům středního vzdělávání s maturitní zkouškou, druhý ročník, polovodiče

Osnova: 1. Speciální diody 2. Tranzistory 3. Operační zesilovače 4. Řízené usměrňovače

Měření elektrického proudu

TRANZISTORY TRANZISTORY. Bipolární tranzistory. Ing. M. Bešta

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

FYZIKA 2. ROČNÍK. Elektrický proud v kovech a polovodičích. Elektronová vodivost kovů. Ohmův zákon pro část elektrického obvodu

Polovodiče - s jedním PN přechodem (dvojpóly) Polovodič a PN přechod. VA charakteristika. Propustný x Závěrný směr.

Test. Kategorie M. 1 Laboratorní měřicí přístroj univerzální čítač (např. Tesla BM641) využijeme například k:

Polovodičové diody. Polovodičové součástky s PN přechodem

Polovodiče typu N a P

Obr. 1 Jednokvadrantový proudový regulátor otáček (dioda plní funkci ochrany tranzistoru proti zápornému napětí generovaného vinutím motoru)

VY_32_INOVACE_06_III./2._Vodivost polovodičů

Mnohem lepšá vlastnosti mç usměrňovač dvoucestnâ

ASYNCHRONNÍ STROJ. Trojfázové asynchronní stroje. n s = 60.f. Ing. M. Bešta

Zvyšování kvality výuky technických oborů

NÁHRADA ZASTARALÝCH ROTAČNÍCH A STATICKÝCH STŘÍDAČŮ

Test. Kategorie M. 1 Na obrázku je průběh napětí, sledovaný digitálním osciloskopem. Nalezněte v hodnotách na obrázku efektivní napětí signálu.

Model dvanáctipulzního usměrňovače

Měření základních vlastností OZ

Unipolární Tranzistory

Tranzistory bipolární

Výsledky zpracujte do tabulek a grafů; v pracovní oblasti si zvolte bod a v tomto bodě vypočítejte diferenciální odpor.

ZÁPADOČESKÁ UNIVERZITA V PLZNI FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA ELEKTROMECHANIKY A VÝKONOVÉ ELEKTRONIKY BAKALÁŘSKÁ PRÁCE

TRENDY V OBLASTI VÝKONOVÉ ELEKTRONIKY

Fyzikální praktikum Relaxační kmity

Obvodová ešení snižujícího m ni e

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava 16. ZÁKLADY LOGICKÉHO ŘÍZENÍ

VY_52_INOVACE_2NOV57. Autor: Mgr. Jakub Novák. Datum: Ročník: 9.

1. IMPULSNÍ NAPÁJECÍ ZDROJE A STABILIZÁTORY

Elektrická měření 4: 4/ Osciloskop (blokové schéma, činnost bloků, zobrazení průběhu na stínítku )

SEZNAM MATURITNÍCH OKRUHŮ STUDIJNÍHO OBORU MECHANIK INSTALATÉRSKÝCH A ELEKTROTECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ L/02 ŠKOLNÍ ROK 2015/2016 TŘÍDA 4ME

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

MS měření teploty 1. METODY MĚŘENÍ TEPLOTY: Nepřímá Přímá - Termoelektrické snímače - Odporové kovové snímače - Odporové polovodičové

1. POLOVODIČOVÁ DIODA 1N4148 JAKO USMĚRŇOVAČ

IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor speciální polovodičová struktura IGBT se používá jako spínací tranzistor nejdůležitější součástka výkonové

Sada 2 Klempířská technologie

REVO M-1PH Polovodičový spínací modul jednofázový jmenovitý proud 35 A a 40 A

Vítězslav Bártl. červen 2013

Elektrická polarizovaná drenáž EPD160R

Název projektu: EU peníze školám. Základní škola, Hradec Králové, M. Horákové 258

ŘADA KOMPAKTNÍCH INVERTORŮ J1000 DE EN

7. Stropní chlazení, Sálavé panely a pasy - 1. část

Polovodi e. Petr Ba ina. 16. ledna 2017

Inovace bakalářského studijního oboru Aplikovaná chemie. Reg. č.: CZ.1.07/2.2.00/

