Güç Elektroniği - Kocaeli Üniversitesi Do.dr.Nurettin Abut Ders Notları.

Dr.N. Abut KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

GÜÇ ELEKTRONİĞİ

GENEL KAPSAM

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Doç. Dr. Nurettin ABUT Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

Elektrik Mühendisliği Bölümü

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Doç. Dr. N. ABUT

1 eemdersnotlari.com

GÜÇ ELEKTRONİĞİ-1

Bu Kitap C2 T1 D1

R4

D2 C3

RY

+

VS 

L1=10mH

+ 

R2=12,5

35W DGA girişi 45 30V 10V 4W R5 20KHz 100

C1=0,33 100V Tr1 2N6292 50

GTO L2 5mH R3 15W0V

(b)

Doç.Dr.Nurettin ABUT Kocaeli Üniersitesi Mühendislik Fakültesi 2002

eemdersnotlari.com

REFERANS ALINARAK DERS ANLATILMAKTADIR Genel Konularda

Referanslarda Verilen Diğer Kaynaklardadan da Yararlanılabilir. 2



GENEL KAPSAM

İÇİNDEKİLER YARARLI EK HATIRLATMALAR Ek – A ÜÇ FAZLI SİSTEMLER Ek – D FOURIER ANALİZİ VE DENKLEMLERİ Ek – B DEVRELER

MAGNETİK

(ELEKTRİK- ELEKTRONİK PROBLEMLERİ İÇİN)

Ek – C DA GEÇİCİ DURUM ANALİZİ LAPLACE

Ek – E

YARDIMCI FORMÜLLER

(ve REFERANS

KAYNAKLAR

DÖNÜŞÜMLERİ) 3 eemdersnotlari.com



GENEL KAPSAM

Güç elektroniği yarıiletken devreler,  Anahtarlama anında ve güç dönüşümünde oluşan kayıpları azaltırlar.  Çok kısa sürede anahtarlama yaparlar.  Açma-kapama anlarında harmonik bileşenler oluştururlar.  Bu olumsuz etkileri yok etmek veya en aza indirmek gerektiğinden, harmonik önleme düzenekleriyle birlikte karmaşık yapıda olmasına neden olur. 4 eemdersnotlari.com



GENEL KAPSAM

Genel olarak güç yarıiletken elemanları; Doğrultucu

diyotları, Güç tranzistörleri Güç MOSFET'leri ( Tristörler veya SCRs Şeklinde sınıflandırılabilir. eemdersnotlari.com

5



DA 2

DA

GENEL KAPSAM

1

AA 4

3

AA

Şekil 1.1. Güç Elektroniğinde enerji dönüştürme şekilleri 6 eemdersnotlari.com



GENEL KAPSAM

Güç

elektroniği gelişmesinden önce, güç denetimi klasik yöntemler kullanılmasına karşılık, yarıiletken teknolojisinin gelişmesiyle yerini, güç elektroniği elemanlı devrelere bırakmıştır. Başlangıçta açma-kapama olarak tasarlanan güç kumandası, sonraları hem açma-kapama ve hem de denetim amaçlı olarak geliştirilen yöntemler genel olarak sınıflandırılacak olursa; 7

eemdersnotlari.com



     

GENEL KAPSAM

Elle (Manual) kumanda Gaz tüpleriyle (Lambalar) kumanda: Dirençle kumanda: Değişken reaktansla kumanda: Oto transformotorları ile kumanda: Döner makinalarla kumanda: i1  i2 B i

l

+ v1 N1

[weber/m2 ] 

Bdoy

-

r N

+ N2

v2 -

Br -Hc

A H azalıyor

H artıyor Başlangıç (B=0)

1 =+S 1 H [A-tur]

(a) -Bdoy

(b)

Şekil B1.(a)Magnetik halka çekirdek, (b)teorik B-H mıknatıslama özeğrisi eemdersnotlari.com

8 Şekil B5 Tek fazlı bir ototransformotoru



GENEL KAPSAM

 Elle

(Manual) kumanda  Gaz tüpleriyle (Lambalar) kumanda:  Dirençle kumanda:  Değişken reaktansla kumanda:  Oto transformotorları ile kumanda:  Döner makinalarla kumanda:




GENEL KAPSAM

Yarıiletken elemanlarla kumanda: Bu elemanlar;  Diyotlar,  Tristörler,  Güç tranzistörleri ve  Güç MOSFET'leri

olarak güç elektroniğinin temel yarıiletken devre elemanlarını oluştururlar. Yarıiletken (Diyot, SCR, Triyak, IGBT, MOSFET, GTO, LASCR, MCT) görünüşü eemdersnotlari.com

10



GENEL KAPSAM

Yarıiletken elemanlarla

kumanda




GENEL KAPSAM

1.2. ELEKTRONİK ANAHTARLAMA İLE GÜÇ DENETİMİ

+Vcc

Güç denetiminde, bu yöntemlerin kullanımı artık hemen hemen tarihe Tr karışmak üzeredir. Günümüz +Vbe teknolojisinde güç denetiminin;  Elemanlarının küçük boyutta olması,  Ömürlerinin uzun olması, F  Otomasyonda bilgisayar denetimine imkan tanıması gibi birçok avantajlarından dolayı elektronik devrelerle yapılması tercih edilmektedir. eemdersnotlari.com

+VA SCR VG

12



GENEL KAPSAM

Faz denetimi:  Faz denetim devreleri, genelde bir tristör ve bir doğrultucu ünitesinden oluşmakta ve tek fazlı bir yükü hem DA ve hem de AA olarak besleyebilir. R YAA +



A AYükün denetimi

v YAA vS

SCR G v SCR

iG

iSCR

K eemdersnotlari.com

13



GENEL KAPSAM

Faz denetimi: DA Yükün denetimi

+



vS

iSCR

RYDA vYDA A SCR G vSCR iG

K 14 eemdersnotlari.com



GENEL KAPSAM

Tetikleme

kumanda darbeleri (pulses) olmadan tristör iletime geçmez. Tristörün tam peryotta iletime geçmesi için her pozitif yarı peryot başında tetiklenmesi gerekir. 15

eemdersnotlari.com


GÜÇ ELEKTRONİĞİ vs Vm 0

GENEL KAPSAM vs Vm

/3 

2

3

t

-Vm vDA Vm

0

 /3 

2

3

t

-Vm vDA Vm

Şekil 1.2.(a) da bir RY yükünün AA ile besleme, (b) de DA ile ve tek tristör kullanılarak, beslenmesi

0

/3 

2

3

t

0

VG

VG

0

0

iSCR iY Im 0

/3

/3



2

3

t



2

3

t

3

t

0

/3



2

3

t

vSCR Vm 0

/3



/3



2

3

t

3

t

sırasında tristörün 60° de tetiklenmesi sonucu tristör ve yük akım-gerilimlerinin

değişimleri görülmektedir.

vYDA Vm

vYAA Vm 0

2

iSCR =iY Im

vSCR Vm 0

/3 

/3



-Vm eemdersnotlari.com

2 (a)

3

t

0

2 (b)

16



     

GENEL KAPSAM

Elle (Manual) kumanda Gaz tüpleriyle (Lambalar) kumanda: Dirençle kumanda: Değişken reaktansla kumanda: Oto transformotorları ile kumanda: Döner makinalarla kumanda:

 Sıfır

gerilim anahtarı ile denetim:




GENEL KAPSAM

vY Vm

12

(a)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

vY Vm

12

12

1

t

12

1

t

12

1

t

(b)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

vY Vm 12

11

11 (c)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Şekil 1.3.Sıfır gerilim anahtarı (a) Tam yük, (b) Yarım yük, (c) Yükü düşük oranda besleme durumunda gerilim değişimleri. 18

eemdersnotlari.com


GENEL KAPSAM


vY Vm

12

(a)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

vY Vm

12

12

1

t

12

1

t

12

1

t

(b)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

vY Vm

12

11

11

(c)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

Şekil 1.3.Sıfır gerilim anahtarı (a) Tam yük, (b) Yarım yük, (c) Yükü düşük oranda 19 besleme durumunda gerilim değişimleri. eemdersnotlari.com



GENEL KAPSAM

Tr1 T2

T1 +

vS

-

+

Filtre Devresi

 1:1

RY

1:16 Tr2

Şekil 1.4.Tek fazlı evirici için prensip devre 20 eemdersnotlari.com



GENEL KAPSAM

v (t) Vm

0

/3



2

3

4

t

/3



2

3

4

t

v (t) Vm

0 v (t) Vm

0



2

3

4

t

-Vm

Şekil 1.5.Elektronik güç denetimi devreleri çıkış eğrileri değişimi (a)Faz denetimi, (b)Sıfır gerilim anahtarı, (c)Evirici. eemdersnotlari.com

21



GENEL KAPSAM


Güç Elektroniği WÜ† aâÜxàà|Ç TUhg

Teşekkürler!! gx~ÜtÜ z≠Ü≤áÅx~ ≤éxÜx g{tÇ~ çÉâ yÉÜ |ÇàxÜxáà tÇw tààxÇà|ÉÇ




GENEL KAPSAM

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Doç. Dr. Nurettin ABUT Kocaeli Üniversitesi Mühendislik Fakültesi

Elektrik Mühendisliği Bölümü

GÜÇ ELEKTRONİĞİ Doç. Dr. N. ABUT




YARIİLETKENLER

BÖLÜM-2 YARIİLETKEN DEVRE ELEMANLARI

2.1.YARIİLETKEN Jn=ATe-B/T A/cm2

(2.1)

A:Katot malzemesine bağlı bir katsayı, T: Katot yüzeyinin mutlak sıcaklığı K, B=e.W/K şeklinde malzemeye bağlı bir ısıl katsayı olup e=1,6x10-19 C olarak elektronun yükü, W=1…6 [eV] değeri arasında çıkış enerjisi, K=1,38x10-23 Joule/K olarak Boltzmann sabitidir.




YARIİLETKENLER

YARIİLETKEN DEVRE ELEMANLARI 2.1.YARIİLETKEN

foto elektronik emisyon Wp=hf=hc/

Joule

(2.2)

Wp:Bir fotonun taşıdığı enerji, h: 6,62x10-34 Joule.s olarak Planc sabiti, f:Elektro magnetik dalganın frekansı Hz, :Dalga boyu m, c: 3x108 m/s  olarak ışık hızıdır.




Kovalent bağlar

YARIİLETKENLER

Şekil 2.1.Bir yarıiletken malzemede valans elektronları. Valans elektronları

Silisyum iyonları (Si 4+)




Kovalent bağlar

YARIİLETKENLER

Serbest Kırılan elektron kovalent bağ

Oyuk

Şekil 2.2. Bir silisyum kristalinde bozulan kovalent bağ ve serbest elektron Valans elektronları

Silisyum iyonları (Si 4+)




YARIİLETKENLER

Kovalent bağı bozulmuş iyonlar

(a)

1

2

3

4 5

6

7

8

Kovalent bağlı iyonlar

9 10 11 12

(b) (c) (d) Şekil 2.3.Bir silisyum kristalinde oyukların hareketi 6

eemdersnotlari.com



Serbest elektron

YARIİLETKENLER

Kovalent bağlar

Şekil 2.4. İçine antimon konmuş bir silisyum kristali Valans elektronları

Silisyum iyonları (Si 4+) Antimon iyonu 5+ 7 eemdersnotlari.com


DİYOT


Negatif (alan) iyon

eklem

Pozitif (veren) iyon

ξ

xp

xn

uyb

0 p oyuk

(a)

n elektron

(c)

V volt

Şekil 2.5. p-n eklem diyotu (a)pn eklemi yapısı, (c)iletime. 8 eemdersnotlari.com

x



A

K

A

K

Şekil 2.5. p-n eklem diyotu (d)iletime, (d)kesime kutuplanması. Metal tabakalar

(b)

p IA

DİYOT

p

n V

(d)

(e)

n V

IS 9

eemdersnotlari.com



DİYOT

Yayılım oyuk-akım yoğunluğu Jp;

dp Jp  e  Dp dt

A / m  2

(2.4)

şeklinde tanımlanabilir. Burada; Dp:oyuklar (elektronlar için Dn) için difüzyon sabiti m2/s dır. Toplam oyuk akımı veya difüzyon akımı;




DİYOT

Toplam oyuk akımı veya difüzyon akımı;

dp Jp  e   p  p    e  Dp dt

A / m  2

(2.5)

dır. Burada; p: oyuk hareket kabiliyeti cm2/Vs Genel anlamda bir iyonun hareket kabiliyeti olan ; v, hız cm/s ve , elektriksel alan V/cm olmak üzere 1 [V/cm]’lik bir elektriksel alanda, bu iyonun kazanabildiği =v/ hızıdır.




