elektrik port üyelik servisleri elektrik port üyelik servisleri

Motor Sürücüleri 1. Bölüm |
Güç Elektroniği Anahtarlama Elemanları

Bu yazı dizisinde anlatılacak olan konvertör ve inverter devrelerinde kullanılan yarı iletken anahtarlama elemanları BJT, TRİSTÖR, MOSFET, IGBT veya GTO olabilir. Hangi elemanın kullanılacağı; devrenin özelliklerine, gücüne, maliyetine daha da önemlisi motor sürücüsü imal eden şirketin teknolojisine bağlıdır.



A- A+
23.08.2016 tarihli yazı 4719 kez okunmuştur.

Yarı İletken Anahtarlama Elemanları:

 

Diyot


Doğru polarmada yani Anod bacağına “+” Katod bacağına “-” polaritede bir gerilim verildiğinde kapalı bir anahtar gibi davranarak elektrik akımının geçişine müsaade eden, ters polaritede ( Anot “-” ve Katod “+” ) açık anahtar haline gelen ve elektrik akımının geçişine müsaade etmeyen devre elemanıdır. Diyotun iletim ve kesimi tamamen üzerine uygulanan gerilimin polaritesine bağlı olup herhangi bir kontrol edilebilirlik özelliği yoktur.
 

Şekil 1:  Diyot Sembolü ve Resmi


Tristör (SCR – Silikon Kontrollü Doğrultucu – Silicon Control Rectifier)


Kontrollü bir diyottur diyebiliriz. Doğru polarmada yani Anod bacağına “+” Katod bacağına “-” polarite bir gerilim verildiğinde iletime geçmek için Gate bacağından tetikleme gerilimi uygulanmasını bekler. Doğru polarite altında tetikleme verildiğinde iletime geçer ve kapalı bir anahtar gibi davranır. Bir kez iletime geçtikten sonra Gate bacağından tetikleme gerilimi kesilse de iletimde kalmayı sürdürür. Kesime götürebilmek için üzerinden geçen akımın kesilmesi veya ters polaritede gerilim uygulanması gerekir. Ters polaritede (Anot “-” ve Katod “+”) Gate bacağından tetikleme gerilimi verilse de iletime geçirilemez.
 
Şekil 2:  Tristör Sembolü ve Resmi

 

Triyak


Her iki polaritede de iletime geçebilen devre elemanıdır. İletime geçmesi için Gate bacağından A2 bacağına uygulanan gerilimle aynı polaritede bir tetikleme geriliminin verilmesi yeterlidir. Aynı polaritede kaldığı sürece tetikleme gerilimi kesilsede iletimde kalmayı sürdürür. Ters polaritede bir gerilim uygulandığında kesime gider ve iletime gitmek için tekrar Gate bacağından tetikleme gerilimi bekler. Bu çalışması ile Triyak ters paralel bağlı iki Tristöre benzetilebilir.
 
Şekil 3:  Triyak Sembolü ve Resmi

 İlginizi Çekebilir : Elektrik Dersleri: İletkenler ve Yalıtkanlar
 


BJT (Bipolar Jonksiyon Transistör)


Güç elektroniğinin ilk anahtarlama elemanıdır. Base bacağına uygulanan akımı β akım kazancı katsayısı kadar yükselterek Kollektör-Emiter bacakları arasında geçişini sağlar. Her ne kadar elektronikte sinyal yükselteci olarak kullanılsa da güç elektroniğinde Base bacağına tam Base akımı uygulanarak veya uygulanmayarak iletim ve kesime götürülen anahtarlama elemanı olarak kullanılırlar. İletime geçtiğinde Kollektör-Emiter bacakları arasındaki gerilim düşümü çok küçüktür. Bu sayede kontrol ettiği devre üzerinde güç harcaması çok azdır ( P= U x I ).

Fakat, base bacağından uygulanan tetikleme akımı yük akımı ile karşılaştırıldığında küçük gibi gözükse de diğer anahtarlama elamanlarına oranla tetikleme akımı büyüktür ve güç transistörlerinde bu onlarca wat değerini  IB = IC/β). Bu yüksek tetikleme akımı Transistörü sürecek kontrol devresinin de yüksek çıkış akımı vermesini gerektir.
 
