Güç Elektroniği Elemanları

Günümüzde güç elektroniği, elektrik motorları ve motor sürme devreleri yaygın olarak kullanılıyor. Bu sürücüler sayesinde Alternatif Akım güç kaynağı ile Doğru Akım motorları veya DA güç kaynağı ile AA motorları sürmek mümkün. Tabi ki bu yaygın kullanım beraberinde birçok problemi getiriyor ve problemler devre elemanları ile pratik olarak çözülebiliyor. Şimdi bu elemanları teker teker inceleyeceğiz.

A- A+

14.07.2015 tarihli yazı 36847 kez okunmuştur.

Güç Elektroniği Scr Ptr Diyot Güç Eektroniği Elemanları Transistörler Tristörler Diak Triak

Motor kontrol devlerinde kullanılan elemanlar şunlardır:

► Diyot
► İki-uçlu tristör
► Üç-uçlu tristör
► Kapıdan susturmalı tristör
► Diak
► Triak
► Güç transistörü(PTR)
► Kapı izoleli bipolar transistör

Diyot

Diyot, akımı sadece anodundan katoduna gitmek üzere tek bir yönde ileten yarı iletken bir elemandır. Diyota ileri yönde bir gerilim uyguladığımda büyük bir akım akar. Eğer diyota ters yönde bir gerilim uygulanırsa akım bu sefer çok küçük (mikroamper ya da daha küçük) bir değere düşer. Peki ters yöndeki bu gerilimi arttırmaya devam edersek ne olur?

Ters akım etkisiyle, diyot kırılır ve ters yönde akım akmaya başlar. Yani diyot işlevini kaybeder. Peki ne derecedeki gerilimlere hangi tepkileri vereceğini nereden biliyoruz?

Diyotlar nominal güç değerlerine kadar güç sağlayabilirler. Ayrıca ters kırınım gerilim değerine kadar da maksimum ters gerilime dayanabilirler. Diyot üzerinde harcanan güç, diyot uçlarındaki gerilim düşümü ile diyot üzerinden geçen akımın çarpımına eşittir.

Bir diyotun maksimum ters gerilimi, onun ters tepe gerilimi (PIV) olarak bilinir. Bu değer yeterince büyük olmalıdır. Eğer yeterince büyük olmazsa diyot ters yönde iletime girer ve devrede kırılır.

►İlginizi Çekebilir:Zener Diyot Nedir?

Diyotun bir diğer anma değeri de anahtarlama zamanlarıdır. Anahtarlama zamanı ne demek diye sorabilirsiniz. Bir diyotun kesim durumundan iletim durumuna veya bunun tam tersi duruma geçiş için geçen zamandır. Güç diyotları, elektronik devre diyotlarına göre daha yavaş anahtarlama yapar. Bunun nedeni de güç diyotlarının güç diyotlarının yüksek güçlü eleman oldukları için çok fazla yük depolamalarıdır. Buradaki yavaş anahtarlama derken anlatmak istenilen, 50 veya 60 Hz’lik derecelerdeki doğrultucularda kullanılacak kadar yeterli hızda anahtarlama yapabilmeleridir.

İki-uçlu Tristör (Ters-tıkamalı Diyot, PNPN diyot)

Tristör, 4 adet yarı iletken tabakadan imal edilmiş elemana verilmiş bir isimdir. PNPN diyot, ileri çalışma bölgesindeki akım-gerilim karakteristiğine sahip olan bir doğrultucudur. Bu karakteristik eğri üç bölgeden oluşuyor.

► Ters-tıkama bölgesi
► İleri-tıkama bölgesi
► İletim bölgesi

►İlginizi Çekebilir:BTJ ve Fet Arasındaki Farklar

Ters tıkama bölgesinde, PNPN diyot, diyot gibi davranır ve ters yönde dayanma gerilimine ulaşana kadar bütün akımı bloke eder. İletim bölgesinde , PNPN diyot küçük bir gerilim düşümüyle yüksek akım akışına izin vererek diyot gibi davranır. O zaman bilinen bir diyot ile PNPN arasındaki fark nedir? Farkı sağlayan bölge, ileri-tıkama bölgesidir. Vbo değeri, ileri yönde kırılma gerilimi olsun. PNPN diyot ileri öngerilimlendiğinde, Vbo belirli bir değeri aşana kadar akım akmaz. PNPN uçları arasındaki gerilim, Vbo değerini aştığında ; PNPN diyot iletime geçer. Yani kısacası;

► Vd, Vbo’ı aşarsa: Diyot iletime geçer. (Vd:uygulanan gerilim)
► İd , İh’nin altına düşerse: Diyot kesime geçer. (İh:tutma akımı)
► Maksimum ters dayanma gerilimi aşılıncaya kadar, ters yönde tüm akım akışı bloke edilir.