Rozdělení metod tlakového odporového svařování

Vítězslav Bártl. březen 2013

Osciloskopy. Osciloskop. Osciloskopem lze měřit

Číslicová technika 3 učební texty (SPŠ Zlín) str.: - 1 -

T E C H N I C K Ý P O P I S Z D R O J E BZP 2.1 T Signal Mont s.r.o. Kydlinovská 1300 H R A D E C K R Á L O V É

Zdroje pro vysokofrekvenční ohřevy

VLASTNOSTI POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK PRO VÝKONOVOU ELEKTRONIKU

48. Pro RC oscilátor na obrázku určete hodnotu R tak, aby kmitočet oscilací byl 200Hz

Technické podmínky a návod k použití detektoru GC20R

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY METODY POPISU ELEKTRICKÝCH SOUSTAV A JEJICH ŘEŠENÍ

Regulovaný vysokonapěťový zdroj 0 až 30 kv

CL232. Převodník RS232 na proudovou smyčku. S galvanickým oddělením, vysokou komunikační rychlostí a se zvýšenou odolností proti rušení

Popis zapojení a návod k osazení desky plošných spojů STN-DV2

Návrh rotujícího usměrňovače pro synchronní bezkroužkové generátory výkonů v jednotkách MVA část 1

PASIVNÍ SOUČÁSTKY. Ivo Malíř

1. LINEÁRNÍ APLIKACE OPERAČNÍCH ZESILOVAČŮ

ODBORNÝ VÝCVIK VE 3. TISÍCILETÍ MEII MĚŘENÍ ZÁKLADNÍCH EL. VELIČIN

doc. Ing. Martin Hynek, PhD. a kolektiv verze Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Technické lyceum - výběrové předměty

Simulátor EZS. Popis zapojení

LED svítidla - nové trendy ve světelných zdrojích

KLADENÍ VEDENÍ. VŠB TU Ostrava Fakulta elektrotechniky a informatiky Katedra obecné elektrotechniky

Deska zvukové signalizace DZS

SVAZ SKAUTŮ A SKAUTEK ČESKÉ REPUBLIKY Skautské oddíly Brno Tuřany. zájmové soboty

a činitel stabilizace p u

Elektrické. MP - Ampérmetr A U I R. Naměřená hodnota proudu 5 A znamená, že měřená veličina je 5 x větší než jednotka - A

Fototermika a fotovoltaika [1]

Řada 46 - Relé průmyslové miniaturní, 8-16 A

Obytná budova musí z hlediska elektrických rozvodů splňovat požadavky na:

č.v ELEKTRONICKÉ ZDROJE ŘADY EZ1-3x300VA (1x900VA) Zaváděcí list: ZL 16/92 Technické podmínky: TP SZd HK 1/91 SKP Použití:

A/D A D/A PŘEVODNÍKY

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Řada 55 - Relé průmyslové, 7-10 A

12 ASYNCHRONNÍ MOTOR S DVOJÍM NAPÁJENÍM

Výukové texty. pro předmět. Automatické řízení výrobní techniky (KKS/ARVT) na téma

ZÁKLADY POLOVODIČOVÉ TECHNIKY. Doc.Ing.Václav Vrána,CSc. 03/2008

Pulzní zdroj s vysokým výkonem v pulzu pracující v rozsahu nízkých frekvencí pro buzení plazmatu

TRANSOKRAFT TŘÍFÁZOVÝ STŘÍDAČ

Snímače tlaku a síly. Snímače síly

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Otázka č.4. Silnoproudé spínací polovodičové součástky tyristor, IGBT, GTO, triak struktury, vlastnosti, aplikace.

