pdfslide.tips_nota-power-electronics-1.ppt

`
JABATAN TENAGA MANUSIA
2
•Definisi
•Masa depan Elektronik Kuasa
•Peranti semikonduktor kuasa
•Litar-litar kawalan elektronik Kuasa
•Kegunaan Elektronik Kuasa

`
3
Elektronik kuasa merupakan gabungan kuasa, elektrik dan
kawalan
Kuasa : Bidang yang berkaitan dengan peralatan kuasa (statik
atau berputar)
Elektronik : Bidang yang berkaitan dengan peranti keadaan
pepejal dan litar isyarat untuk memenuhi keperluan kawalan.
Kawalan: Ciri dinamik atau mantap bagi sistem gelung tertutup
yang mengawal isyarat.
TAKRIFAN ELEKTRONIK KUASA

`
4
Bidang khusus yang terlibat:
1) Rekabentuk suis semikonduktor kuasa yang boleh
dikawal
a) Suis yang pantas b) Kehilangan yg minimum
c) Kos yg murah
2) Rekabentuk litar kawalan get yang cekap dan tepat
Cth: a) Picuan pada tapak BJT b) Picuan pada get
MOSFET,GTO dan IGBT.
1) Rekabentuk yang mempunyai kadaran terbaik
-Ukuran mak. peranti yang dapat menahan V & I yg tinggi
dlm masa yg singkat.
MASA DEPAN ELEKTRONIK KUASA

`
5
PERANTI SEMIKONDUKTOR KUASA
• Bermula pada tahun 1957, apabila SCR (Silicon Controlled
Rectifier) di perkenalkan.
• Peranti semikonduktor di kelaskan seperti berikut:
i) Diod Kuasa
ii) Thiristor Kuasa
iii) BJT Kuasa
iv) MOSFET Kuasa
Beberapa pilihan lain bagi diod:
a) Diod penggunaan umum
- Kadaran setakat 3000V, 3500A dan masa pemulihannya ialah
50ms sehingga 1s.
b) Diod pantas (atau pemulihan pantas)
- Kadaran pengalian setakat 3000V, 1000A, masa pemulihan yg
agak pantas 5µs dan 0.1s.

`
6 PERANTI SEMIKONDUKTOR KUASA
Beberapa Pilihan Thiristor
a) Thiristor tukar tertib (force-commutated)
b) Thiristor tukar tertib talian (line commutated)
c) Thiristor pengaliran songsang (RCT- Reverse Conducting
Thyristor)
d) Thiristor aruhan statik (SITH- Static Induction Thyristor)
e) GATT (Gate assisted turn-off thyristor)
f) LASCR (light activated SCR)

`
7 PERANTI SEMIKONDUKTOR KUASA
Peranti pensuisan semikonduktor di kelaskan mengikut keperluan asas
spt berikut:
i. Pusingan ON/OFF Tak Terkawal ( cth: Diod)
ii. Pusingan ON/OFF Terkawal (cth: Thiristor, BJT, MOSFET)
iii. Isyarat Get Berterusan (contohnya: SCR, GTO)
iv. Keupayaan arus dwihala (contohnya: TRIAC, RCT)
v. Keupayaan arus satu hala (contohnya: SCR, GTO,BJT dan lain-lain)
Ciri Kawalan Peranti Kuasa
- Sebagai suis menerusi kawalan isyarat.
- Kawalan boleh dibuat melalui:
i) Isyarat ke pangkalan get utk peranti thiristor, FET & MOSFET.
ii) Isyarat ke tapak untuk peranti BJT
iii) Isyarat cahaya spt LASCR

`
10 LITAR-LITAR KAWALAN ELEKTRONIK
KUASA
• Pengkelasan litar elektronik kuasa berdasarkan penukar kuasa yang
terlibat.
• Litar-litar yg digunakan dalam kawalan elektronik kuasa:
i) Penerus tak terkawal ( Litar diod)
ii) Penukar ac kepada dc (terkawal dan tak terkawal)
iii) Penukar dc kepada dc (‘Chopper’/pemenggal)
iv) Penukar dc ke ac (‘Inverter’/penyongsang)
v) Suis-suis statik

`
11 Panduan mereka bentuk litar elektronik kuasa:
i) Rekabentuk litar
ii) Perlindungan peranti
iii) Penentuan Strategi Kawalan
iv) Rekabentuk litar pemicuan
Kegunaan Elektronik Kuasa
1) Rumah dan tempat kediaman (Cth: peti sejuk, lampu, peralatan
elektronik)
2) Perdagangan (Cth: UPS, peralatan pejabat)
3) Industri (Cth: pam, pemampat, alat-alat mesin, robot)
4) Pengangkutan (Cth: pengecas bateri, kawalan elektronik)
5) Sistem-sistem pengguna (Cth: HVDC)
6) Telekomunikasi (Cth: Pengecas bateri)

