عنوان :

مقاله  دیودهای قدرت

تعداد صفحات : ۲۱

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

در این مقاله درباره انواع دیودهای قدرت، اثرات زمان بازیابی معکوس و مستقیم، انواع تریستورها و محافظت از وسایل و مدارها مطرح می شود.

به خاطر پروسه بازریابی معکوس عناصر قدرت و عمل کلید زنی هنگام وجود اندوکتانس در مدار ، ولتاژهای گذرا در مدارهای مبدل رخ می دهند . حتی در مدارهایی که به دقت طراحی شده اند ، ممکن است شرایط خطای اتصال کوتاه وجود داشته باشد که منجر به عبور جریان خیلی زیاد از قطعات میگردد . گرمای تولیدی ناشی از تلفات در یک عنصر نیمه هادی باید به طور موثر و کار آمدی از بین رود تاقطعه در داخل محدوده گرمایی خود کار کند . کارکرد مطمئن یک مبدل نیازمند آن است که همواره با فراهم کردن محافظت در برابر ولتاژ زیاد ،جریان زیاد و گرمای زیاد خاطر جمع باشیم که شرایط مدار هیچگاه از مقدارهای مجاز فراتر نمی روند . در عمل عناصر قدرت در برابر ۱) گرمای زیاد به وسیله گرماگیرها  ۲) dvdt,di/dt زیاد به وسیله مدارهای اسنابر  ۳ ) سیگنالهای گذرای بازیابی معکوس ،  ۴ ) سیگنالهای گذرای سمت منبع و بار و  ۵ ) وضعیت خطا ناشی از فیوزها ، محافظت می شوند.

واژه های کلیدی: دیودهای قدرت، تریستورها، دیودهای شاتکی، فیوز

فهرست مطالب

انواع دیودهای قدرت    ۴
دیودهای همه منظوره    ۴
دیودهای بازیابی سریع    ۵
دیودهای شاتکی    ۵
اثرات زمان بازیابی معکوس و مستقیم    ۶
انواع تریستورها    ۷
تریستورهای کنترل فاز    ۸
تریستورهای کلیدزنی سریع    ۹
تریستورهای خاموش شونده با گیت    ۹
مزایای GTO نسبت به SCR     ۱۰
تریستورهای دو جهته یا تریاک    ۱۱
تریستورهای هدایت معکوس    ۱۲
ترانزیستورهای پیوند دو قطبی    ۱۳
MOSFET های قدرت    ۱۳
محافظت از وسایل و مدارها    ۱۴
خنک سازی و گرماگیر ها    ۱۵
حفاظت ولتاژ با دیودهای سلنیوم ومقاومتهای متغیر اکسید فلزی    ۱۸
حفاظت جریان    ۱۹
استفاده از فیوز    ۲۰

انواع دیودهای 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 .

۱-   دیودهای استاندارد یا همه منظوره

۲-    دیودهای بازیابی سریع

۳-    دیودهای شاتکی

دیودهای همه منظوره

دیودهای یکسو کننده همه منظوره زمان بازیابی معکوس نسبتاً زیادی دارند که در حدودs μ ۲۵ 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 ۱KHz ومبدلهای کموتاسیون خط )  .محدوده جریان این دیودها از کمتر از یک آمپر تا چند هزار آمپر و محدوده ولتاژ ۵۰v تا حدود ۵kv 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 ۳۰۰A و ۱۰۰۰V 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 ۵۰ v تا حدود ۳kv است .

برای محدوده ولتاژ بالای ۴۰۰v ،‌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 ۴۰۰ 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 ۵۰ns 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 ۱۰۰v محدود می شود . محدوده جریان کاری دیودهای شاتکی از ۱ تا ۳۰۰A 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

اهمیت این پارامترها را می توان از روی شکل توضیح داد . اگر کلید sw در لحظه  t=o بسته شود و به حد کافی بسته باقی بماند ، یک جریان حالت پایدار                از 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 .

این مشکل را اغلب می توان با اتصال یک سلف Ls محدود کننده   di /dt حل کرد .

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 ۹ دسته زیر تقسیم می شوند :

۱-   تریستورهای کنترل فاز ( SCR )

۲-    تریستورهای کلید زنی سریع ( SCR )

۳-   تریستورهای خاموش شونده با گیت (  GTO)

۴-   تریستورهای سه  قطبیدو جهته ( TRIAC )

۵-   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 ۵۰  تا ۱۰۰ 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 .

جهت دریافت و خرید متن کامل مقاله و تحقیق و پایان نامه مربوطه بر روی گزینه خرید انتهای هر تحقیق و پروژه کلیک نمائید و پس از وارد نمودن مشخصات خود به درگاه بانک متصل شده که از طریق کلیه کارت های عضو شتاب قادر به پرداخت می باشید و بلافاصله بعد از پرداخت آنلاین به صورت خودکار  لینک دنلود مقاله و پایان نامه مربوطه فعال گردیده که قادر به دنلود فایل کامل آن می باشد .