DİYOT

Toplam elektron akımı ise;

dp Jp  e   p  p    e  Dp dt

A / m  2

(2.6)

olur. Burada; n: elektron hareket kabiliyeti cm2/Vs dır. (Silisyum eklemi için 300 K de 1500 cm2/Vs, germanyum için ise yaklaşık 3900 cm2/Vs değerindedir). Her zaman, np dır. Eklem bölgesinde, yük akışının ters yönünde, Şekil 2.5.(c) de görüldüğü gibi;

K  TJ  N A  N D  V  ln   2 e n i  

[V ]

(2.7)

ile tanımlanabilen ve uzay yükü bölgesi potansiyeli de denen bir gerilim oluşur ve bir akım akar. 12 eemdersnotlari.com



DİYOT

T2

+i A  mA

+iA  A

T1

vA -VZ

0 +vA  V

-vA

0

+v A  V

sıcaklıklardan T1 T2

+iA

(a)

Is

T2 T1

-iA   A

(b) 13

eemdersnotlari.com



Katot uçları

DİYOT

VRRM Renk kodu

Katot uçları Katot uçları

(a)

(b)

(c)

(d)

(e)

(f)

(g)

14

Şekil 2.7.Çeşitli diyotların fiziksel görünüm ve bağlantı uç durumları. eemdersnotlari.com



DİYOT ve soğutucu profili




DİYOT

•Diyot Denklemi; diyot iletime teorik olarak;



V A / V

I A  IS e



1

[ A]

kutuplandığında, (2.10)

şeklinde bir akım akar. Burada; IS, diyot tıkama doyma akımı A, V:Diyotun iletime girmesini sağlayacak eşik gerilimi V, : Yarıiletken malzemeye bağlı bir sabit (Silisyum için normal akımda 2 alınabilir) tir.

•

Diyot IA akımı, yaklaşık; V A / V

I A  IS  e

[ A]

(2.11)

şeklinde değişir. VA>V ise, IA > 0 olur. eemdersnotlari.com

16



DİYOT Eşdeğer devresi

A + i A  mA

+ -

4

-vZ

2

- 0,2

0,2 0,4 0,6

1 A

1/R f e ğimli öze ğri K A+ 0,8 + v A  V

(b)

IS

-iA   A

1/R r e ğimli öze ğri

IA VA

(a)

K–

Rf + V -

Rf

(c)

Şekil 2.9. (a)Uygulamada bir diyodun özeğrisi, (b)Diyot iletim eşdeğer devresi (iletim bölgesindeki 1/Rf eğimli doğru), (c)uyb kaçak akımları göz önüne alınarak oluşturulan kesim eşdeğer devresi (kesim bölgesinde 1/Rr eğimli doğru ile ideale yakın diyot olarak lineer eşdeğer özeğrisi). 17 eemdersnotlari.com




R

+iA  mA R IA

VS/R

IAQ

ix Q

VS

VA (a)

VS (b)

0

VAQ

Elektrik devresi

Vx (c)

VS +vA  V

Şekil 2.10.(a)Diyot devresi, (b)yük doğrusu, (c)herhangi bir devre eleman eşdeğeri. 18 eemdersnotlari.com




+iA  mA

+iA  mA VS/R1

VS4/R VS3/R VS2/R

VS/R2

VS1/R

0

(a)

R1 R2 R3 R4

Q4

VS/R3

Q1 Q2

Q3 Q2

VS/R4

Q3 Q4

Q1

VS1 VS2 VS3 VS4 .+vA  V 0

(b)

VS

+vA  V

Şekil 2.11.(a)R sabit VS değişken, (b)VS sabit R değişken, konumu için diyot yük eğrileri

19

eemdersnotlari.com



GENEL KAPSAM


Güç Elektroniği WÜA aâÜxàà|Ç TUhg

Teşekkürler!! 21 eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

2.3.ÖZEL DİYOTLAR 2.3.1. Zener Diyot Zener diyotlar kesime kutuplamada özel bir davranış gösterirler. Zener, sabit devrilme gerilimine sahip bir diyottur. İletim özeğrisi normal diyot gibi olup, kesim özeğrisi ise VZ=VA geriliminde sabit kalıyor kabul edilir. Bu özelliğinden faydalanılarak sabit bir gerilim elde etmede veya gerilim ayarlayıcılarında (regülatörlerinde) kullanılırlar. eemdersnotlari.com


+iA  mA K -10V

VZ = -5V

vA  V

T1'de T2'de

T1  T2

0+ IZK

A (a)

T1'de

T1'de

(b)

Şekil 2.15.Zener diyot (a)sembolleri ve (b)T1 ve T2 özeğrilerindeki farkları. eemdersnotlari.com

sıcaklıklarında


K +

VZ

VA

IZ

A

+

K + RZ (dinamik) (a) A

Şekil 2.16.(a)Zener + IS diyot eşdeğer devresi, (b)küçük VS sinyal eşdeğer devre modeli, (c)ayar devresi eemdersnotlari.com

rz (statik)

(b)

RZ DZ (c)

IZ

IY RY

CT

+ VO -


•Zener

diyotlar gerilim sınırlama yaparken sürekli görev yapabilmeleri ve aşırı akımlardan zarar görmemeleri için kullanıldıkları yerlerde;

•Ters kutuplamalı, •Zener

geriliminden (üretici değeri) daha düşük gerilim uygulanmamalı ve

•Bir

seri

dirençle akım sınırlaması yapılacak

şekilde devreye bağlanmalıdır. eemdersnotlari.com


IS +

+

RZ IZ

R1

RY

IY -

6V 400 mW D C DZ

eemdersnotlari.com

+ -

+

(b)

2,2 K

DZ

(a)

VS

100K

10…30 V

RZ

1 741 6 2 4 R2

-

7

R3 + VO  8 V -

(c) RY

Şekil 2.17 Zener diyot a)Gerilim standardı, b)Yarım dalga doğrultucu ayarı, c)Pratik bir gerilim ayarlama uygulama devresi.


2.3.2. Tayrektör (Thyrector) •Aard arda ters seri bağlı iki zener diyodu gibi çalışır. Geçici ve ani yükselen gerilimleri önlemede kullanılan bir diyottur. Her iki yönlü kutuplamalı bağlantıda da aynı davranışları gösterir. Diyotlardan biri her zaman açık, yani iletime kutuplanmış görünür. Bu anda diğer diyot aynı bir zener özeğrisi gösterir. eemdersnotlari.com


IA   A

T1 -VD

0

VD

VA  V

T2 (a)

(b)

Şekil 2.18.Thyrector a)sembolü ve b)iletim özeğrisi. eemdersnotlari.com


2.3.3 . SCHOTTKY (Barrier=Engel) Diyodu •Schottky engel diyodunda eklem bölgesi metal yarıiletken devreden oluşur. Sonuçta yarıiletken veya omik özellik gösterir. İki tabakası arasındaki yük taşıyıcı yoğunluğu farkından dolayı, engelde bir potansiyel oluşur. Az katkılı silisyum (veya galyum arsenit) kullanıldığında, bu alüminyum-silisyum ekleme Schottky diyot denir. Silisyum bir diyotla schottky diyot özeğrisi karşılaştırılırsa özeğriler arasında belirgin iki fark vardır. eemdersnotlari.com


Schottky barier diyot

A

bariyer n tipi silisyum çift n+ katkılı

+iA  mA

Silisyum diyot

K (a)

(b)

Silisyum diyot

Schottky barier diyot

Is (c)

V sc V si +vA V

Şekil 2.19.(a)Schottky diyot sembolü, (b)yarıiletken tabakaları, (c)Schottky ve silisyum diyot özeğrisi, eemdersnotlari.com


•Çoğunluk elektronlar metale engel üzerinden aktarılarak metaldeki diğer elektronlardan daha fazla enerjiye sahip olmaları termal dengeyi sağlar. Bu aktarılan elektronlar, sıcak elektron diye adlandırılır. Bazı uygulamalarda schottky diyota sıcak elektron diyodu da denmektedir.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ SMX Tipi Şotki diyotlarda kodlama

S S x b yy Ters gerilim 9 = 90V 10 = 100V TO-220AC

SMX Paketi 1 = SMA (DO-214AC) 2 = SMB (DO-214AA) 3 = SMC (DO-214AB)

SMA

SMB

eemdersnotlari.com

Engel Yüksekliği • “Boş” = Standard • H = Yüksek

SMC

Yüzeysel tip Schottky Engel Diyodu

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ TO-220 & TO-3P Tipi

Şotki diyotlarda kodlama

MBR C xx b yy PP Paket Tipi • “boş” = tek TO-220AC, ITO-220AC or TO-263AB • CT = Merkez uçlu TO-220AB, ITO-220AB or TO-263AB • PT = Merkez uçlu TO-247AD Ters Gerilim (V) Engel Yüksekliği • “Boş” = Standard • H = Yüksek Iletim Akımı (A) Paket Sınıfı • “Boş” = Standard • B = Yüzey tipli TO-263AB • F = Yalıtılmış TO-220

TO-220AC

TO-220AB

TO-247AD

TO-263

Orta (Medium) Eklem (Barrier) Şotki Diyot eemdersnotlari.com


100V Schottky Uygulamaları 

Yüksek frekanslı güç kaynakları



Serbest geçiğ diyotları görevi



Kutuplama koruması



Akü-Pil doldurma düzenleri



Gözlem devreleri



AA/DA dönüştürücüler (Doğrultucular)



DA/DA dönüştürücüler (DA ayarlayıcılar)

eemdersnotlari.com


+iA  A

A

30 -

metal bariyer

SiO2

uy bölgesi n tipi silisyum tabaka

100

10

V 0,9

+vA  V

0

- 0,01 -0,1

0,5

-1 0.7

-10 (b)

0,5

-100

-iA  mA

Şekil 2.20.(a) schottky diyot yarıiletken tabakaları, (b) Schottky ve pn diyot özeğrileri eemdersnotlari.com

0,7 0,9

n bölgesi akımı

10 -

K (a)

0,5

20 -

SiO2

+

çift n katkılı silisyum tabaka

V

1,0

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Seçim Tablosu IF(AV) (A) 1.5 2.0

10

20

Device Eleman SS29 - SS210 SB2H90 - SB2H100 MBR1090 - MBR10100 MBRF1090 - MBRF10100 MBRB1090 - MBRB10100 MBR10H90 - MBR10H100 MBRF10H90 - MBRF10H100 MBRB10H90 - MBRB10H100 MBR10H90CT - MBR10H100CT MBRF10H90CT - MBRF10H100CT MBRB10H90CT - MBRB10H100CT MBR2090CT - MBR20100CT MBRF2090CT - MBRF20100CT MBRB2090CT - MBRB20100CT MBR20H90CT - MBR20H100CT MBRF20H90CT - MBRF20H100CT MBRB20H90CT - MBRB20H100CT

eemdersnotlari.com

V(BR) Range Max VF @ IF (V) (V) (A) DO-214AA (SMB) 90 - 100 0.75 1.0 DO-204AC 90 - 100 0.85 2.0 TO-220AC 90 - 100 0.80 10 ITO-220AC 90 - 100 0.80 10 TO-263AB 90 - 100 0.80 10 TO-220AC 90 - 100 0.77 10 ITO-220AC 90 - 100 0.77 10 TO-263AB 90 - 100 0.77 10 TO-220AB 90 - 100 0.76 5 ITO-220AB 90 - 100 0.76 5 TO-263AB 90 - 100 0.76 5 TO-220AB 90 - 100 0.95 20 ITO-220AB 90 - 100 0.95 20 TO-263AB 90 - 100 0.95 20 TO-220AB 90 - 100 0.88 20 ITO-220AB 90 - 100 0.88 20 TO-263AB 90 - 100 0.88 20 Package Paketi

TJ Max (°C) 115 150 150 150 150 175 175 175 150 150 150 150 150 150 175 175 175


2.3.4. DIAC •Seri ters bağlı iki diyot gibi çalışır. Thyrector'den farklı olarak zener içermez. Bu diyotlarda büyük akımlardan dolayı oluşan yüksek sıcaklık, düşük devrilme gerilimlerine sebep olmaktadır. Dolayısıyla tetiklemede kolaylık sağlanmaktadır. •Genel olarak diyaklar geniş oranda SCR ve triyak tetikleme devrelerinde yardımcı eleman olarak kullanılmaktadırlar. eemdersnotlari.com


•Diyak için bazı öz değerler; •Diac tipi:

261-334

•VBD

= 32 V

•Ipk

= 1 A (TA=25 °C ve 20µs için)

•Tdepo = Tişltm = - 40 ile +150 °C •TJmaks.= 100 °C •PT eemdersnotlari.com

= 150 mW (TA = 40 °C için)


•Diac tipi:

BR100 261-930

•VBD = 32 V •Ipk

= 2 A (TA=25 °C ve 20µs için)

•Tdepo = Tişltm =-55 ile +125 °C •TJmaks= 100 °C •PT eemdersnotlari.com

= 150 mW (TA=40 °C)


IA  A

-VD 0

(a)

VD VA  V

(b)

Şekil 2.21 Diac elemanı (a)genel sembolü, (b)özeğrisi.

eemdersnotlari.com


2.3.5. SHOCKLEY Diyodu •Şokley diyodu tetikleme devrelerinde kullanılan bir yarıiletken elemanıdır. Kesim bölgesinde normal bir diyot gibi davranır. İletim bölgesinde ise devrilme gerilimine kadar iletmez. Sonra ani olarak iletir ve gerilim düşümü düşük değerlerde olur. eemdersnotlari.com


IA  A

p n p n

(a)

(b)

-VD 0

(c)

VD VA  V

(d)

Şekil 2.22 Shockley diyodu (a)Sembolü, (b)pn eşdeğeri, (c)tranzistör eşdeğer devresi (d)akım gerilim özeğrisi eemdersnotlari.com


s R

+

V

Vs

C

-

t (a)

(b)

Şekil 2.23.(a)Shockley diyotlu salınım devresi, (b)tesdere dişi çıkış salınımı eemdersnotlari.com