`
12
Faktor- faktor yang mempengaruhi kepentingan elektronik kuasa:
1) Keupayaan pengendalian kuasa semakin bertambah
2) Kawalan lebih mudah
3) Kos rekabentuk kurang
4) Penggunaan suis dalam pelbagai rekabentuk litar

`
13
Diod Kuasa
+
-
p n
+
-
D
a) Simpang pn diod
b) Simbol bagi diod
Ciri- ciri Diod
 Terdiri dari simpang pn.
Simpang pn suatu diod biasanya dibentuk secara pengaloian (alloying),
resapan (diffusion) dan pembesaran epitaksi(epitaxial growth).
Teknik kawalan moden dalam proses resapan dan epitaksi hasilkan ciri-
v
i
c) Ciri praktikal suatu
diod
Vf

`
14
Ciri- ciri Diod
 Diod berpengaliran dalam keadaan pincang hadapan. Iaitu, anod
lebih positif dari katod.
 Diod berpengaliran mempunyai kejatuhan voltan pincang hadapan
melaluinya.
 Magnitud kejatuhan voltan disebabkan:
i. Proses pembuatan
ii. Suhu simpang
 Apabila katod lebih positif dr. anod:
i. Diod dlm keadaan pincang balikan
ii. Arus balikan (arus bocor) dalam julat mikro/ mili ampere
melaluinya.
iii. Ia akan meyebabkan pertambahan magnitud voltan balikan
sehingga voltan runtuh (zener) diperolehi.

`
15 LENGKUNG I-V DIOD

`
16
Ciri Pincang Balikan
• Arus yg mengalir melalui simpang pn adalah arus penepuan balikan.
•Arus ini mengambil masa tertentu utk bersatu dgn cas-cas berlawanan
sebelum menjadi neutral dan tempoh ini di panggil masa pulih balikan tRR.
• Arus yg terhasil dari proses in di kenali sbg. Arus pulih balikan IRR.
• Masa tRR ini dapat di tentukan menerusi proses resapan dan epitaksi.
v
i
tRR
IRR

`
17
Masa Pulihan Balikan
- Masa diantara mulanya arus melintasi nilai sifar semasa pertukaran
dari pengaliran kehadapan kepada keadaan balikan dan masa bila arus
balikan susut menjadi 25% dari nilai puncak balikan.
• Nilai ini bergantung kepada:
i) Suhu peranti
ii) Kadar Kejatuhan arus hadapan
iii) Arus kehadapan semasa penukartertiban

`
18
Jenis-jenis Diod Kuasa
1) Diod kegunaan am (diod frekuensi talian) –general purpose diode
• Voltan bagi keadaan hidup (ON) direka supaya nilainya serendah
mungkin.
• Masa pulih yg agak tinggi = 25µs hingga 30µs
• Kadar pengendalian arus dan voltan sehingga beberapa ribu ampere
dan volt.
• Contoh: dalam litar penerus
2) Diod pulih pantas (Fast recovery diode)
• Direka utk litar beroperasi pada frekuensi tinggi, aitu kurang dari 5µs.
• Kadar pengendalian arus dan voltan setakat beberapa ratus ampere dan
volt.
• Cth: Dalam litar pemenggal (chopper)

`
19
3) Diod Schottky (Schottky diode)
•Biasa digunakan bagi litar yg memerlukan kejatuhan voltan depan yg
rendah
•Keluaran adalah rendah
•Keupayaan pengendalian arus dan voltan rendah, iaitu setakat 100V dan
300A.

`
20 Menentukan kehilangan kuasa dari
peranti pensuisan

`
24 Contoh 1:

`
26 CIRI- CIRI SUIS TERKAWAL
1) Pada keadaan tutup (OFF) arus bocor mestilah kecil
2) Voltan keadaan buka, Vo yang kecil supaya kehillangan
kuasa pada keadaan tersebut dikurangkan.
3) Tempoh masa BUKA dan TUTUP yang pantas. Ini
membolehkan peranti digunakan untuk pengendalian
frekuensi yang tinggi.
4) Mempunyai keupayaan voltan hadapan yang besar.
5) Mempunyai penahan balikan yang besar.
6) Kadaran arus keadaan BUKA yang tinggi.
7) Memerlukan kawalan kuasa yang kecil untuk mensuiskan
peranti ini.
8) Berupaya menahan voltan dan arus terkadar yang
berterusan.