Prostorové regulátory s tříbodovým výstupem a jejich aplikace

ISŠT Mělník. Integrovaná střední škola technická Mělník, K učilišti 2566, Mělník Ing.František Moravec

13. Přednáška. Problematika ledových jevů na vodních tocích

Řada 39 MasterINTERFACE - Vazební člen 0, A

Katedra obecné elektrotechniky Fakulta elektrotechniky a informatiky, VŠB - TU Ostrava

Ėlektroakustika a televize. TV norma ... Petr Česák, studijní skupina 205

Popis invertoru. Řízení měniče - část 2

Přechodové děje při startování Plazmatronu

Výkonová elektronika. Martin Černík

Odpájecí stanice pro SMD. Kontrola teploty, digitální displej, antistatické provedení SP-HA800D

JUMO ctron 16/08/04 Kompaktní regulátor s časovačem a rampovou funkcí

Transkript:

Polovodiče Polovodičové měniče Ing. Tomáš Mlčák, Ph.D. Fakulta elektrotechniky a informatiky VŠB TUO Katedra elektrotechniky www.fei.vsb.cz/kat452 PEZ I

ELEKTRONIKA Podoblast elektrotechniky která využívá vedení elektrického proudu v polovodičích. (V minulosti též ve vakuu či plynech elektronky.) Polovodičové součástky umožnily revoluční miniaturizaci, zvýšení spolehlivosti a zlevnění elektronických přístrojů oproti elektronkám. Od 5tých let do současnosti, nejprve tranzistory a další diskrétní součástky, pak integrované obvody.

Polovodičové materiály křemík Si, germanium Ge a další (4mocné) vlastní vodivost a příměsová vodivost fosfor, arsen nebo antimon bór, hliník, gallium nebo indium 5 mocný donor např. As 3 mocný akceptor např. In čistý polovodič polovodič N polovodič P stále elektricky neutrální

PN přechod Chování PN přechodu polovodičové diody a) bez připojeného napájecího zdroje b) v závěrném směru c) v propustném směru Katoda elektrony do soustavy vždy přivádí. Anoda elektrony ze soustavy vždy odvádí.

Dioda Polovodičová součástka s jedním PN přechodem Usměrňovací dioda Zenerovy dioda Svítivá dioda (LED) Kapacitní dioda (varikap) a další

Křemíková usměrňovací dioda (plošná) Ztrátový výkon P f =U f *I f u větších výkonů nutno chladit Voltampérová charakteristika usměrňovací diody (vpravo propustný směr, vlevo závěrný směr)

Zenerova dioda pro stabilizaci napětí Ztrátový výkon P z =U z *I z Nesmí překročit max. dovolený ztrátový výkon P max Voltampérová charakteristika zenerovy diody (vpravo propustný směr, vlevo závěrný směr s patrným nedestruktivním průrazem při hodnotě Zenerova napětí U z )

Tranzistor součástka která může pracovat jako zesilovač nebo spínač bipolární - řízené proudem unipolární - řízené el. polem bez proudu (FET) třívrstvá součástka PNP NPN tranzistor s izolovaným hradlem MISFET, MOSFET tranzistor s hradlem odděleným PN přechodem JFET

Bipolární tranzistor

Bipolární tranzistor druhy zapojení h 21e I I C B i i C B se společným emitorem se společným kolektorem se společnou bází I E I B zátěž U 2 U nap. I C U BE zátěž U 2 I B U nap. I E zátěž U 2 U nap. U BE U BE Darlingtonovo zapojení

Charakteristiky bipolárního tranzistoru

Unipolární tranzistor

Spínací a zesilovací režim tranzistoru Tranzistory mohou pracovat ve: spínacím režimu buď plně zapnut, nebo plně rozepnut (otevřen / uzavřen) menší výkonové ztráty zesilovacím režimu částečně otevřen nebo uzavřen větší výkonové ztráty zesilovací režim spínací režim zátěž zátěž I C R B I B U CE U S Tranzistor jako spínač Průběhy v tranzistoru v zesilovacím a spínacím režimu

Tyristor čtyřvrstvá součástka PNPN nebo NPNP funguje jako spínač (se samodržením) nebo též řízená dioda Schematická značka tyristoru s označením elektrod, vedle analogie funkce tyristoru

Voltampérová charakteristika tyristoru

Triak pětivrstvá součástka podobně jako tyristor, ale obousměrný Schematická značka triaku s označením elektrod, vedle analogie funkce triaku

