Полупроводничке компоненте

Полупроводничке компоненте

Основни критеријум при кронструкцији и изради елемената у енергетици, па и полупроводничких компонената енергетске електронике, јесу:

• што већа издржљивост компонената на високе напоне и велике струје и
• што мањи губитак електричне енергије у топлоту.

Први критеријум произилази из чињенице да се у електроенергетици ради са великим снагама, а снага је производ струје и напона. Други критеријум је условљен чињеницом да је губитак корисне елекртичне енергије на нежељену топлоту сам по себи штетан, као и да доводи до нежељеног загревања електронских компонената. Повећање температуре компонената се мора спречити да не би дошло до њиховог уништења. Хлађење се обезбеђује са циљем да се спречи повећање температуре изнад дозвољене вредности, прописане за ту компоненту.

Према Џуловом закону, енергија која се губи на топлоту може да буде мала ако су величине у производу, све или нека од њих, мале. Струје у енергетици су по природи ствари, велике. Зато се смањење губитака остварује када се утиче на све преостале величине : отпорност елемената и време протицања струје кроз елемент. Отпорност електричних елемената није константна величина и највише зависи од радних напона и струја.

Губитак електричне енергије на топлоту код електричних компонената минималан је у два гранична радна стања:

• у стању максималне проводности када ради као затворен прекидач и
• у не проводном стању, када ради као отворен прекидач.

У првом случају пад напона на елементу је минималан, односно тежи нули, а у другом случају струја је минимална и тежи нули. Између ова два крајња стања електронска компонента има одређену коначну отпорност и када ради са великим струјама губитци су велики. Постоји, међутим, потреба да електронска компонента прелази из проводног у не проводно стање и обрнуто. Да би губитак био мали потребно ја да време преласка из једног у друго гранично стање буде што је могуће мање. То значи да електронска компонента треба да има што већу брзину рада, односно брзину прекидања (сwитцхинг рате). Значи, основни критеријуми при конструкцији и изради елемената енергетске електронике, јесу :

• што мања отпорност и пад напона на елементу у проводном стању,
• што већа издржљивост на велике струје у проводном стању,
• што већа отпорност и што већи пробојни напони у не проводном стању и
• што већа брзина рада, односно што мање време проласка како из проводног у непроводно тако и из непроводног у проводно стање.

Полупроводничке компоненте које се примењују у енергетској електроници

Од максималне важности за кола енергетске електронике је следеће : полупроводничка компонента или има напон, а нема струју или важи обрнуто ! Средине нема ! Овакав приступ доводи до следећег закључка : полупроводничка компонента не сме бити у исто време изложена и спољашњем напону и спољашњој струји, у том случају због превеликог загревања тренутно долази до пробоја, тј. разарања материјала. Зато се каже да у енергетици полупроводничке компоненте раде у ОН-ОФФ режиму. Узор коме се тежи је остварење карактеристика идеалних електронских прекидача. Електронски полупроводнички прекидачи имају значајних предности у односу на класичне електромеханичке прекидаче : не варниче, малих су димензија и масе, имају много већу брзину, поузданост и трајност. У функционалном погледу, полупроводничке компоненте се разликују према степену управљивости. Под појмом управљивости енергетских електронских компонената подразумева се могућност да се помоћу сигнала мале снаге управљана полупроводничка компонента преведе из проводног у непроводно стање и обрнуто, из непроводног у проводно стање.Према степену управљивости разликују се следеће енергетске полупроводничке компоненте :

• потпуно неуправљиви елементи : снажне диоде и диаци,
• делимично управљиви елементи : класични тиристори, који се деловањем управљачког система могу превести само из непроводног у проводно стање,
• управљиви елементи : специфични тиристори ГТО, МЦТ и СИТХ,
• потпуно управљиви полупроводнички елементи : транзистори, који се помоћу управљачких сигнала могу не само превести у стање провођења или непровођења већ се може и регулисати јачина струје између та два гранична случаја.