2.3.6. SIDAC (Silicon Diode for Alternating Current: AA’da iki Yönlü Yarıiletken Diyot)

•Sidak (sidac) elemanı, iki yönlü akım iletebilen özel bir diyot olup diyak gibi belirli devrilme geriliminde ileterek üzerindeki gerilimi yaklaşık sıfıra indirir ve iletken gibi davranır.

eemdersnotlari.com


iA

RS eğimi

vA

(c) (a)

(b)

Şekil 2.24.(a)Sidak sembulü, (b)akım-gerilimözeğrisi (teorik), (c)deneysel gösterimi (50V/div., 20mA/div. Ve RY=14K) eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Geçici koruma amaçlı sidac

D S1 vS f

Çıkış gerilimi koruması

Ay arlay ıcı

C2

C1 (a)

v Y 100V RY D S2

vC VB 0 R + _

V SV B0

DS vC

t

0 iY

C

RY iY 0

t

t (c)

(b)

R  ( VS-VB 0)/IB 0 R  ( VS-VTM )/IH

t=RC[1/(1-VB 0/VS)]

Şekil 2.25.(a)AA/DA dönüştürücüde koruma amaçlı sidac kullanımı, (b)sidaklı salınım üreteci devresi ve (c)çıkış sinyalleri değişimi eemdersnotlari.com


DS +

vS



iA (VT, IT)

I5

iY

RY Eğim=1/RY

(a)

RY RS

I3

(Vkpm, Ikpm)

(c) IH I1 (VB0, IB0)

0 V1 V2 V3 V4 V5

vA

(b) (c)

Şekil 2.26.(a)AA’da R yüklü devrede sidak ve (b)akım-gerilim yük özeğrisi, (c)fiziksel görünüşü

V1..,V5: sırasıyla t=1, ...,5 anlarındaki gerilimler I1..., I5: sırasıyla t=1, ...,5 anlarındaki akımlar

eemdersnotlari.com


IŞIKLA ÇALIŞAN (OPTİK) ELEMANLAR •Işık düzgün bir enerji dağılımına sahip elektrik ve magnetik alandan oluşan bir dalga olarak tanımlanabilir. Buna göre de elektro magnetik spektrumda yer alır. Fakat ışığın diğer özellikleri incelendiğinde, enerji taşıyan parçacıklar da denen fotonlar dan oluşur. eemdersnotlari.com


2.3.7. Foto Diyot (Photo Diode, Işıkla Çalışan Diyot)

•Bir p-n eklemine ters kutuplamalı gerilim uygulandığında, elektron ve oyuklar biri birinden uzaklaşırlar. Eklemin uyb'si büyümüş olur. Uygun dalga boyundaki ışık ışınları bu bölgeye ulaştığında oyukelektron çiftlerinin doğmasına neden olurlar. Kapama gerilimine ters yönde bir akımın oluşmasına neden olurlar. eemdersnotlari.com


•Işık fotonlarındaki enerji algılanma ile beraber fotovoltaik etki ile de elektriğe dönüştürülür. Bunun için de ayrıca belirli bir gerilime ihtiyaç duymazlar. Işık gerilimli hücre de denen bu (photovoltaic cell) elemanlar ışıktan elektrik elde etmede de kullanılabilirler. •Eklem bölgesine ulaşan ışık ışınları ters yöndeki akımı arttırmaya başlar.

eemdersnotlari.com


RF K

is işlemsel kuvvetlendirici

A

is

K eo= is RF

RY eo= is RY

A + -

(a)

(b)

Şekil 2.28 Fotodiyotun (a)fotovoltaik, (b)fotoiletken özelliğinden yararlanılarak kullanılan örnek devreler

eemdersnotlari.com


Foto diyot

tipleri

OP900SL

OP913SL

OP913WSL

A Işık akımı

14.0

120.0

40

ID nA Karanlık akımı

10.0

25.0

25.0

VRB, V Kesim devre gerilimi

150

32.0

32.0

tr Yükselme süresi ns  tf Düşme süresi ns 

100 100

-

-

Voc, mV açık devre gerilimi

-

400.0

300.0

Isc, A kısa devre akımı

-

120.0

40.0

Cj pF toplam kapasitesi

-

150.0

150.0

ton ns açma süresi toff ns  kapama süresi

-

50.0 50.0

50.0 50.0

Sembol Ip

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ D e ğ iş ik dalg a bo ylu foto nlar M av i K ırmızı K ızıl ö te s i (İnfrare d)

optik tabak a

K

Ko n tak

w - uyb

n tipi silisyum tabaka

A (a)

(b)

+ i A  A

Iş ık s ız o rtam ö ze ğ ris i Iş ık lı o rtam ö ze ğ ris i

VR B

+ v A  V Vo c , açık de v re (ış ık uç) g e rilimi I k k ıs a de v re ış ık e tk i ak ımı

D ire nç e ğ ris i (c)

Şekil 2.29 Fotodiyot (a)sembolleri, (b)eklem yapısı ve ışık etkisi, (c) özeğrileri eemdersnotlari.com

+

p tabakası O k s it tabak as ı

+

n tabak a Metal kontak

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ % 100 GaAs

GaP:N 80 60

İnsan gözü

40 20 0

200 Mor ötesi

GaAs:Si

Germanyum diyot

GaAs 0.15 P0.85 :N

GaAs 0.35 P0.65 :N

Silisyum diyot

GaAs 0.35 P0.65 :N 500 Görülebilir

1000 Yakın kızıl ötesi

1500

2000   nm Orta kızıl ötesi ışınla

Şekil 2.30 Silisyum ve germanyum fotodiyotların bağıl hassasiyetlerinin değişim özeğrileri eemdersnotlari.com


eemdersnotlari.com


eemdersnotlari.com


eemdersnotlari.com


2.3.8. Işık Yayan Diyot (LED : Light Emmiting Diode) •LED’ler,

iletime kutuplandığında elektro magnetik radyasyon yayarlar. Bu ışıma, elektro magnetik spektrumda mor ötesi ile kızıl ötesi arasında bir ışımadır. Yayılan ışınlar, eklem bölgesinin dışı plastik veya metallerle kaplanarak odaklanır. Dalga boyunu etkileyen faktör, elemanı oluşturan yarıiletken malzemenin özelliğidir. Çıplak gözle görülebilir spektral band'ta kırmızı, sarı ve yeşil renklerde LED'ler üretilebilmektedir. eemdersnotlari.com


•LED'ler ile, değişik gösterge ışıkları, ses donanımı, yedi parçalı sayısal göstergeler (seven segment displays), ölçme devreleri, telefonlar, konutlarda kullanım amaçlı sinyal ve bilgi sistemleri, eğlence sistemleri gibi birçok alanda kullanılmaktadırlar. Birden fazla flamanlı olup tek renk dışında farklı ışıklar verebilen LED’ler de vardır. Uzaktan kumanda donanımında olduğu gibi. Yarıiletken radyasyonun, düşük işletme sıcaklığı, titreşim-darbelerine karşı mekanik dayanım, boyutlarının küçüklüğü gibi üstünlükleri vardır.

eemdersnotlari.com


e le ktronlar e .VA

A

ile tim bandı e .(VA -VS)

VS ortalama

Eg n

p

uyb

(a)

K

oyuklar (b)

(c)

Şekil 2.31 LED eklemi (a)gerilim uygulanmamış durum, (b)iletime kutuplama gerilimi ile iletme durumu, (c)LED sembolleri

eemdersnotlari.com


2.3.9. Kızılötesi Işın Yayan Diyot (IRED: InfraRed Emmiting Diode) GaAs tipi bir fotodiyot olup, yaklaşık 900nm civarında dalga boyu ışın yayarak yaklaşık 1,43eV luk eklem aralığı enerjisine sahip özel diyotlardır. Bu tip diyotlarda anahtarlama iletim süresi 50ns civarındadır.

eemdersnotlari.com


Tablo 2.4 Bazı IRED'lere ait özdeğerler Kılıf şekli

IRED tipi

Yarım açı  derece

Parlaklık mW/sr (IA=100 mA'de)

VA V

-IA A

LD242

60

2,5….12,5

Plastik

LD271

25

7,0 …. 20,0

5 mm plastik

LD273

25

15,0

5 mm

SFH400

6

12,5 … 64,0

Cam lens

SFH402

40

1,6 … 8,0

Yassı cam p.

SFH409

20

15,0

3 mm

OP123/4

24

2,34 mm herm.

1,5

100(-2V'da)

OP130/1/2

18

5 mm hermetic

1,75

100(-2V'da)

OP130W

50

5 mm hermetic

1,75

100(-2V'da)

OP290/1

50

5 mm plastik

4,0

100(-2V'da)

OP140A

40

4,57 mm plastik

1,6

100(-2V'da)

OP169A

46

4,19 mm plastik

1,6

100(-2V'da)

eemdersnotlari.com


Oksit tabakaları LED sistemi p

Plastik Au tel

p

N-GaAs-Si

N-GaAs Şeffaf

(a)

Anot

N-GaAs

Metal temas tabakaları

Katot (b)

Şekil 2.32 Kızılötesi ışık yayan (IRED) diyotun (a) yarıiletken yapısı, (b)fiziksel gösterimi eemdersnotlari.com


2.3.10. Lazer Diyot •Birden fazla yarıiletken tabakalı GaAlAs tipi diyot olan lazer diyotlarda, cevap verme süresi çok kısadır. Al katkısının tümü aktif bölgede bulunan diyotun yaydığı ışınların dalga boyu 820-880nm arasındadır. eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ фe Radyasyon [mW] gücü 12

Bağlantı şeridi

Oksit maske

10

p tabaka

GaAs

8

Aktif bölge

6 4 Işın çıkış n tabaka alanı

2 IA

0

Laser ışın demeti

0

(a)

(b)

100

200

300  mA

Şekil 2.33 Lazer diyodu (a)Yarıiletken yapısı, (b)Anot akımı-radyasyon gücü özeğrisi eemdersnotlari.com


2.3.11. Tünel Diyodu (Tunnel Diode) •Normal bir p-n eklem diyotunun uzay yükü bölgesi, p ve n tabakalarındaki potansiyeller arasında bir duvar görevi yapar. Yarıiletkende normalde bulunan katkı yoğunluğu 10-8'den, 103'e arttırılırsa, yarıiletken özelliği değişerek tünel diyotunda olduğu gibi, normalde 5 mikron civarında olan duvar genişliği, katkı atomu yoğunluğunun karekökü ile ters orantılı olarak değişir. Tünel diyotu bu özellikleri taşıyan yarıiletkenlerden oluşmuştur. eemdersnotlari.com


IA K

Ip IV Vp

A

(a)

Rs VV

VF

Ls CJ

VA

-Rn

Tünel akımı Katkı yük akımı

(b)

Toplam diyot akımı

(c)

Şekil 2.34 Tünel diyodu (a)sembolü, (b)iletim-kesim özeğrisi, (c)negatif (-Rn) direnç bölgesinde küçük işaret eşdeğer devresi eemdersnotlari.com


2.4.TRANZİSTÖR •Tranzistörler,

iki amaçla kullanılan üç uçlulardır. Bu amaçlardan biri anahtar olarak kullanılması, diğeri ise yükseltici görevi yapacak şekilde kullanılmasıdır. •Anahtar uygulamaları güç elektroniğinde önemli yer tutarlar. Diyot ve tranzistörler tek yönlü bir anahtar kabul edilebilir. Tranzistörün iki ucu, tek kutuplu anahtar gibi çalışır. Üçüncü uç ise bu iki ucu harekete geçirme, denetleme görevi yapar. eemdersnotlari.com


+

c IC

VCB

+

b IB

+ VB E e (a)

c + IC VCE

IE

VCB b IB VEB + e (b)

IE

(c)

Şekil 2.36 Bipolar tranzistör (a)npn, (b)pnp sembolleri, (c)fiziksel görünüşü

eemdersnotlari.com


Güç Elektroniği

WÜA aâÜxàà|Ç TUhg

Teşekkürler!! eemdersnotlari.com


2.4.TRANZİSTÖR •Tranzistörler,

iki amaçla kullanılan üç uçlulardır. Bu amaçlardan biri anahtar olarak kullanılması, diğeri ise yükseltici görevi yapacak şekilde kullanılmasıdır. •Anahtar uygulamaları güç elektroniğinde önemli yer tutarlar. Diyot ve tranzistörler tek yönlü bir anahtar kabul edilebilir.

eemdersnotlari.com


c + IC VCB b IB

+ VBE e (a)

+

c + IC VCE

IE

VCB b IB VEB + e (b)

IE

(c)

Şekil 2.36 Bipolar tranzistör (a)npn, (b)pnp sembolleri, (c)fiziksel görünüşü

eemdersnotlari.com


2.4.1 İki Kutuplu Eklem Tranzistörü (BJT:Bipolar Junction Transistor) BJT Tranzistörde

uçlar;

Baz (base), Emiter (emmiter) ve Kolektör (collector) isimlendirilirler. eemdersnotlari.com

diye


Rc 25

Rc 25 c s +

Rb=5 b

Eb=5V

+

IC

-

(a)

s

Rb=5 b

-

IB + VBE

-

Vcc 40V

e

IE +

Eb=5V

c -

IB VEB

IC + IE

e (b)

Şekil 2.37 İki kutuplu tranzistörlerin iletime kutuplanması (a) npn iletimi (b) pnp iletimi

eemdersnotlari.com

Vcc

10V


RE 5K

IC  mA

RC 25

b

50

c IC

IB + VBE IE - e (a)