Integrované obvody Na jedné křemíkové destičce (čipu) je vytvořeno mnoho tranzistorů, diod a rezistorů, které tvoří určitý elektronický obvod. Menší, levnější a spolehlivější než obvody sestavené z jednotlivých diskrétních součástek. 4 3 1 2 1 Jednoduchý IO z konce 6. let -trojtranzistorový zesilovač (Tesla MAA125) Integrovaný obvod v patici Různé integrované obvody 1 - tranzistorové pouzdro 2 - DIL pouzdro 3 - SMD pouzdro 4 - pouzdro TO22

Planární technologie výroby polovodičových součástek Výroba NPN tranzistoru planární technologií

Polovodičové měniče Usměrňovače Elektrotechnika Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Rozdělení polovodičových usměrňovačů Podle charakteru výstupních veličin (dle použitých polovodičových ventilů) Neřízené (diodové) Řízené (tyristorové, tranzistorové)

Podle druhu napájecího zdroje (počtu fází): jednofázové (m=1), třifázové, (m=3) m-fázové ~ ~ ~ Jednofázové Třifázové

Podle zapojení měniče (uspořádání jeho výkonového obvodu) z hlediska tvaru proudu na vstupní straně (svorkách) bloku usměrňovače Jednocestné proud na vstupních svorkách je jednosměrný Dvoucestné proud na vstupních svorkách je obousměrný Podle zapojení zdroje a jednotlivých VPS Uzlové (všechny VPS a napěťové zdroje jsou jedním shodným pólem spojeny do uzlu Můstkové (vnější svorky stejné polarity jsou společné a výstupní, středy skupiny jsou vstupní)

Sestava polovodičového usměrňovače Napájecí zdroj m, U, I P Blok usměrňovače Jednokvadrantov ý U d, I d Zátěž (R,L.C,U i ) Vstupní, AC strana usměrňovače P 2 a 4 kvadrantový měnič Výstupní, DC strana usměrňovače m AC + DC - 1 kvadrantový měnič = jeden směr proudu a napětí Značka usměrňovače ve schématech (bloková) 2 kvadrantový měnič = jeden směr toku proudu, dvě polarity napětí nebo naopak méně obvyklé, umožňuje rekuperaci za určitých podmínek 4 kvadrantový měnič = libovolný (oba) směry toku proudů a polarity napětí, plně rekuperační měnič

Jednopulzní usměrňovač s odporovou zátěží. a) obvodové schéma zapojení b) náhradní schéma zapojení VPS, V V i d u v u v u u d U u R u d

Časové průběhy veličin jednopulzního usměrňovače s odporovou zátěží u u d u V U d 18 36 2 54 3.t 72 4 U d U av 1 2 U sin U 2 m d cos Um 2 U,45 U m

Jednopulsní usměrňovač s RC zátěží. a) Náhradní schéma zapojení b) Časové průběhy veličin V i v i R [] u d U u u v C i c R u d - u 1 i=i V i d =i R 1 15 2 25 3 35 4 45 5 [ms]

Jednopulsní neřízený usměrňovač s R, L zátěží. V L u v u L i d U u u d u R R

časové průběhy veličin L > L>> u u i d i d u L u d u d 2 3.t 4 2 3

Obvodové a náhradní schéma dvojpulsního uzlového usměrňovače Průběhy obvodových veličin dvojpulsního uzlového usměrňovače. V1 i v 1 u 1 u 1 u v 1 u 2 u 2 V2 u 1 u 2 R u v 2 u d V1 V 2 R i d i d u d i v1 i d i v2 2 u v 1.t U d I d 1 2 2 U d U sin m d U, 9 U, 45 U2

Trojpulzní usměrňovač a) schéma zapojení b) průběhy veličin V1 i v1 u d u 1 u v 1 V2 i v2 u 2 u 3 R u d u v 2 V3 u v 3 i v3 i d u 2 u 3 i d u 1 2 U d 5 6 3 U sin 3 6 2 2 2 17 6 d U 1, U,

