Elektrotechnika Pednka 11 Vkonov elektronika Dioda tyristor triak

Elektrotechnika Přednáška 11. – Výkonová elektronika Dioda, tyristor, triak, tranzistor – použití Měniče el. výkonu – AC/DC (usměrňovače), DC/AC (střídače), DC/DC, AC/AC (měniče kmitočtu) Miroslav Novák © 2012 Tento materiál vznikl za podpory projektu Modernizace didaktických metod a inovace výuky technických předmětů.

Přeměna elektrického výkonu Měníme napěťové/proudové poměry a charakter proudu střídavý/stejnosměrný případně frekvenci Výkonové hladiny m. W až 100 MW Usměrňovač AC/DC (neřízený i řízený) Střídač DC/AC DC měnič DC/DC (střídač + usměrňovač) Frekvenční měnič AC/AC (usměrňovač+střídač) Nutné spínání a vypínání proudu

Polovodiče – prvky na rozhraní kovů a nekovů C, Si, Ge, Sn

Dioda Obsahuje jeden PN přechod Oblasti P a N vytvořeny dotováním základního polovodičového materiálu (Si) donory (např. P, In) Uprostřed vzniká oblast prostorového náboje Zapojme diodu v blokovacím směru – elektrostatické síly rozšiřují oblast prostorového náboje – dioda nevede (až na parazitní proud způsobený nečistotami polovodiče) Při překročení průrazného napětí dojde k prudkému nárůstu proudu – hrozí výkonové zničení = přehřátí

Dioda Zapojme diodu v propustném směru – elektrostatické síly zaplní oblast prostorového náboje – dioda vede K zaplnění je potřeba překonat prahové napětí 0, 7 V pro Si diody

Dioda Různé typy • Usměrňovací – velký IF, UBR • Shottkyho (N+kov) – velmi rychlé zotavení – pro spínané zdroje • Zenerova/lavinová – malé a definované UBR – pro stabilizaci napětí • PIN – velmi rychlé – telekomunikace • LED – při rekombinaci V PN přechodu dochází k vyzáření světla. . .

Dioda jako usměrňovač Vhodným zapojením do obvodu dojde k usměrnění procházejícího proudu • jedno-cestný usměrňovač • dvou-cestný • Gretzův můstek Zapojením kondenzátoru dojde k vyhlazení C = ( Im· 0, 5·T ) / (Um - Ux)

Tyristor 4 vrstvá součástka – řízená dioda • závěrný stav • blokovací stav • propustný stav Pro řízené usměrňovače – DC motory Spínání velkých výkonů – několik k. V při k. A

Triak Antiparalelně spojené tyristory Pro řízení AC výkonu (pouze menší proudy) Vysavače, vrtačky, stmívače pro žárovky

Tranzistor Třívrstvá součástka • spínací režim – jako tyristor, ale jde i vypnout • spojitý režim – analogové zesilovače

Střídač Mění stejnosměrný proud na střídavý Nutné spínací prvky Vhodným zapojením se otáčí směr proudu Střídavý proud můžeme transformovat použití: 230 V AC v automobilu, fotovoltaická elektrárna

PWM – pulse width modulation Změnou poměru dob sepnutí a vypnutí = střída signálu, lze řídit velikost proudu v obvodu (indukčnost zátěže, např. motoru -> proud je integrálem napětí -> z obdélníků se stávají trojúhelníky) Můžeme generovat libovolný průběh (mírně zubatý) – nejčastěji sinusovku

DC/DC měnič rozstřídat nebo rozsekat proud – transformovat nebo indukovat – usměrnit Varianty: snižující (Buck), zvyšující (Boost), obojetný (Buck-boost), Flyback, s půlmůstkem, půným můstkem, push-pull, nábojová pumpa, . . . základní deska PC – napětí procesor nabíječky baterií výpočetní technika spotřební elektronika snižující (Buck) Jednoduchý měnič DC/DC boost. Výstupní napětí bez stabilizace je kolem 100 V na prázdno. Po zatížení napětí klesá

Frekvenční měnič Usměrňovač – meziobvod (proudový s cívkou nebo napěťový s kondenzátorem) – střídač

Shrnutí Známe principy a charakteristiku • • diody tyristoru triaku malinko tranzistoru Víme jak funguje • • usměrňovač střídač DC/DC konvertor frekvenční měnič Víme co je PWM

Literatura TKOTZ, Klaus a kol. Příručka pro elektrotechnika. Europa-Sobotáles, Praha, 2006. 2. dopl. vyd. 623 s. ISBN 80 -86706 -13 -3 Spousty materiálů na webu