VCC=VE + 40V -

IE=200 A

40

160

30

120

20

Q

80

10 0

Yük doğrusu

40 0 2

4

(b)

6

8

ICE0

10

VCB  V

Şekil 2.38 2N2907A tipi npn tranzistörün (a) tek kaynağa bağlı ortak emiter montaj devresi, (b)çıkış özeğrisi.

eemdersnotlari.com


a v1 i1 b

+c i2 Ki1

v2 b

RS +

vs

i1 -

a i2 Ki1

c + v2 -

RY

b b (b) (a) Şekil 2.39.(a)İdeal bir akım denetlemeli akım kaynağı, (b) devre modeli.

eemdersnotlari.com


E

n

p

C

n

IE +

V

BE

-

IB

B

VCB (a)

FIED

R ICD

IE + E

C

IED IE + VED (b)

-

-

IB B

Şekil 2.43.(a)npn tranzistör akımbileşenleri, (b)geniş sinyal (veya DA) eşdeğer devresi eemdersnotlari.com

ICD VCB

IC +


IC [mA]

-25

Doyma bölgesi

E

İletim bölgesi IE=25  mA

IE

RE -15

15

+ VEE

-5 +1.0 0.8

0.4 (a)

+ IC + VEB - - VCB IB

B

VCB  V -0.4 -0.8 -1.2

VCC +

-

5 0

C

(b)

IC0

Şekil 2.44.(a)Ortak baz montajlı 2N2907A (pnp Si katkılı) tranzistörün çıkış özeğrileri (b)OB bağlantı devresi eemdersnotlari.com

RC


I C  I CS (e I E  I E 0 (e

VCB V VEB V

 1)  1)   R  I C

I C   F  I E  I C 0 (e eemdersnotlari.com

VCB V

 1)


IE  mA 8

VCB =10 V 1V

6

0V 4

Kollektör açık

IC

RC 500 

IE

+ VCC 40 V -

B IB

2

0

C

0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 VEB  V (a)

+ VB E -

E (b)

Şekil 2.39.Ortak baz montajlı tranzistörün (a) giriş özeğrisi, (b)bağlantı şeması. eemdersnotlari.com


2.4.2.Tranzistörün DA Modeli Tranzistörlerin, DA modeli çıkartılırken, ortak emiter ve ortak baz montajı yaklaşık aynı devre modeli ile modellenebilir.

eemdersnotlari.com


B

C

IB

VBE

+

R0

-

B

C

V IB

+

+

ICE(doy) VFBE(doy)

BE(doy)

 F IB

-

-

E (a) Şekil 2.47 Bir npn tranzistörü a)DA modeli, b)eklem bölgesi çalışma modeli

eemdersnotlari.com

E (b)


2.4.3.Tranzistörün Anahtar Eşdeğeri •Kolektör-emiter akımı, baz akımıyla denetlenirken, tranzistör adeta bir anahtar gibi davranır. •Giriş gerilimi vs, anahtara kumanda eder. tT1 durumunda vs=V1 olarak emiter-baz tıkamaya girer. •Pratikte vo=VCC alınabilir.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ v0

+VCC IR

VCC

R IC

IB + VBE

VCE(doy)

(a)

vs V2

t

IC IC(doy)

+VCC T 1 T2

V1

t

+

v0 vs

-

0,9IC(doy)

RY 50 K

(b)

+

0,1IC(doy) T1

-

(c)

td ton

T2 tr

ts

tf

toff

Şekil 2.48.(a) Diyot gibi davranan npn tranzistör. (b)Anahtar tranzistör, (c)vo ve ic'nin değişimleriyle gecikme, yükselme, depolama ve düşme sürelerinin açma kapama sürelerine göre oranları. eemdersnotlari.com

t


Güç Elektroniği WÜA aâÜxàà|Ç TUhg

Teşekkürler!! eemdersnotlari.com


Tranzistör

2.4.4. Diyot Olarak Tranzistör  Tranzistör

iki ekleme sahip olmasına rağmen, diyot olarak kullanılabilir. Tranzistörün iki kapısı kısa devre edilerek veya tümdevre (ICs) üretimindeki tasarım sırasında dışarıya sadece iki uç çıkartılarak diyot gibi kullanılır.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve Darlington

2.4.5. Darlington Tipi Güç Tranzistörleri  Güç

tranzistörlerinde, baz ucundan yapılan sürme işlemi sırasında, büyük kolektör akımlarında büyük baz akımları gerektirir. Örneğin 100A'lik kolektör akımına sahip bir güç tranzistöründe 10A'lık bir baz akımı gerekir. Bu amaçla, bir tranzistör, diğer bir tranzistörü iletime sürecek şekilde bağlanıp ortak kolektör beslemesi şeklinde akım kazancı arttırılarak darlington bağlantı oluşturulur.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve Darlington

Vdent.

R(doy) Sürücü Tr

D

(gerekli ise)

Rb2

+

Rb1

Rb1 Anahtar T r

Rb2

VCC

D

AnahtarT r Sürücü T r

R(doy)

DGeç.Dur RY (a)

Vdent.

RY

Rb2 Rb1

D

Anahtar T r Sürücü T r

+ VCC

Vdent. Re1

RY

(c)

Şekil 3.49 Tranzistörlerin darlington bağlama şekilleri eemdersnotlari.com

+ VCC

(b)

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve Darlington +12V

Sürülecek Darlington Tr1

40 mF

R4

R1

D1

R2

D2

Tr4 T r5

2,2mF

47

R3 =100

Tr2 R3

C3 0,1F

8 47

D

CB

R10

6

R11

47

Tr3

16 7

10K

D3

R6

15 CA

R4 =435mF

10

L1

R5 11 14 4 5 10

C1 =10F

9

1,5K R9

8

0,1

C2

Şekil 3.50 Darlington bağlı tranzistör ve sürücü prensip devresi eemdersnotlari.com

R8

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Alan Etkili Tranzistörler

 2.5 ALAN 

ETKİLİ TRANZİSTÖRLER

FET:Field Effect Transistor

 Üç

uçlu bir eleman olup geniş bir uygulama alanı vardır. MOSFET ve JFET olmak üzere iki özel yapı şekli tranzistör tipi bulunmaktadır. FET'ler tümdevre yongası üzerinde, normal iki kutuplu tranzistörlerden daha az yer kaplarlar. Örneğin 100.000 MOSFET, tek bir yonga üzerinde oluşturulabilir.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Alan Etkili Tranzistörler n+

p+

G

G S

S

p tipi kanal

n tipi kanal

D

D

Tranzistör tutucusu (Sıkıştırma yayı)

n+

p+

(c)

(a)

D D IG

ID

IG

+ VDS -

ID + VDS -

G + VGS -

G + VGS S

(b)

S

IS (d)

IS

Soğutucu profil

Şekil 2.52.(a)n kanal JFET yapısı ve (b)sembolü, (c)p kanal JFET yapısı ve (d)sembolü eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Alan Etkili Tranzistörler

 Alan

etkili tranzistörler FET ve JFET olarak iki guruptur. ID mA 

O mik (ve ya doyumsuz ) bölge

6

VGS=0,2V

5

VG G +

ID IG + VDS G + VG S IS - S (a)

VG G +

3

-1,0

2

-1,5 -2,0 -2,5

1

-3,0

0

10

20

30

(b)

Şekil 2.53.(a)2N4869 n-kanal JFET devresi, (b)çıkış özeğrileri. eemdersnotlari.com

De vrilme bölge si

0 -0,5

4

D

Sabit akım (ve ya doyma) bölge si

40

50 VDS V

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve Mosfet

 2.5.2.

Alan

Güç MOSFET'leri (Power MOSFETs)

etkili tranzistörlerin, güç devrelerinde kullanılan tipidir. Son yıllarda gelişen teknoloji ile MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) ler 500V ve 30 A sınırında çalışabilecek özelliklerde üretilmektedirler.

eemdersnotlari.com


D G

B

S

G

D + VDS + VGS S

D G

B

D G

S

Şekil 2.59 MOSFET sembolleri (arttırılmış ve eksiltilmiş tip)

eemdersnotlari.com

S


Güç

tranzistörlerinden daha düşük güçte kumanda sinyalleri ile denetlenebilirler.

S G

Yüksek

frekanslarda kullanılabilirler. (özellikle 1-10GHz arasında)

(b) eemdersnotlari.com

D


D D

S

G

Al

Metal G

-----p

n

S n

(b) SiO 2

n

+

n p (a)

D

+

p

Si (c)

Metal G +++++++ +++++++

n

Şekil 2.55.(a)Arttırılmış modda çalışan n-kanal MOS yapısı, (b)n-kanal kesiti, (c)p-kanal kesiti. eemdersnotlari.com

S p


D D

S

G

Al

Metal G

-----p

n

S n

(b) SiO 2

n

+

n p (a)

D

+

p

Si (c)

Metal G +++++++ +++++++

n

Şekil 2.55.(a)Arttırılmış modda çalışan n-kanal MOS yapısı, (b)n-kanal kesiti, (c)p-kanal kesiti. eemdersnotlari.com

S p




Kapıdaki metal alan ile n veya p

yarıiletken bölge arası, dielektrik (elektriksel yalıtkan) oksit tabakası ile yalıtımlı bir paralel kondansatör özelliği gösterir. Dolayısıyla bu tip FET'lerin kapıları yalıtılmış olur ve bu FET'ler IGFET (Insulated Gate FET) olarak da tanımlanır.

eemdersnotlari.com


 2.5.3.VMOS

veya GüçFET'leri

 MOSFET'lerde

taşıyıcılar, sorce'den drain'e yatay olarak akarlar. Modern üretim teknolojileri ile, MOS'larda yüksek giriş empedansı ve yüksek anahtarlama hızları elde edilmektedir. Böyle MOSFET'lere, yüksek yayılımlı MOS veya VMOS (Vertical MOS) denir. Üretim özelliklerinden dolayı, akım dikey olarak, elektronların akış yönünün ters yönünde akar.

eemdersnotlari.com


+5V

R1 =270 +5V IC1 4N35 Denetim TTL gir.

R2 4.7k 4

3 5

8 Vcc Reset IC 555 Çık. Dentl. GND

C1

1

R3 7

220

+V C4

R4

+

100 R6

6 2

C3 + C2 0.047F

D1

1N914 D2

RY 4.7k

Tr1 2N3904

0.01F C3 , C4 =10 F, 16 V

Şekil 2.63 Pratik MOSFET sürücü devresi

eemdersnotlari.com


 2.6

2.6. TEK EKLEMLİ TRANZİSTÖRLER (UJT :Uni Junction Transistor)

 2.6.1.

Standart UJT

 Üç

uçlu bir eleman olan UJT, bir tranzistör gibi davranır. Genel olarak, uygulamalarda bir osilatör devresi olarak kullanılır. Bazen de akım veya gerilim algılayıcısı görevi görür. UJT'ler geniş oranda tristör tetikleme elemanı olarak kullanılırlar.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve Mosfet b2

b2 e

b2

b2 Rb2

Rb2

e

e

e

b1

b1

b1

(c)

(b)

(a)

n

Rb1

Rb1

b1

p

(d)

S R2 220

50K

+ E 10V -

R3

vc 6,3V

b2 e b1

t

0

t

+

R1 v o 100

C

+v o

(e)

Şekil 2.64.(a)UJT sembolü, (b)diyot eşdeğeri, (c)anahtar eşdeğeri (d)p-n eklem yapısı, (e)UJT'li bir uygulama (tetikleme) devresi. eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve UJT

2.6.2.CUJT

Sürekli

(Complementary UJT)

çalışma gerilimi düşük, daha kararlı bir UJT'dir. Standart UJT ile aynı öz değerlere sahiptir. Aralarındaki fark, standart UJT'ye göre uygulanan gerilimin ters kutuplu olmasıdır.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve IGBT

IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistors)

MOSFET’lere benzer bir yarıiletken yapısı olan yalıtımlı kapılı tranzistörlerdir. MOSFET’ten en önemli farkı, drain ucunu p+ tabakası oluşturur. IGBT’ler, iki kutuplu tranzistörlerden farklı olarak denetim parametreleri; giriş akımı yerine, giriş ve gate-source gerilimleridir. eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ Tranzistör ve IGBT iD VG S nin azalma Yönü

iD Drain

VG S4

D

Kollektör

VG S3

Gate

Gate

VG S2

G

G

0

VG S1 VRM

VG S(th) (b)

0

VDSS

vG S

Emmiter E Source S (d)

(c)

vDS

(a) C (2)

C (2)

D (1)

C

D (1)

S n+

G

e3 e2 e1

G SiO2

n+

p

n-

n+ p+

L (3)

L (3) (e)

E (f)

(g)

(h)

D

Şekil 2.57 IGBT için (a)akım-gerilim çıkış ve (b)aktarım özeğrisi, (c),(d), (e), (f) ve (g) n kanal gösterim sembolleri, (h)yarı iletken yapısı eemdersnotlari.com

C


Drain +

D

Drain

Re Ve1

D

Re

-

- Ve + + ID Rkanal -

G

Source (a)

G

Rk

S

Source

S

(b)

Şekil 2.58 IGBT için (a)normal çalışmada eşdeğer devre (b)tam veya tristör eşdeğer devresi eemdersnotlari.com


 IGBT’lerin

Tipik bazı parametreleri;



VCES, Kollektör-Emiter Gerilimi (VGS = 0’da) :600 V



VGE, Kapı-Emiter Gerilimi

 IC,

: 20 V

Kollektör Akımı (sürekli ve TC =25 C de)

 ICM,

Kollektör Akımı (darbeli iletimde )



PT, Toplam Kayıp Güç (TC=25C de)



TJ, İşletme Sıcaklığı (Tdepo.)