Üç-Uçlu Tristör (SCR )

SCR, kelimenin tam anlamıyla kontrollü bir doğrultucu veya diyottur. Ayrıca kapıdan iletime geçirilmiş bir SCR ile PNPN diyotun akım gerilim karakteristiği aynıdır. Asıl soru şu; SCR’nin motor kontrol devrelerinde kullanılmasının nedeni nedir? Bu elemanın, kırılım veya iletim gerilimi kapıdan geçirilen akımla ayarlanabilir. Bir SCR, kapı sinyali olmadan kırılım gerilimi devredeki en yüksek gerilimden daha büyük olacak şekilde seçilirse, SCR sadece kapı akımının uygulanmasıyla iletime geçecektir. SCR bir kez iletime geçerse, akan akım Ih’nin altına düşünceye kadar iletimde kalır. Yani kısacası;

► Uygulanan Vd gerilimi; Vbo değerini aşarsa iletime geçer.
► İd akımı, Ih’nin altına düştüğünde kesime gider.
► Maximum ters yönde dayanma gerilimi aşılıncaya kadar ters yöndeki tüm akım akışını bloke eder.

Kapıdan Susturmalı Tristör (GTO:Gate Turn-off Tristör)

GTO tristör demek, Id akımı Ih akımını aşsa bile kapısına uygulanan yeterli büyüklükte negatif bir darbe ile söndürülebilen bir SCR demektir. Bir GTO tristör iletime geçmek için, tipik olarak bilinen bir SCR’den daha büyük bir akıma gereksinim duyar. Bu akım yüksek güçlü elemanlar için 10A veya daha da üstü olabilir. GTO’yu kesime götürmek için ise, 20 ile 30 mikro sn arasında büyük bir negatif akım darbesine gereksinim duyulur. Negatif akım darbesinin genliği, GTO’dan akan akımın 1/4 ile 1/6 sı arasında olmalıdır.

Diak

Arka arkaya bağlanmış iki PNPN diyota benzer davranış gösteren, beş yarı iletken katmandan oluşan bir güç elemanıdır. Kırılım gerilimi bir kez aşıldığında diak her iki yönde de iletime geçebilir. Uygulanan gerilim her iki yönde de Vbo’ı aştığında iletime geçer. Bir kez iletime geçtikten sonra, diaktan geçen akım Ih akımının altına düşene kadar iletimde kalır.

Triak

Bu güç elemanı, arka arkaya bağlanmış ortak kapılı iki SCR’ye benzer bir davranış gösterir. Kırınım gerilimi bir kez aşılırsa triak, her iki yönde de iletime geçebilir. Bir triak bir kez iletime geçerse, akımı Ih akımının altına düşene kadar iletimde kalır. Triak akımı her iki yönde de ilettiği için bir çok AA kontrol devresinde arka arkaya bağlanan SCR çiftlerinin yerine kullanılabilir. Ayrıca Triaklar SCR’lere göre çok yavaş anahtarlanırlar ve bir tek düşük güç gerektiren devrelerde yer alırlar. Yani , 50-60 Hz’lik orta ve düşük güç gerektiren (basit ışıklandırma devreleri) devrelerde kullanılırlar.

Güç Transistörü (PTR)

Güç transistörleri genellikle makine kontrol uygulamalarında bir akımı anahtarlama amacıyla kullanılır. Bu uygulamalarda ya hep iletimde ya da hep kesimde olurlar. Ayrıca PTR’ler genellikle inverter devrelerinde kullanılırlar. Bu uygulamalarda PTR kullanmanın en büyük dejavantajı, büyük güç transistörlerinin iletim durumundan kesime veya kesim durumundan iletime geçişlerinin yavaş olmasıdır. Yani, büyük baz akımının; transistör iletime geçirilirken veya kesime götürülürken kesilmek zorundadır.

Kapı İzoleli Bipolar Transistör (IGBT)

IGBT son zamanlarda kullanımı popüler olan bir güç elemanıdır. Güç transistörünün bazından akan akım yerine kapısına uygulanan gerilimin kontrolü haricinde, güç transistorü elemanına benzer. IGBT elemanında kontrol edilen kapının empedansı çok yüksektir ve bu yüzden kapıdan çok küçük miktarda akım akar. IGBT, çok küçük bir kapı gerilimiyle kontrol edildiğinden; bir güç transistörünün anahtarlanmasından çok daha yüksek hızlarda anahtarlama yapar. IGBT’ler bu özelliğinden dolayı yüksek güç, yüksek frekans uygulamalarında kullanılırlar.

►İlginizi Çekebilir:IGBT Nedir?

Bütün bu bilgiler ışığında şimdi de bu güç elektroniği elemanlarının güç ve hızlarını karşılaştıralım; SCR’ler diğer elemanlardan çok daha yüksek güçlerde çalışabilirler. GTO tristörler, SCR’lere yakın güçlerde ve çok daha hızlı çalışabilirler. Sonuç olarak, güç transistörlerinin çalışabildikleri güç aralığı, tristörlerinkinden çok daha düşüktür. Fakat anahtarlama aralığı yaklaşık 10 kat daha büyüktür.