- Čím je dán maximální proud který může součástkou protékat?
- Základem je 1cm2
- Bude tam výkonová ztráta
- Pmax=1V⋅Imax
- Zajímá nás tepelná vodivost -> odvod tepla
- Musíme zvýšit tepelnou vodivost
- Blokovací napětí je omezeno průrazným napětím a to je omezeno šířkou zakázaného pásu
Dioda – Mezní hodnoty proudu <1A až >5kA, napětí od 10 V do 10 kV (i více). Rychlost spínání v rozsahu od 20 ns po 100µs. Aplikace usměrňovače, DC/DC měniče, ochrany.
BJT – Jednosměrně spíná kolektorový proud, je-li báze proudově buzena. Mezní hodnoty proudu 0.5A až 500A, napětí od 30 V až 1200 V. Rychlost spínání v rozsahu od 0.5 do 100µs. Aplikace DC/DC měniče, případně s diodami v invertorech. Velká statická spotřeba – nahrazen MOSFETem a IGBT.
MOSFET – Jednosměrně spíná kolektorový proud, při dostatečném napětí na hradle. Výkonové MOSFETy mají indukovaný kanál (Normally-OFF) a anti-paralelní „body“ diodu, kterou lze u některých typů využít pro neřízené spínání ve třetím kvadrantu. Mezní hodnoty proudu 0.5A až 150A, napětí od 20 V až 1000 V. Vysoká spínací rychlost v rozsahu od <50ns do 200µs. Aplikace DC/DC měniče a invertory.
- Dělají se jako indukovaný
- ==Musí být normally off== -> tranzistor co je při nulovém napětí off
- Křemík limit 1KV
IGBT – Insulated Gate Bipolar Transistor – integruje vlastnosti BJT spínaného MOSFETem. Funkce jako MOSFET, ale nižší RDS_ON při vysokém proudovém zatížení, rychlejší než BJT, bez statické spotřeby. Mezní hodnoty proudu 10A až 600A, napětí od 600 V až 2500 V. Vysoká spínací rychlost vyšší než u BJT. Aplikace v invertorech pro výkony 1 až >200 kW. Čistě výkonová součástka.
- Doplňuje mosfet o jednu injekční elektrodu
- Jde jí více proudově zatížít
- Je bipolární ale spínací rychlosti jak MOSFET
Tyristor – Chová se jako řízená dioda, je-li na hradlo přiveden proudový impulz. Blokuje do proudového impulzu, poté se udržuje sepnutý, dokud není vypnut poklesem anodového proudu. Mezní hodnoty proudu 10A až >5kA, napětí od 200 V až 6500 V. Spínací rychlost 1 až 200µs. Čistě výkonová součástka užívaná pro vysoké výkony.
- Pomalá ale na největší výkony
- Problematické řízení
- Přenosová soustava
GTO – Gate Turn-Off thyristor. Tyristor, který je možné vypnout záporným proudovým impulzem na hradle. Nahrazuje BJT v oblasti vysokých výkonů. Parametry shodné s tyristorem. Aplikace v invertorech nad 100 kW.
TRIAC – Čtyřkvadrantový spínač realizovaný antiparalelním spojením dvou tyristorů. Mezní hodnoty proudu 2A až 50A, napětí od 200 V až 800 V. Použití ve stmívačích, domácích aplikacích a pracovních nástrojích. Méně odolný než ostatní výkonové součástky, vhodný pro AC aplikace.
- Antizapojení dvou tyristorů
- Míň odolný a hůř se vyrábí
MCT MOSFETem řízený tyristor, stejná funkce jako GTO, ale má jednodušší řízení a je rychlejší. Společně s IGCT (Integrated Gate Controlled Thyristor – GTO s integrovaným řízením) nahrazuje GTO v určitých aplikacích.
-
Můžeme rozlišovat dle vodivosti -> majoritní/minoritní
-
Majoritní součástka -> jednoduše se to řídí
-
Dielektrická relaxační doba -> v řádech pikosekund
-
Měkké vypínání -> pozvolné
-
Tvrdé vypínání -> hned
-
Dotace u mikronového tranzistoru -> 1017 v kubickém cm
Teplota u výkonových součástek
- významný parametr
- omezuje možnosti aplikace výkonových součástek
- omezuje spínací frekvenci
Tepelná impedance
-
Záporný teplotní koeficient součástek a co udělat abych ho změnil
-
PN přechod -> 2mv/K
-
vlivem klesající bariéry přechodu nám teplotní koeficient
-
U mosfetu se hýbe prahové napětí s teplotou
- Prahové napětí -> nastává silná inverze
-
Dioda -> lineární proudový zdroj a emuluje shockleyho rovnici a odpor, ten představuje vodivost polovodičového materiálu
Napětí -> napětí na které je součástka navržena
- Doba života je jak dlouho elektronny/díry "jsou v polovodiči" než rekombinují.
Výkonové polovodičové diody
- čipové/waferové
- waferové, mnohem menší výtěžnost
- PiN dioda
- Má tam navíc intrezickou vrstvu klasicky
- Bipolární -> injektuju elektrony i díry
- Vysoká injekce -> to co platilo předtím už neplatí. Koncentrace injekovanách nositelů je větší než dotace.
- U BJT když mám vysokou injekci, tak mi to sníží proudové zesílení
Shottkyho dioda
-
Máme jen minoritní nosiče -> skvělá doba zotavení
-
Obrazová síla -> vyrvu elektron z kovu a zůstane tam díra, musím vynaložit extra sílu na zahlazení té díry.
Přechod PN a MS
- Shottkyho dioda má mnohem jemnější průchod průrazného napětí.
- Odpor driftové oblasti je dán = dotací -> na jakou napěťovou třídu je navržena
- PiN dioda = injekujeme elektrony i díry