TJ, Maksimum Eklem Sıcaklığı



TJC, Eklem-Gövde Isıl Direnci



VGE(th), Kapı Eşik Gerilimi

eemdersnotlari.com

:6A :25 A :40W

:-65 ile 150C :150C :3,25 W/C :2,5 ile 5V arası

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IGBT  td(on),

Gecikme Süresi

 tr, Yükselme  td(o ff),

Süresi

Kesim Gecikme Süresi

:170 ns :540 ns :3,4 s

 IGBT’lerde

iletim kayıplarının MOSFET’lere oranla daha düşük olmasından dolayı yüksek gerilimli uygulamalarda, MOSFET’lerin yerine tercih edilirler.

 Akımın

sıfır geçişinde anahtarlama veya rezonans anahtarlama tekniklerinin kullanılmasıyla yüzlerce KHz anahtarlama frekans oranlarında çalıştırılabilirler.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IGBT

! ... KARŞILAŞTIRMA Tablo 2.5 IGBT, MOSFET ve iki kutuplu eklem tranzistörlerinin karşılaştırılması (Dirençler 10A’lik akım değeri içindir) Özdeğer MOSFET IGBT Tranzistör Akım [A] 20 20 20 * Gerilim [V] 500 600 500 RDS(on) [ ](TJ= 25 C) 0,2 0,24 0,18 RDS(on) [ ](TJ= 150 C) 0,6 0,23 0,24 Anahtarlama süresi [ns] 40 200 200

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IGBT

 IGBT’lerin

MOSFET’lerden bir farkı da ters paralel bağlı bir diyotlarının olmayışıdır. Bu nedenle devre tasarımcıları, motor denetiminde IGBT kullandıklarında yükte oluşabilecek zıt emk’ların olumsuz etkilerini önlemek için devreye ters paralel bağlı bir diyot kullanırlar.

eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ IGBT Tıkaç indüktans eşdeğeri (LS)

Değişken DA + Kayn. -

Kapı Sinyal Üreteci

Yarıletken kısadevre el. Vgg Lk +

VSG +

IY Değişken yük LY

ic Aktif Kapı Sürücü Devre

C

-

iG G + +

vGE -

vCE

E

Şekil 2.60 İndüktif yüklü IGBT koruma devresi eemdersnotlari.com

Ölçme Devresi


Bölüm Sonu

gXfX^^ôe_Xe N. ABUT eemdersnotlari.com

Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]

TRISTÖR-SCR

 2.7.TRİSTÖR (SCR:Silicon Controlled Rectifier), Yarıiletken denetimli doğrultucu  Güç

denetimi ana devre elemanlarının en önemlilerinden biridir. Dört ayrı yarıiletken tabakadan oluşmuştur. Çalışması, seri bağlı npn ve pnp tipli iki tranzistörün çalışması gibidir. Tristörün tranzistör eşdeğer devresi, Şekil 2.69.(c) den görüldüğü gibi, npn ve pnp tipi iki tranzistörün biri birini sürecek şekilde bağlanmasından oluşmuştur.

eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

 Tristörün

anoduna (+) katoduna () olmak üzere bir gerilim uygulandığında, tristör iletime kutuplanmış olur. Kapı devresine, açık

R

S anahtarı

kapatılarak, bir tetikleme gerilimi s uygulandığında, belirli aşamalarla, + tristör iletime VG geçer. eemdersnotlari.com

A

SC R

G IG

IA K

(a)

+ Değişken - VS

IA [A]


TRISTÖR-SCR Özeğrileri

(1) (2)

IH VRB

IGHIG1IG2IG3IGnIG0=0 (yani tetikleme yok)

(8)

(7) 0 VH V1 V2 V3 Vn VFB(IG=0)

(5)

(4) (4) (6)

eemdersnotlari.com

Vlatc

VA [V]


TRISTÖR-SCR

R A SCR

+ VG eemdersnotlari.com

-

G

s IG

Değişken + VS K

(b)

IA [A]



(1) (2)

IH VRB


(8)


(5)

(4) (4) (6)

eemdersnotlari.com

Vlatc

VA [V]

R R Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected] A

A

SCR

SCR

G

s + VG

IG

-

IA K

(a)

IA [A ]

-

G

+ s Değişken + VS VG -

IG

Değişken + VS K

(b)

(1) (2) IGH >IG1 >IG2 >IG3 >IGn >IG0 =0 (yani tetikleme yok)

IH VRB

(8)

(7) 0

(5)

V H V 1 V2 V3

(4)

Vn VFB(IG =0)

VA [V]

(3)

(6)

Vlatc (c)

Şekil 2.71 Tristörün (a)iletime kutuplama, (b)kesime kutuplama, (c)iletim-kesim-tıkama özeğrileri. eemdersnotlari.com

A

A A TRISTÖR-SCR Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]

A p1

G

e1

n1 G

p2

K

Anot

e3

n2

(a)

G

e2

n1

p1

Ie1 =IA

n1

Tr1

p2

K

(b)

Anot p1

ep

n1

n1 p2

e2

n1 e2 p2

p2 n2

IG G (d)

p2

e3

Katot

(-)

Ic1 b2

Tr2

bp

Tpnp cp Icp

cep

G(K)

Ien

IE =IK

K

(c)

Ibp =IG(n) G(A) Iep cen

IG(p)=Ib (f)

Icn Tnpn

en

G

(-) tran zistör m odeli, (d)kap ı darbesi Ş ekil 2.69 T ristörü n (a)sem bolü , (b)p-n eklemKatot leri, (c) iki (e) başlan g ıcı, (e)iletim an ın da tristör an ot u ygu lan d ığ ın da tristörde kap ı akım akım ın ın yarıiletken bölgelerde dağ ılım ı, (f)eklem kapasiteleri. eemdersnotlari.com

c2 Ic2

e3 n2

IG(n) G(A)

e2

A e1

n1

b1

IG(p)

(+) p1

e1

G(K)

c1

n2

K (+)

p2

e1

K

Ien =IK

A

A

A p1

G

p2

K

n2

(a)

e2

n1

G

e3

(+)

n2

Anot

c

Ic b2

IG(n) G(A) c2 Ic2

1

Tr2

IG(p)

(+)

e2

IE =IK

K A

p1 n1

n1 p2

n1 e2

e2

p2

p2 n2

IG (-)

ep

e1

n1

Katot

G(K)

1

(c)

e1

(d)

b1

K

p1

G

p2

p2

K

e1

Tr1

n1

(b) Anot

Ie1 =IA

p1

e1

n1 G

Dr.N. Abut KOÜA MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected] TRISTÖR-SCR

p2

e3

e3 n2 G (e)

Katot

(-)

bp

Tpnp cp Icp

cep

G(K)

Ien

Ibp =IG(n) G(A) Iep cen

IG(p)=Ib (f)

Icn Tnpn

en

Ien =IK

K

Şekil 2.69 Tristörün (a)sembolü, (b)p-n eklemleri, (c) iki tranzistör modeli, (d)kapı darbesi uygulandığında tristörde kapı akımbaşlangıcı, (e)iletimanında tristör anot akımının yarıiletken bölgelerde dağılımı, (f)eklemkapasiteleri. eemdersnotlari.com

TRISTÖR-SCR

A

Dr.N. Abut KOÜ A MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected]

A

A

Ie1 =IA

p1

p1

e1

n1 G

G

e2 G

p2

Anot

n1

Anot

(+)

(+)

e1

e1

n1

n1 n1

n1 e 2

e2

p2

p2

G

n2

(d)

Katot

Iep =IA

p1

IG (-)

p2 e3

e3

n2 G (e )

Katot

IE =IK

K

A

p1

p2

Tr2 e2

(c)

IG(n) G(A) c2 Ic2

IG(p)

K

(b)

b1

Ic 1 b2

G(K)

p2

n2

K

(a)

Tr1 c1

p2

e3

n2

K

n1

e1

ep

bp Ibp =IG (n) G(A) Iep

Tpnp cp Ic p

c ep

G(K)

Ien

c en

IG (p)=Ibn

(f)

Icn Tnpn

en

Ien =IK

K

(-)

Şekil 2.69 Tristörün (a)sembolü, (b)p-n eklemleri, (c) iki tranzistör modeli, (d)kapı darbesi uygulandığında tristörde kapı akım başlangıcı, (e)iletim anında tristör anot akımının yarıiletken bölgelerde dağılımı, (f)eklem kapasiteleri. eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

2.7.1.Tristörün Tristörün

iletimi

anoduna () katoduna (+) yönde bir gerilim uygulandığında, kapı devresindeki s anahtarı kapatılsa bile tristör iletmeyecektir. Yani kesim bölgesinde çalışacaktır. Bu bölgede, tristör bir diyot gibidir.

eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

R A SCR

+ VG eemdersnotlari.com

-

G

s IG

Değişken + VS K

(b)


TRISTÖR-SCR 

R ayarlı direnci ile tristör uçlarındaki, VRB ters gerilimi arttırılarak VFB pozitif devrilme gerilimine (Voltage of Forward Breakover) ulaştığında, diyotlarda olduğu gibi, ters yönde tristörden bir akım akar ve tristör iletken hale gelir.

Anot

p1 e1 n1

n1 e2 p2

p2 e3 n2 G (e)

eemdersnotlari.com

(+)

Katot

(-)


TRISTÖR-SCR

 Tristörün

anoduna (+) katoduna () olmak üzere bir gerilim uygulandığında, tristör iletime kutuplanmış olur. Kapı devresine, açık

R

S anahtarı

kapatılarak, bir tetikleme gerilimi s uygulandığında, belirli aşamalarla, + tristör iletime VG geçer. eemdersnotlari.com

A

SC R

G IG

IA K

(a)

+ Değişken - VS

IA [A]



(1) (2)

IH VRB


(8)


(5)

(4) (4) (6)

eemdersnotlari.com

Vlatc

VA [V]

R R Dr.N. Abut KOÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ [email protected] A

A

SCR

SCR

G

s + VG

IG

-

IA K

(a)

IA [A ]

-

G

+ s Değişken + VS VG -

IG

Değişken + VS K

(b)

(1) (2) IGH >IG1 >IG2 >IG3 >IGn >IG0 =0 (yani tetikleme yok)

IH VRB

(8)

(7) 0

(5)

V H V 1 V2 V3

(4)

Vn VFB(IG =0)

VA [V]

(3)

(6)

Vlatc (c)

Şekil 2.71 Tristörün (a)iletime kutuplama, (b)kesime kutuplama, (c)iletim-kesim-tıkama özeğrileri. eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR Tablo 2.7 VDRM [V] VRRM [V] IT(ort) [A] IG [mA] VG [V] VDRMmaks. [V] VRRMmaks. [V] IT(or 180°) [A] di/dt [A/µs] Tjmaks. [°C] dv/dt [V/µs] IH [mA] IRRM [mA] IDRM [mA] RthJC [°C/W] RthJA [°C/W]

THY500-40 500 500 40 60 2,5 500(TJ=125°C) 500(TJ=125°C) 40(TC=85°C) 100 125 200(TC=125°C) 25 tipik 10 maks 10 maks 0,5 -

eemdersnotlari.com

Bazı Tristörler için örnek THY800-26 800 800 26 40 3 800(TC=125°C) 800(TC=125°C) 26(TC=80°C) 175(TJ=125°C) 135 200(TC=110°C) 25 tipik 5 maks 5 maks 1,1 -

BTY79-400R 400 400 6,4 30 3 400(TC=125°C) 400(TC =125°C) 6,4(TC =90°C) 20(TJ =125°C) 135 50(TC=100°C) 15 tipik 2,5 maks 2,5 maks 3,1 -

öz değerler BTX18-400 400 500 1 5 2 400(TC =125°C) 500(TC =125°C) 1 (TJ =105°C) 100(TJ =125°C) 125 20 min 5 tipik 1,5 maks 1,5 maks 10 -

C203YY 60 60 0,8 0,2 0,8 60(TC=125°C) 60(TC=125°C) 0,8(TC=25°C) 125 20 tipik 5 maks 0,001 0,005 125 230


TRISTÖR-SCR

 Tristörlerin  i1-Gerilim

çeşitli şartlarda iletimi sağlanabilir.

etkisiyle iletim (VA > VFB)

1+2=1 olur.

Fakat işletmede bu tip iletime sürme şekli kullanılmaz.

 i2-Hız

etkisiyle iletim (Gerilim değişme hızı dVA/dtdVA/dtkrt)

 i3-Sıcaklık  i4-Işıma

etkisiyle iletim (TJ  TJüretim)

enerjisiyle iletim

(ışık, radyoaktivite, elektromagnetik

dalgalar vs. etkisi)

 i5-Tranzistör

etkisiyle iletim (IG)

Tranzistörlerin bazına bir

gerilim uygulayarak, yani Şekil 2.70.(b) de G ucuna bir darbe gerilim uygulanması durumunda tranzistör iletime geçer. Buna kapıdan tetikleme veya tristörün ateşlenmesi denir. p bölgesinden çıkarılan kapı ucundan tetiklenen tristörlere klasik tristörler denir. eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

VG  mV

0 IA  A 0,9.IT

ton td

tp td

tp

Anot

olursa SCR rahatlıkla iletime girer

p1

Kesim komutu

tr

e1 n1

n1 e2

t  ms p

- di/dt söndürme G (kesim)

di/dt

QR

IRRM

tq

eemdersnotlari.com

iyileşme süresi

(e)

Katot

(-)

Tekrar t  ms poz. Ger. VDRM U

VR VRRM

e3

n2

dv/dt dV/dt krtk.