Şekil 4:  BJT Sembolü ve Resmi


Mosfet:

Alan etkili anahtarlama elemanı olarak da anılırlar. Bunun anlamı şudur; BJT‘lerin iletime geçmesi için Base bacağına uygulanan tetikleme geriliminin çekmiş olduğu IB tetikleme akımını kontrol devresinden çekmektedir. Mosfetlerde ise Gate bacağına tetikleme gerilimi uygulandığında kontrol devresinden çekeceği akım ihmal edilebilecek kadar çok küçüktür. Bu nedenle kontrol Gate bacağından çekilen akımla değil Gate bacağına uygulanan gerilimle yapılır. Bu avantajının yanı sıra Drain-Source bacakları arasındaki gerilim düşümü BJT'ye göre daha büyüktür. Bu nedenle kontrol ettiği devrede Mosfetin üzerindeki güç harcaması da büyük olmaktadır. 198 ‘lerden sonra BJT lerin yerini alan Mosfet‘ler 700 Volt'u aşmayan birkaç kW gücündeki (Düşük ve orta güç) devrelerde kullanılırlar.

 
Şekil 5:  Mosfet Sembolü ve Resmi


 

GTO:


Kontrol edilebilir Tristör olarak tanımlayabiliriz. Tristör'den farklı olarak eğer Gate ucuna ters potansiyelde bir gerilim uygulanırsa (Ters yönde Gate akımı geçirilirse) GTO‘nun Anod - Katod uçları doğru polarmada olsa dahi kesime götürülebilir. Bu avantajının yanı sıra iletimde Tristörde Anod-Katod bacakları arasında 1.5V'lar civarında olan gerilim düşümü GTO ‘da 3V ları geçmektedir. Bu ise GTO ‘nun kontrol ettiği devrede kendi üzerindeki güç harcamasının Tristör‘den daha fazla olmasına neden olur. GTO 3KV ve 2KA'e kadar büyük güç değerlerinde imal edilebilir.
 
Şekil 6:  GTO Sembolü ve Resmi


IGBT

BJT ve Mosfet üstün yanlarının alındığı düşük güç sarfiyatına ve alan etkili kontrole sahip hibrit bir elemandır. 1990‘larda geliştirilen IGBT‘ler yüksek güç değerlerinde imal edilebilirler.
 
Şekil 7:  IGBT Sembolü ve Resmi
 
Anahtarlama elemanlarına tetikleme sinyali uygulandığında eleman küçük bir zaman gecikmesi ile iletime geçer ve aynı şekilde kesime de zaman gecikmeli olarak gider. Bu durum Tristör‘e ait aşağıdaki şekilde anlatılmaya çalışılmıştır. Tristör ‘e Gate bacağından tetikleme sinyali uygulandığında akım rampalı bir şekilde artış göstermiştir. Aynı şekilde ters polaritede de akım yine rampalı bir şekilde sıfıra düşmüştür. Bu gecikme bazı kaynaklarda toparlanma süresi olarak ta geçer. Anlaşılması açısından iletim ve kesim akım eğrileri abartılı olarak çizilmiş olsa da tüm anahtarlama elemanında katalog bilgilerinde verilen mikro saniyeler mertebesinde bu gecikmeler söz konusudur. Bu gecikme anahtarlama elemanının çalışma frekansını etkilemektedir. Gecikmesi uzun olan anahtarlama elemanın anahtarlama frekansı düşük olmaktadır. Yani yüksek anahtarlama frekanslarına sahip yarı iletken elemanların gecikme süreleri kısadır.
 
Şekil 8:  Anahtarlama Elemanlarında İletime Geçme ve Kesime Gitme Süreleri


Gecikme süresinden önce yarıiletken anahtarlama elemanına bir sonraki tetikleme sinyali uygulanacak olursa eleman hiç kesime gidemeyecek ve devamlı iletimde kalacaktır. 20 KHZ anahtarlama frekansında çalışan yarıiletken anahtarlama elemanları düşünüldüğünde bu sürenin kısalığı daha iyi anlaşılacaktır. ( 20 KHZ = 20 000 HZ yani saniyede 20 000 açma kapama )


Şekil 9:  Anahtarlama Elemanlarının Kontrol Ettikleri Güç ve Anahtarlama Hızlarına Göre Çalışma Bölgeleri

► İlginizi Çekebilir: Güç Elektroniği ve Endüstriyel Alanda Karşılığı


Bir sonraki yazımızda “Kontrollü Kaynaklar” konusunu işleyeceğiz.

Kaynak:

www.kumanda.org
Mehmet Tosuner Mehmet Tosuner Yazar Hakkında Tüm yazıları Mesaj gönder Yazdır



ANKET
Endüstri 4.0 için En Hazır Sektör Hangisidir

Sonuçlar