Šestipulzní uzlové zapojení a) Obvodové schéma b) Náhradní schéma U 1,2,3 u 1 3 Dz2 D Z U 4,5,6 u 2 u 3 R u 4 u d R u 5 u 6 i d

u 1 u 6 u d i d 2 c) Průběhy veličin 3 2 3 779 1 35 2 3 2 3 2 2 6 / / d U S, U, U U d sin U U

Dvopulzní můstkové zapojení a) Obvodové schéma b) Náhradní schéma U u i 1 i 1 V3 V1 V3,4 2 V1,2 V4 V2 V3 R i d R i d u d u d

c) Průběhy veličin u 1 u 2 u d i d U d I d i v1 i v2 2.t u v 1 U d 1 2 2 2 U sin d U, 9 U

Šestipulzní můstkové zapojení a) Obvodové schéma b) Náhradní schéma U 1,2,3 u 1 u 2 u 3 V4 V1 V4,5,6 3 V1,2,3 V5 V2 V6 V3 i d R i d R u d u d

c) Průběhy veličin 3 2 3 34 2 1 35 2 3 2 2 6 / / U, U, U d sin U U f S S S d u 12 2 u 23 u 31 u d i d

Polovodičové řízené usměrňovače Podle použitých polovodičových součástek dělíme usměrňovače na: plně řízené, (všechny řízenými PVS jsou řízené, např. tyristory), polořízené, (řízené i neřízené PVS např. diody a tyristory). Podle možných pracovních stavů dělíme usměrňovače na: jednokvadrantové, dvoukvadrantové (s reverzací napětí) čtyřkvadrantové, (s s reverzací proudu i napětí) Změny výstupního napětí u řízených usměrňovačů lze docílit: fázovým řízením. (nejčastěji). pulzním řízením (vypínatelné VPS např. tranzistory).

Jednopulsní řízený usměrňovač s odporovou zátěží. a) schéma zapojení, i u v i d u u d R

b) průběh obvodových veličin pro, pro o. 1 6 2 12 o u u u d u v u v i d i d u G 2.t

pro nulový úhel řízení 2 U dav U, pro obecný úhel řízení U dav 1 2 2 U sin t d t 2 U 1 cos U 2 dav 1 cos 2.

Dvojpulsní usměrňovač v uzlovém zapojení T1 1 i v1 u v 1 u 1 U 1 u 2 T2 2 i v2 R u d i d u v 2

u 1 u 2 u u d U d u v1 u v u v2 i d u G 1 2 2.t

Polovodičové měniče Střídače Pulzní měniče Střídavé měniče napětí Elektrotechnika Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství

Pulzní měniče, střídače, spínané zdroje Základem je vypínací polovodičový prvek (IGBT tranzistor, MosFET, event. bipolární tranzistor) Prvky pracují ve spínacím režimu (2 stavy sepnuto / vypnuto) Velikost výstupního napětí se řídí změnou střídy tj. poměrem doby sepnutí k době vypnutí Výhoda = vysoká účinnost přeměny energie, rychlé, levné, univerzální, dobře řiditelné Nevýhoda = rychlé spínací jevy mohou být zdrojem nežádoucího rušení problémy s EMC, až na výjimky nízká odolnost vůči přepětí a zkratu

Střídavý měnič napětí (soft startér) Využití: Stmívače, regulace výkonu topení, rozběh AM (softstartér)

Pulzní měnič pro snižování napětí Využití: Spínané zdroje, regulace otáček SSM, brzdné jednotky k měničům (chopper)

Frekvenční měnič Měniče kmitočtu Využítí tam, kde je potřeba střídavého napětí o proměnné frekvenci nebo jiné než síťový kmitočet přímé (cyklokonvertory) konverze AC / AC velké výkony nepřímé (tranzistorové střídače) konverze DC / AC 4 V 5 Hz 4 V 2 Hz Struktura nepřímého měniče kmitočtu

Frekvenční měnič Schéma 3 fázového frekvenčního měniče se vstupním usměrňovačem Využití zejména jako zdroj třífázového střídavého napětí s proměným kmitočtem a velikostí pro napájení střídavých motorů Další využití laboratorní zdroje, audio zesilovače, atd.