V 0

p2

2

IT

0,1.IT 0 VA  V

(+)

t  ms 


TRISTÖR-SCR IG  mA

0

IA  A VA  V VT 0,9IA

Pth  W

t  ms 

Pth

IA

VA 0,1IA 0 t0

td t1

tr

t2

ts

t ms t3

Şekil 2.73 SCR kapı darbesi sırasında kapı-katot akımları eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR RY

+

LY

iA

SCR

~ v (t)=V m sin t

IG RP

(a) LP

RY

+

RY

LY

+

SCR

iA

~

CP LY

iA

SCR

~ v (t)=V m sin t (b)

IG

v (t)=V m sin t

IG

(c)

Şekil 2.74.(a)Omik-endüktif yükü denetleyen tristör iletimi, (b)yüke paralel bobin, (c)yüke paralel olarak bağlanan seri direnç-kondansatör elemanları. eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

 2.7.2.

Tristörün Söndürülmesi

(Turn-off: Commutation: Kesim, Komutasyon)  Tristörün

komutasyonu, iletimden tekrar kesime geçerek akımın sıfırlanmasıdır.





Tristör kısa devre edilmesi (anot-katot kısa devre),





Anot akımına başka bir yol bulunması (akım aktarımı),



 Alternatif gerilimin negatifi yarı peryodundaki gibi, anodun katoda göre daha negatif yapılması, veya





SCR akımını tutma akımı seviyesinin altına düşürmek (IAIH)

gerekir. Buna tristörün söndürülmesi veya komutasyonu denir. eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

 Örnek

tq

olarak; GE C158 tristörü için bu değerler:

= 25µs

TJ = +125°C IT

= 150A

VR = 50 V dv/dt = 200 V/µs di/dt = 5A/µs ve (kapı değeri; VG=10V, IG=100mA) şeklindedir.

eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

 i.Kapı Akımı

İle Kapama

Bu tür bir yöntem, küçük anot yüzeyine sahip tristörlerde uygulanır. GTO (Gate Turn-off Thyristor: Kapıdan Söndürmeli Tristörler) diye isimlendirilen bu tür tristörlerde önceleri anahtarlama gücü düşük devre uygulamaları yapılmakta iken günümüzde ilerleyen üretim teknolojileri ile birkaç yüz KW gücünü aşan MW mertebelerine yakın güç denetim devrelerinde kullanılabilir hale gelmişlerdir.

eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

 ii.Negatif

Gerilim Etkisiyle Kapama

Negatif gerilim etkili söndürme ile tristörün kesim konumuna alınması yani kapatılmasıdır. Tristör anoduna negatif bir gerilim uygulanarak gerçekleştirilir.

eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

Lsö

RY

LY

iA

s1

A 

-

Vsö

A

+ s2

SCR isö

IG

+ IA =IY

VS

-

t

K 0

(a)

vA /iA  V/A 

Im (=IY )

IRM vA t0

(di/dt)sö

t s t1 t2 t3

t4

t5

t6

V

(dv/dt)sö

0

VT1-T2 t  s

0 IRRM

Depolama yükü

(c)

dv/dt ye göre dolma

t s

Vsö VRRM

(b)

Şekil 2.76.(a)Tristör söndürme devresi, (b)SCR, (c)Triyak için söndürme anında anot akım ve gerilimi değişimleri. eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

G A

K + vA

IA =IY

-

+

+

vL L

-

VS -

+ vC

C -

Şekil 2.77 Tristörün L-C rezonans devresi ile söndürülmesi eemdersnotlari.com


TRISTÖR-SCR

 ii.Negatif

Gerilim Etkisiyle Kapama

Negatif gerilim etkili söndürme ile tristörün kesim konumuna alınması yani kapatılmasıdır. Tristör anoduna negatif bir gerilim uygulanarak gerçekleştirilir.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - PUT

 2.8.ÖZEL TİP TRİSTÖRLER  2.8.1.PUT

(Programmable Unijunction Transistor)

 Bu

tip tristörün kapı elektrotu, p-n-p-n bölgelerinden anoda yakın olan n tabakasından alınmıştır.

 Normal  PUT

tristör gibi özeğriye sahiptir.

elemanının zaman (geciktirme) devrelerinde, mantık ve SCR tetikleme devrelerinde kullanılması tristörlerle en önemli farklarıdır.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - PUT A

A G G K

(a) K

IA mA

V RB

(c)

+ Vs

RY R3

IH V FB V A V

0

VC

R2

v S(t)=V msint f

P UT R1

(b)

C

(d)

Şekil 2.78 PU T, (a)Sembolü, (b)Ö zeğrisi, (c)Tranzistör eşdeğeri, (d)PU T ile tasarlanan bir SCR tetikleme devresi eemdersnotlari.com

+


OZEL SCR - AGSCR

 2.8.2.AGSCR,

(The Amplyfying-Gate SCR: Yükseltici kapılı tristör )  AGSCR

bir tristördür. Çok küçük değerler olan 50µA'den küçük tetikleme akımında çalışması bir üstünlüğüdür.

 güç

denetiminde, çıkılabilir.

 tümdevre

1000A ve

1200V'un

üzerine

olarak üretilirken, yükseltici kapı özelliği kazandırılır. Kapı darbesi ile önce pilot SCR eklemleri iletime girer.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - AGSCR

Yükse ltici kapı yapısı

Kapı

Katot metal yüzeyi Pilot SCR

n1 A

A

p1 n2 p2

Rp

G K

G K (a)

(c)

Rp Anot metal yüzeyi

(b)

Şekil 2.79 AGSCR'nin (a)sembolü, (b)yarıiletken yapısı, (d)SCR eşdeğer devresi eemdersnotlari.com

IA


OZEL SCR - GTO

2.8.3.GTO Kapıdan Söndürmeli Tristör (Gate Turn-off Thyristor)  Normal

tristörlerden farkı, kesim konumuna alınırken, normal tristörlerin söndürme yöntemlerinin dışında kapı devresinden de söndürülebilmesidir.

 Tetiklemede  Kapı

kapıdan bir darbe uygulanIr

darbe akımının tersi yönünde bir akım uygulandığında kesime girerler.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - GTO

G

G

G

G

n+

n

+

+

+

p

p

+

n

n

+

+

p

p K

K

+

+

n

n

G

G

K

+

A

A

K

(a)

+

+

p

p

+

plazma

A

n (b)

plazma

+

n A

(c)

Şekil 2.80 GTO tristörü (a)sembolleri, (b)kapı kesim akımı başlangıcı anında, (c)daha sonraki aşamalarda plazma ve yarıiletken bölgelerdeki yük dağılımları. eemdersnotlari.com


OZEL SCR - GTO C2 0,04  600V D1 RCA D2201M

1N1345B T1

D2

R4 200 35W

C3 15 200V

E

çekirdek Siemens

L1 =10mH

R2 =12,5

C1 =0,33

35W + 

DGA girişi 45 30V 10V 4W 20KHz

100V Tr1 2N6292 R5 100

50

E55

(M 55)

G5001E L2 5mH R3 15W0V

Şekil 2.81 GTO ile örnek bir uygulama devresi eemdersnotlari.com

RY

+

160V 


OZEL SCR - GTO

BTW58-1300R GTO tristörü için özdeğerleri; VDRM =1300V (Kapamada 1500V)

Tekrarlı kapama gerilimi

VD

=750 V

Sürekli kesim gerilimi

IAef

=7,5A

İletimde etkin akım

IAor

=6,5A

İletimde ortalama akım

IAden. =25A tf

= 250ns

Denetlenebilen akım Akımın azalma zamanı

Tdepo. =(40°C)-(+150°C)

Depolama sıcaklık aralığı

TJ

Eklem sıcaklığı

=120°C

PT =65W (TA=25°C'de)

Maksimum iletim kaybı

RthJC =1,5°C/W

İç ısıl direnç

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - GTO

RthCA =0,3°C/W

Dış ısıl direnç

dv/dt=10kV/µs (VGR=5V)

Gerilim yükselme hızı

=1kV/µs (VGR=10V) VAT =3V (IA=5A, IG=0,2A)

Anot-katot gerilim düşümü

VGR =(3V) - (10V)

Kesim kapı gerilimi

VGT =1,5V (TJ=25°C, VG=12V)

İletim kapı gerilimi

IGT =200mA (TJ=25°C, VG=12V) İletim kapı akımı td

=0,25µs [IA=5A, VA=250V, IGF=500mA] Açma a. Yay.gecikme süresi

tr

=1µs

ts

=0,5µs

tf

=0,25µs [VGG=10V, LG=0,8µH, IA=5A, VA=250V]

[IA=5A, VA=250V, IGF=500 mA]

Açma akm. yükselme süresi

[VGG=10V, LG=0,8µH, IA=5A, VA=250V]

şeklinde üretici kataloglarında verilir. eemdersnotlari.com

Depolama süresi Düşme süresi


OZEL SCR - SUS

2.8.4.SUS (Silicon Unilateral Switch  silisyumlu tek yönlü anahtar) Tetikleme, lojik ve zamanlama devrelerinde kullanılan bir yarıiletken elemandır. 0,5A ve 20V'dan daha küçük kapasitelidir. Örnek olarak 2N4987 SUS için bazı öz değerler, VS=VFB= 6…10V

Anahtarlama gerilimi

IS = 0,5mA (maksimum)

Anahtarlama akımı

VH = 0,7V (25°C'de yaklaşık)

Tutma gerilimi

IH = 1,5mA

Maksimum tutma akımı

VF = 1,5V (IF=175mA'de) İletimdeki gerilim düşümü değeri VRB= 30V VG0= 3,5V eemdersnotlari.com

Kesime kutuplama gerilimi Kapı darbe gerilimi minimum tepe değeri


OZEL SCR - SUS

A IA

G

G

A + VS=15V

mA

IF

(a) K VRB

(c) IH

0 VH VF VFB=VS (b)

R1 10K

K C VA V 0,1 µ

R2 20

-

Tetikleme devresi VO (Darbe genişliği)

(d)

Şekil 2.83 SUS (a)sembolü (b)özeğrisi (c)eşdeğer devresi (d)Osilatör çıkış gerilimi ölçüm devresi eemdersnotlari.com


OZEL SCR - SUS

2.8.5.SBS (Silicon Bilateral Switch : Yarıiletken iki yönlü anahtar) Her 

iki yönde akım geçirir.

İki SUS'un şeklidir.

Kapı

ters

paralel

bağlanmış

devresine zener bağlanarak AA ile tetiklenen SBS'nin, tetikleme gerilimi küçültülebilir.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - SBS

T1

T1

+IA mA

G

R2

Dz2 -VRB

T2 (a) T1

+IH -IH =-IS +VFB VA V

G

Dz1

R1

T2

-IA T2 (b)

G

(d)

(c)

Şekil 2.84 SBS (a)sembolü, (b)SUS eşdeğer devresi (c)özeğrisi, (d)tranzistör eşdeğer devresi eemdersnotlari.com


OZEL SCR - SCS

2.8.6.SCS (Silicon Controlled Yarıiletken Denetimli Anahtar)  Dört

Switch

:

uçlu tristördür.

 PUT'daki

gibi bir anot kapı ve SCR'deki gibi bir katot kapı vardır. Her iki kapıdan tetiklenebilir.

 Anoda

doğru, ters akıtılmak istenen büyük akımlar SCS'yi kesime sokar. (OR) kapısı gibi çalışır.

 Zamanlama,

mantık ve tetikleme devresi uygulamaları ile düşük güç kapasitesine sahip uygulamalarda kullanılmaktadır.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - SCS

SCS'nin özeğrisi normal tristörler gibidir. BRY39 294-176 tipi bir SCS için öz değerler; VD=VR= 70V

IT = 250mA (TC=85°C),

IT =175mA (TA=25°C)

ITm

= 3A

VDRM =VRRM= 70V

di/dt

= 20A/µs

VGKm = 5V

IGKm

= 100mA

VGm

= 70V

Tdepo = 65°C ile +200°C

TJ

= +125°C

RthJA = 450°C/W

RthJA = 150°C/W (25°C'nin üzerinde)

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - SCS

A

A

AG K

AG

KG

KG K (a)

(b)

A K

KG

AG (c)

Şekil 2.85 SCS (a)sembolü (b)tranzistör eşdeğer devresi (c)BRY39 tipi SCS'nin fiziksel uç şekli eemdersnotlari.com


OZEL SCR - LAS

2.8.7.Işıkla Çalışan Tristörler çalışan diyot tristör, LAS Activated Switch)  Dış

Işıkla (Light

kapı bağlantısı yoktur.

 Işık,

pencere gibi olan kapısından girdiğinde tetiklenir.

 Kapama

gibidir. eemdersnotlari.com

ve iletim özeğrisi

tristör


OZEL SCR - LAS

Işıkla çalışan tristör, Activated SCR)

LASCR

(Light

 LAS'den

farkı, bir ışık kaynağıyla tetiklenebildiği gibi kapı devresinden bir darbe gerilimi ile tetiklenebilir olmasıdır.