`
27 TRANSISTOR KUASA (BJT)
a) Struktur b) Simbol
c) Ciri I-V
Ciri-ciri
• 3 lapisan npn atau pnp
• Mempunyai 3 terminal Pengumpul (C),
Tapak (B) & Pengeluar (E)
• Peranti pemicuan arus. IB tentukan
transistor keadaan ON atau OFF

`
28
Kendalian:
•Arus pengumpul IC adalah fungsi arus tapak IB.
• Perubahan pada IB hasilkan perubahan pada IC untuk VCE tertentu.
• Transistor tidak beroperasi pada mod balikan,
• Kehilangan kuasa adalah fungsi VCE & IC.
• Kehilangan kuasa:
P = VCE X IC
Litar Kawalan Beban

`
29 Contoh 1
Jika nilai voltan bekalan = 200V,
Arus di laraskan supaya IC = 10A
pada R = 10Ω. Carikan
i) kehilangan kuasa ?
ii) Kecekapan litar ?

`
30
MOSFET
b) Simbol c) Ciri I-V
a) Struktur
(enhancement)
Ciri-ciri
• 3 terminal Salir (D), Get (G) & Sumber (S)
• Arus mengalir dari D ke S di kawal oleh VGS.
• Bila VGS +ve, transistor ON

`
31
INSULATED GATE BIPOLAR
TRANSISTOR (IGBT)
a) Simbol b) Ciri I-V
Ciri-ciri
• Kombinasi sifat +ve BJT & MOSFET.
• Pensuisan laju (200-500nanosaat).
• Kejatuhan voltan rendah semasa pengaliran.
• Keupayaan membawa arus yg tinggi.

`
32
INSULATED GATE BIPOLAR
TRANSISTOR (IGBT) con’t
Struktur Fizikal
Litar setara

`
33
THIRISTOR
a) Struktur
b) Ciri I-V
Ciri-ciri
• 4 lapisan (pnpn) & 3 simpang pn.
• 3 terminal iaitu Anod (A), Katod (K) & Get (G)
• Berpengaliran bila, arus yg kecil mengalir pada terminal Get ke
Katod. Anod lebih +ve dr. Katod.
• Bila dlm keadaan b’pengaliran, Get tiada kawalan & terus ON
b) Simbol

`
34
THIRISTOR con’t
Analisa Litar:
Maka:
Dimana:
ICBO = Arus pengumpul bocor
α = Gandaan arus tapak sepunya

`
35 Kaedah Untuk Menghidupkan (ON) Thiristor
1. Menambahkan arus get, IG.
2. Menambahkan suhu pada
simpang peranti, Tj
3. Menambah voltan anod ke
kayod, VAK.
4. Menambah kadaran dV/dt
5. Menyuntik tenaga ke simpang
secara optik
Kesan perubahan arus get
dan voltan VAK
Nilai VAK pada keadaan BUKA (ON)
adalah berbeza, bergantung pada IG.
Nilainya anatara 0.3V hingga 0.8V

`
36
Kaedah Untuk Mematikan (OFF) Thiristor
• Kurangkan arus depan, IAK supaya lebih kecil dari arus
penahan, IH.
• Masa tutup ditakrifkan sebagai, tq = trr + tr
• Masa tutup merupakan ciri penting menentukan penggunaannya.
Biasanya di tentukan oleh pembuat peranti.
Gelombang masa pulih bagi thiristor

`
37
JENIS-JENIS THIRISTOR
Dikelaskan bergantung kepada binaan fizik, sifat-sifat tutup/buka, kadaran
kuasa, kelajuan pensuisan & lain-lain.
1. Thiristor Kawalan Fasa (SCR)
2. Thiristor Pensuisan Pantas (SCR)
3. GTO (Gate Turn OFF)
4. MCT (MOS Controlled Thiristor)
5. TRIAC (Thiristor Triod Dua Hala)
6. SITH (Static Induction Thiristor
7. LASCR (Light Activated SCR)

`
38 GTO (GATE TURN OFF THIRISTOR)
a) Simbol
b) Ciri I-V
Ciri-ciri
• Prinsip operasi sama dgn thiristor
• Beza pada Get picuan. Di hidupkan menerusi
picuan get +ve & dimatikan dgn picuan get –ve.

`
39
MCT (MOS Controlled Thiristor)
Peranti baru, gabungkan MOSFET & thiristor. Diperolehi secara kormesial dari
Harris Semiconductor.
Ciri-ciri:
• Kejatuhan voltan hadapan yg. rendah & keupayaan membawa arus yg. besar
semasa keadaan ON.
• Kelajuan pensuisan yg. tinggi. (>dr. IGBT, < dr. MOSFET)
• Keupayaan DV/dt dan Di/dt yang tinggi.
• Boleh dihidupkan (ON) atau dimatikan (OFF) menggunakan litar get.
Simbol P-MCT Simbol N-MCT

`
40
PERBANDINGAN SUIS (TAHUN 2003)

`
41 PERBANDINGAN PERANTI

pdfslide.tips_nota-power-electronics-1.ppt

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to pdfslide.tips_nota-power-electronics-1.ppt

Similar to pdfslide.tips_nota-power-electronics-1.ppt (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

pdfslide.tips_nota-power-electronics-1.ppt