 Işık

olmadan da normal kapıdan tetiklenebilir.

eemdersnotlari.com

SCR gibi


OZEL SCR - LAS

Işıkla çalışan SCS  Anot

veya katot kapılarıyla tetiklenebilmenin dışında üçüncü yol olarak bir ışık kaynağıyla tetiklenebilir.

LAPUT  Normal

PUT’dan tek farkı, LAPUT'un aynı zamanda ışıkla da çalışmasıdır.

 Bu

elemanın kullanımında da her iki tetikleme şekli birlikte veya ayrı ayrı olarak kullanılabilir.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - LASCR A

A

A

G

K (a)

KG (c)

A

K

(e) A

A

KG K (b)

K

G

AG

G

AG

K K (d)

(f)

Şekil 2.86 Işıkla çalışan tristörler (a)LAS, (b)LASCR, (c)ve tranzistör eşdeğer devresi, (d)LASCS, (e)ve tranzistör eşdeğer devresi, (d)LAPUT eemdersnotlari.com


OZEL SCR - LASCR

RY

R1

vS(t) =Vm sint Şekil 2.87 LASCR (a)LASCR ile SCR f tetikleme uygulaması, SCR (b)normalde kapalı, ışık ile tetiklenen SCR, (c)normalde açık, ışık ile kapanan A SCR

R4 LASCR C

R2 R3 A

(a)

R1

R1

SCR

LASCR R2

SCR

D1 LASCR R2 K

K (b) eemdersnotlari.com

+

(c)


OZEL SCR - LASCR D1

D2

Rp

R1 =39K

RY Triac

LASCR

C 0,1  F

(a) D1

D2 Rp

D4

R 1 =33K

Diac 32 V

D3

C

0,1  F

(b) eemdersnotlari.com

Şekil 2.88 Darlington ile tetiklenen LASCR ile tasarlanmış, (a) normalde kapalı, RY +v S(t) (b) normalde açık AA 220 V rölesi görevi yapan devre Tri ac f=50 Hz

R2

LASCR

D 5 Tr1

f=50 Hz

Diac 32 V

D3

D4

+v S(t) 220 V


OZEL SCR - TRIAC

2.8.8.İki yönlü tristör, TRIAC Ters

paralel bağlı iki tristör gibi tanımlanabilir. Her iki yönde de tristör olarak görev yapar.

Triyaklar

iletime sürülürken, dört ayrı iletim konumunda çalıştırılabilirler. Her bir konumun tetikleme düzeneği farklıdır.

eemdersnotlari.com


OZEL SCR - TRIAC

T1

B1

T2

B2

G

(c)

Şekil 2.89 İki yönlü tristör TRIAC, (a)sem bolü, (b)iletim -kesim özeğrisi, (c)uç ve fiziksel görünüşleri eemdersnotlari.com


OZEL SCR - TRIAC

I T1 m A 

T1

IF

B1 (-V FB ) V R B

G

IH

VF VH

0 VH VF IH T2 (c)

V FB V A V

B2 (b)

IF I T2 m A 

Ş ek il 2 .8 9 İk i yön lü tristör T R IA C , (a )sem b olü , (b )iletim -k esim özeğ risi, (c)u ç v e fizik sel g örü n ü şleri eemdersnotlari.com


OZEL SCR - TRIAC

IT1 mA

T1

IF

B1 (-VFB) VRB

G

IH VF VH 0 VH VF IH

T2

VFB VAV

B2

(c)

(b)

IF IT2

(c)

mA

Şekil 2.89 İki yönlü tristör TRIAC, (a)sembolü, (b)iletim-kesim özeğrisi, (c)uç ve fiziksel görünüşleri eemdersnotlari.com


OZEL SCR - TRIAC

T1

T1 Gate

Gate

n2

p2 n1 p1

n3

p2

n4

n1 p1 n4

y

x

y

T2 x

T2

Şekil 2.90 Triyak yarıiletken yapısının farklı eksenlerden kesit görünüşü eemdersnotlari.com


OZEL SCR - TRIAC

(+ +)

T2 T2

p1

e1 e2 e3

n4

e5

n1 n2

p 2 n3

G (+)

G

T1

p1 n1 p2 n1 p2 n2

(+) e4

(0)

(+ +)

(0) T1

(a)

Şekil 2.91 Triyak tetiklemesi için kutuplama konumları eemdersnotlari.com


OZEL SCR - TRIAC

(+ +)

T2 T2

p1 n4

e1 e2 e3

e5

n1 n2

p2 n3

G (+)

(0)

G

T1 (a)

p1 n1 p2 n1 p2 n2

(+) e4

T2

(+ +)

(0) T1

(+ +) n4

e1 e2 e3

p1 n1 n2 (0)

p2 n3 T1

(+ +) T2 p1 n1 p2

e5 n1 p2 G(-) G n3 e4 (-) (b)


n1 p2 n2 (0)T1


OZEL SCR - TRIAC (+ +)

T2 T2

p1

e1 e2 e3

n4

p 2 n3

n2

G (+)

G

e1 e2 e3

n1 n2

p2

(+ +) T2

n3 T1

n1 p2 G (-) G n3 e4 (-)

(a) (+) T1 e3 e2 e1

n2

n3

p2

G (-)

n3 p2 n1

(-)

T1

n4

(- -)

T2

e5 (c)

(+) n3 p2 n1

n1 p1

T2 (-)

n3 p2 n1

e3 e2 e1


n1 p2 n2 (0)T1

T1 G

e4

p1 n1 p2

e5

p1

(0)

(0) T1

T1

(+ +) n4

n1 p2 n2

(+) e4

(0)

p1 n1 p2

e5

n1

T2

(+ +)

(+)


OZEL SCR - TRIAC (+ +)

T2 T2

p1

e1 e2 e3

n4

p 2 n3

n2

G (+)

G

e1 e2 e3

(+ +) T2

n1 p2 G (-) G n3 e4 (-)

n1 p2

n2 (0)

n3 T1

(a) (+) T1 e3 e2 e1

n2

n3

p2

G (-)

n3 p2 n1

(-)

(+) T1 T1

n4

(- -)

T2

e5 (c)

(+) n3 p2 n1

n1 p1

(0)T1

T2 (-)

n3 p2 n1

(+)

G (+ +) e4

e3 e2 e1

T1

n2

n3 p2

G (+ +)

n1 p1

n4

(- -)

T2

n2 p2 n1

e5 (d)


n1 p2 n2

(b) G

e4

p1 n1 p2

e5

p1

(0) T1

T1

(+ +) n4

n1 p2 n2

(+) e4

(0)

p1 n1 p2

e5

n1

T2

(+ +)

p2 n1 p1 T2

p2 n1 p1 n1 p1 (- -) n4


OZEL SCR - TRIAC T a b l o 2 .8 T ri ya k ö zd eğ erl eri T riyak ö z d e ğ e ri V DR M [ V ] IT [A ] ITm ax

[A ]

d i/d t [A /µ s ] I G m a x [A ] P G m a x [W ] P G o r t . [W ] T d e p o [° C ] TJ [° C ] U T 0 (= V Tm ) [V ] d v /d t [V /µ s ] IH [m A ] I D R M [m A ]

T riyak 2 6 2 -0 2 8 ±400 0 ,3 5 (T A =

tip i 2 6 2 -7 3 1 ±800 8 (T A C = 5 7 ° C )

4 5 °C ) (T J = 6 1 2 5 °C )

70

50 2 1 0 ,1 -4 0 , + 1 5 0 -4 0 , + 1 2 5 1 ,4 … . 1 ,7 2 0 (T J = 1 2 5 °C ) 10 0 ,0 5

100 2 5 0 ,5 -4 0 , + 1 2 5 -4 0 , + 1 2 5 1 ,5 5 5 0 0 (T J = 1 0 5 ° C ) 50 1 ,5 (T J = 1 0 5 ° C )

(T J = 1 2 5 °C ) I G T (+ )(K nm .1 ) [m A ] (-)(K n m .2 ) (+ )(K n m .3 ) (-)(K n m .4 ) V G T [V ] R th J C [° C /W ]

eemdersnotlari.com

5 10 10 5 2 100

50 50 50 50 2 ,5 5

TC = 2 5 °C


OZEL SCR - MCT

2.8.9.MCT (MOSFET Controlled Thyristor) •Tristör-tranzistör karışımı olan MCT, tristör gibi çalışan ve MOSFET gibi de denetlenebilen bir elemandır. •Yapısında iki MOSFET bulundurur. Aynı kapı sinyaline bağlanan bu kapılardan biri iletimde iken diğeri kesimde olur. Bu nedenle bunlardan birine açık FET diğerine de kapalı-FET denebilir. eemdersnotlari.com


OZEL SCR - MCT Anot

Anot

A

Gate

Kapalı FET Gate

G

G

Kapalı FET

Açık FET

A

Açık FET

Katot

K

(a) Katot

Anot

K

A

(c)

Gate

Gate

G

G

Anot

A

Katot

K

(d) Katot (b)

K

Şekil 2.92 MCT için (a)p kanal eşdeğer devre ve (b)sembolü, (c)n kanal eşdeğer devre ve (d)sembolü eemdersnotlari.com


OZEL SCR - QUADRC

2.8.10. QUADRAC (Triyak+Diyak) •Tek paket içine yerleştirilmiş bir triyak ve bunu tetikleyecek şekilde bağlı diac elemanlarından oluşur.

MT1 Quadrac G

•Triyak gibi akımı her iki yönde akıtabilir. AA MT2 anahtarları ve faz denetimi Şekil 2.93 Quadrac sembolü yapmak üzere, hız, sıcaklık ve ışık denetiminde kullanılmak üzere geliştirilmiştir. eemdersnotlari.com


SCR SNUBBERS

2.9. TRİSTÖR KORUMA DEVRESİ (SCR Snubber Circuits)

•Tristör iletime veya kesime girdiğinde, indüktif bileşenli yükte gerilim yükselmeleri oluşur. •Buna göre RS, CS elemanları üzerinden geçecek bir akım akar. Dolayısıyla RS, CS koruma elemanlarını hesaplarken gerilimin maksimum değeri önemli rol oynar. eemdersnotlari.com


SCR SNUBBERS

•Tristöre paralel bağlı RC elemanının fonksiyonları;  Devredeki ve yükteki geçici olaylarla yükselen gerilimlerden tristörü koruması,  Kapama durumunu destekleyerek ve dV/dt'yi sınırlaması,  Kesim geriliminin tepe değerini azaltması,  Devrenin anahtarlama kayıplarını azaltması Olarak tanımlanabilir.

eemdersnotlari.com


SCR SNUBBERS

S

+

220V

~

vs (t)

L

RY IY

A SCR G IG

RS VA

K

CS

Şekil 2.94 AA şebekeden beslenen tristör koruma (gerilim söndürme) devresi eemdersnotlari.com


SCR SNUBBERS

DFW

A

LSeri

A

IY RY

+

SCR

IY

vs (t)

G

~

CS

IG (a)

RS VA

LY

RY

+ -

DS

-

A RP

DS

K

A

.

CS K

SCR

IG G

RS

LS

CS K

(c)

RS

CS

G IG (b)

A

LS

IY

Vsda

K

RS

LSeri GTO

(d)

IG G

Şekil 2.95 (a)RY yükü ve tristör koruma devresi, (b)DA kaynağından, (c) ve (d)genel RY-LY yükünü denetleyen GTO ve LS-DS-RS-CS koruma devresi, eemdersnotlari.com


SCR SNUBBER APPLICATIONS

Triyak Ls iYAA D1 + vs , f

Rs

 i

Cs

DA Motoru D3 iYDA

(-)

(di/dt)sö

(+) Ra

D4

La D2

Şekil 2.99 Denetimsiz köpru doğrultucu ile triyaklı faz denetimi

eemdersnotlari.com


SCR SNUBBER APPLICATIONS

1A 50Hz VCC Rgir

1 10V/ s 2

MOC 3021

6 180 0,1  G

2,4K C1

L=318mH

+

vS

1V/ s

 denetleyici

Şekil 2.101 Hassas kapı devreli triyak söndürme düzeni ve faz denetimi yapan ışık bağlantılı tetikleme eemdersnotlari.com


SCR KYIPLARI

2.10. TRİSTÖRÜN KAYIPLARI Genel olarak bir tristördeki güç kayıpları: Ø

Tetikleme (kapı devresi) kayıpları, (PG)

Ø Anahtarlama kayıpları, (PS) Ø

(iletim-kesim=açma-kapama)

İletim kayıpları, (Pİ )

Ø Kapama veya söndürme kayıpları (PD+PR ) dir. eemdersnotlari.com


SCR KYIPLARI

Tetikleme kaybı;

PG=VG.IG

W

Anahtarlama

PS0

W alınabilir.

Pozitif Kapama kayıpları;

PD=VDiD

W

(2.114)

Negatif kapama kayıpları;

PR=VRiR W

(2.115)

pi = viii

(2.116)

İletim kayıpları;

kayıpları,

W

•Tristörün ekleminde harcanacak güç, bir p-n ekleminin iletim özeğrisinden yaklaşım yapılarak hesaplanabilir. •İletimde olan bir yarıiletken p-n ekleminde Q çalışma noktası için, vi=UT0+U ve küçük üçgenden, tg=U'/I=RT olarak bu çalışma noktası için p-n ekleminin göstermiş olduğu direnç bulunur. eemdersnotlari.com


SCR SOĞUTUCULARI

20 mm (a)

100 mm

78 mm

12 mm

24 mm

8 mm (d)

(b)

70 mm 110 mm

101,3 mm

(c) 20 mm (e)

100 mm

Şekil 2.102 Tristörler için değişik şekillerde soğutucu profilleri eemdersnotlari.com


SCR KYIPLARI 90

P G = 2 W ( k a pı de vr e s i g ü ç k a y bı )

P io r [ W ]

di /dt | m a k s = 2 0 A / µ s 5 0 - 4 0 0 H z 'l i k f re k a n s l a rda Ek l e m s ı ca k l ı ğ ı n da g ö s t e r i l m i ş t i r .

80 70

% 5 0 i ş l e tm e fr e k a n s ı n da

% 33

60

% 25

50

% 1 6 ,7

40

% 8 ,3

30 t

20

T

10

% i ş l e tm e fr e k an s ı = 1 0 0 t/ T 0

10

20

30

40

50

60

70

Ii o r [ A ]

Ş e k il 2 .1 0 3 K a r e d a lg a ş e k lin d e k i b ir s in y a li d e n e tle y e n tr is tö r iç in o r ta la m a ile tim k a y ıp la r ı eemdersnotlari.com


SCR KYIPLARI

IA  A Q

Ii

P 0

R

UT0  U Vi

VA  V

Şekil 2.104 Bir pn ekleminin iletim özeğrisi eemdersnotlari.com


SCR KYIPLARI

IA  A Q

Ii

P 0

R

UT0  U Vi

VA  V



SCR KYIPLARI

IA  A Q

Ii

P 0

R

UT0  U Vi

VA  V



SCR KYIPLARI

IA  A Q

Ii

P 0

R

UT0  U Vi

VA  V



SCR KYIPLARI

IA  A Q

Ii

I   U' P

0

U T0

R V A  V



SCR KYIPLARI

IA  A Q

Ii

I   U' P

0

UT0

R  U Vi

V A  V



SCR KYIPLARI

IA  A

vi=UT0+U tg=U'/I=RT=U/Ii

Ii

Q

U=RTIi

I

vi=UT0+RTii

pi(t)= viii

  U'

=(UT0+RTii)ii 0

P UT0

R  U Vi

V A  V



SCR KYIPLARI

IA  A

vi=UT0+U tg=U'/I=RT=U/Ii

Ii

Q

U=RTIi

I

vi=UT0+RTii

pi(t)= viii =(UT0+RTii)ii 0

  U' P

R

U T0  U V i

V A  V



SCR KYIPLARI

Tetikleme kaybı;

PG=VG.IG

W

Anahtarlama

PS0

W alınabilir.

Pozitif Kapama kayıpları;

PD=VDiD

W

Negatif kapama kayıpları;

PR=VRiR W

İletim kayıpları;

kayıpları,

pi = viii

W

(2.114) (2.115) (2.116)

•Tristörün ekleminde harcanacak güç, bir p-n ekleminin iletim özeğrisinden yaklaşım yapılarak hesaplanabilir. •İletimde olan bir yarıiletken p-n ekleminde Q çalışma noktası için, vi=UT0+U ve küçük üçgenden, tg=U'/I=RT olarak bu çalışma noktası için p-n ekleminin göstermiş olduğu direnç bulunur. eemdersnotlari.com


SCR KYIPLARI

1 Pi  T

T

U

1  iT dt  T

T0

0

T

R

T

 i dt 2 T

0

T

T

1 1 2  U T 0  iT dt  R T i T dt  T 0 T 0       I or

2 I eff

 U T 0  I or  R T  I eff2

W 

( 2 . 117 )

olarak iletim toplam kayıp gücü bulunur. Tristördeki toplam güç kaybı PT ise tüm bu kayıpların toplamıdır. PT = PG+PS+PD+ PR +Pi eemdersnotlari.com

W

(2.118)


SCR KYIPLARI

•400Hz'in alınabilir.

altındaki

frekanslarda

PTPi

•Yapılan deneysel çalışmalar sonucunda, bir SCR'deki toplam kayıplar; iletim kayıpları ve iletim kayıplarının yüzde onu toplamını geçmediği görülmüştür. Pratik sonuçlara göre SCR elemanı toplam kayıpları;

PT1,1Pi olarak alınabilir. eemdersnotlari.com

W

(2.119)


SCR KYIPLARI

RY iA + v(t) ~ Vm sin t IG IA  A Im

(a)

(b)

0



-Im

eemdersnotlari.com



SCR

2

3

t s

Şekil 2.105.(a)SCR ile denetlenen yük devresi, (b)Yük akımının zamanla değişimine bağlı SCR kayıp süreleri


SCR KYIPLARI

IG

 mA

IA  A Im

0

-Im

 PD



2

Pi

PG +PS

3

t s

PR PS

(b)

Şekil 2.105.(a)SCR ile denetlenen yük devresi, (b)Yük akımının zamanla değişimine bağlı SCR kayıp süreleri eemdersnotlari.com


TRİAC KAYIPLARI

IA A Im

RY

iA

+ v(t) ~ Vm sin t

TRİYAK (b)

0 



+

2 2+ 3 ts

IA  A

Im

Im

PD

Pi

PR (a)

PG+PS

PS PG+PS

PS

0 T1 T

t  s

T2 (c)

Şekil 2.106.(a) İki yönlü akım ayarı dalga şekli, (b) Triyaklı AA ayarlayıcı devresi, (c)Kare dalga fonksiyonu eemdersnotlari.com


TRİAC KAYIPLARI

VG mV IA A0  tp Im

0





+

t s 

2  2  +

3

2 2+

3 ts

(a)

Im Şekil 2.106.(a) İki yönlü akım ayarı dalga şekli, eemdersnotlari.com


TRİAC KAYIPLARI

V G mV  2 2  + 

I A A0  t p Im

0



+ 



2  2 +  (a)

Im

PD

P G +P S

Pi

P

R

Pi

P S P G +P S

. PD P i

P S P G +P S

Şekil 2.106.(a) İki yönlü akım ayarı ve tristördeki kayıplar, eemdersnotlari.com

3

t s 

3  t s 


SCR KAYIP GÜCÜ

Problem 2.15 Soğutucu ile çalışan bir tristör tarafından denetlenen devrede, tristörden Şekil 2.149'daki gibi bir akım akmaktadır. Tristör özdeğerleri; UTo=1V, RT=10m, iç ısıl direnç RthJC=0,15°C/W, dış ısıl direnç RthCA=0,35°C/W, ortam sıcaklığı TA=25°C ve işletme sıcaklığı –55 ~ +125°C arasındadır. (a)PT=?, Toplam kayıp güç PT'yı, hesaplayınız. (b)UT=?, Çözüm 2.15 Verilenler: UTo=1V, RT=10m, RthJC=0,15°C/W, RthCA=0,35°C/W, TA=25°C ve işletme sıcaklığı –55~125°C arasındadır. İstenenler: (a)PT=?, (b)UT=?

eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

IA

 A

Im =150 Ior =Id 0

t1 =10

t2 =T=30

t s

Şekil 2.149.Problem 2.15 için SCR akımı eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

(a) PT = UTo Ior+ RT I²ef Ior=(t1/T) Im =(10/30) 150 = 50 A I²ef=(t1/T) I²m=7500 A² PT = 150 +0,017500 = 125 W (b)

eemdersnotlari.com

UT = UTo+RT  IT = 1+0,01x150= 2,5 V


SCR KAYIP GÜCÜ

Problem 2.16 Tristör denetimli devreden Şekil 2.150'daki gibi bir akım akmaktadır. Tristör özdeğerleri; UTo=1,2 V, RT=10 m, ortam sıcaklığı TA=40°C ve işletme sıcaklığı – 55~125°C arasındadır. (a)Toplam kayıp gücü, (b)Maksimum gerilim düşümünü hesaplayınız. Çözüm 2.16 Verilenler: UTo=1,2V, RT=10m, TA=40°C ve işletme sıcaklığı –55~125°C. İstenenler: (a)PT=?, (b)UTmaks.=? eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

IA  A

Im =20 Ior=Id 0

t1 =10

t2 =T=20 t  s 

Şekil 2.150.Problem 2.16 için SCR akımı eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

(a)

0 < t < 10 10 < t < 20

iT(t) = 20 A iT(t) = 0 A

Ior=1020/20=10 A ve I2ef=10202/20=200 A2 PT=1,210+1010-3200 = 12,2 W (b) UTmaks = UTo+RT ITmaks =1,2+0,0120 =1,4 V

eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

Problem 2.17 Soğutucu ile çalışan bir tristör ile denetlenen devreden, Şekil 2.151'deki gibi bir akım akmaktadır. Tristör özdeğerleri; UTo=1V, RT=10 m, ortam sıcaklığı TA=45°C ve işletme sıcaklığı –55~+125°C arasındadır. (a)Toplam kayıp gücü PT, (b)Maksimum gerilim düşümünü UTmaks. bulunuz. Çözüm 2.17 Verilenler: UTo=1V, RT=10 m, TA=45°C ve işletme sıcaklığı –55 ~ +125°C İstenenler: (a) PT=?, (b) UTmaks.=? eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

IA  A  150

0



2

 t  ra d. 

Şek il 2.151 Problem 2.17 için SCR ak ımı eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

(a)

0 < t < 

iT(t)=150 sint A

 < t < 2

iT(t)=0 A

Ior = Im/ = 150/ = 47,75 A I²ef= I²m/4 = 150²/4 = 5625 A² PT=147,75+0,015625 = 104 W (b) UTomaks=UTo+RT IA = 1+0,01150 = 2,5 V

eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ Problem 2.18 Bir tristörden, Şekil 2.152'deki gibi (a,b,c,d) akımlar akmaktadır. Tristör özdeğerleri; UTo=1,1V, RT=2,2 m değerlerindedir. Her bir akım şekli için toplam kayıp gücü (PT) hesaplayınız. IA  A

IA  A

200

200 Ior

Ior 

0 IA  A

2

(a)

0

 t  rad. 

IA  A

2

 t  rad. 

(c)

200

200

Ior

Ior 0



 =  /3 (b)



2

 t  rad. 

0

 =  /3



(d)

Şekil 2.152 Problem 2.18 için SCR akım şekilleri eemdersnotlari.com

2

 t  rad. 


SCR KAYIP GÜCÜ

Çözüm 2.18 Verilenler: UTo=1,1V, İstenenler: PT=?

(a)

RT=2,2 m.

Ior=Im/ = 200/ = 63,662 A I²ef=I²m/4 = 200²/4 = 10 000 A²

PT=1,163,662+0,002210 000 = 92,028 W (b) PT =1,147,746+0,00228044,989=70,219 W (c) PT =1,1127,323+0,002220 000 = 184,055 W (d)PT =1,195,492+0,002216089,977=140,439 W

eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

Problem 2.19 Doğrultucu olarak kullanılan silisyum bir diyodun iletimdeki gerilim düşümü, UA=0,85V+0,0009.iA amper şeklinde değişken bir fonksiyondur. Şekil 2.152.(a) da çıkış gerilim değişimi gösterildiği gibi, 1Ph1W1P çalışma konumunda omik bir yükü beslerken akımın ortalama değeri Id=200 A olduğuna göre ortalama güç kaybı ne olur? Çözüm 2.19 Verilenler: UA=0,85V+0,0009.iA, Id=200 A, ve çıkış eğrileri. İstenenler: PT =?

eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

IA A

IA A

200

200 Ior

Ior 

0 IA A

2

(a)

0

t rad.

IA A

2

t rad.

(c)

200

200

Ior

Ior 0



=/3  (b)

2

t rad.

0

=/3 

2

t rad.

(d)

Şekil 2.152 Problem 2.18 için SCR akım şekilleri eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

Çözüm 2.19 Ior=Id=200 A'dır Id = Ior = Im/'den, Im= 200 = 628,318 A I2ef= I2m/4 = 98696,044 A2 PT =0,85200+0,000998696,044 = 258,826 W

eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

Problem 2.20 Tek tristörle denetlenen Şekil 2.153 daki devrede VS=220V, f=50Hz, UTo=1V, RT=0,2 dur. (a)=90° iken tristör ve yükteki gerilimlerin değişimini çiziniz. (b)İletimde güç kayıplarını hesaplayınız. Çözüm 2.20 Verilenler: VS=220 V, f=50 Hz, UTo=1 V, RT=0,2 , VZ=30 V, VC=VD=15 V, RY=100 İstenenler: (a)=90° iken VA ve VY değişimi, (b)PT=? eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

RY =100  iY= iA +

~ vs(t)=Vm sin

SCR 15V R

Rz

IG C 6F

DZ 30V

t

Şekil 2.153 Problem 2.20 için SCR denetimli devre eemdersnotlari.com


SCR KAYIP GÜCÜ

Çözüm 2.20

v SCR  V 220  2

(a) =90°'de 0  = /2 (=/2) tristör ve yük -220  2 gerilimi V Y V değişimi Şekil 220  2 2.154'de gösterilmektedir. 0



2

 t  rad. 

 = /2 

2

 t  rad. 

-220  2

Şekil.2.154  =90°'de V eemdersnotlari.com

SCR

ve V Y değişimi


SCR KAYIP GÜCÜ

Çözüm 2.20 (b) Ior= 0,495 A

ve Ief2 =1,21 A²

PT=10,495+0,21,21 = 0,737 W olarak hesaplanır.

eemdersnotlari.com

Güç Elektroniği - Kocaeli Üniversitesi Do.dr.Nurettin Abut Ders Notları.

Recommend Documents