• คุณลักษณะของ SCR
• วงจรเรียงสัญญาณแบบควบคุมเฟส
• วงจรควบคุมแรงดันไฟสลับ
• วงจรแปลงผัน dc-dc
Power Electronics เป็นศาสตร์ที่ว่าด้วยการใช้วงจรอิเล็กทรอนิกส์ในการควบคุมการแปลงผันพลังงานไฟฟ้า (energy conversion) จากแหล่งจ่ายไฟ (ซึ่งมักจะคือ AC line)ไปยังโหลด
เนื่องจากการควบคุมการแปลงผันไฟฟ้าแบบเชิงเส้น จะทำ ให้เกิดความสูญเสีย (loss)ในอุปกรณ์ในวงจรมากซึ่งจะเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานและทำ ให้เกิดความร้อนสูงในปัจจุบันเราจึงนิยมให้อุปกรณ์ในวงจรทำ งานเป็นสวิตช์
ประเภทของวงจร Power Electronics
1. AC-DC Converters (controlled rectifiers)
2. AC-AC Converters (AC Voltage Controllers)
3. DC-DC Converters (DC choppers)
4. DC-AC Converters (Inverters)
ตัวอย่างของการใช้งาน Power Electronics ได้แก่
- Air Conditioning, Alarms
- Battery charger
- Clothes dryer
- Conveyor
- Electric Dryers
- Electric fans
- Elevators
- Induction Heating
- Light Dimmers
- Motor Control/Drives
- Power Supplies
- TV deflections
- Voltage Regulators
อุปกรณ์สารกึ่งตัวนำ กำ ลัง (power semiconductor device) สามารถแบ่งออกตามโครงสร้างได้เป็น 5 ประเภทใหญ่ ๆ คือ
- Power Diode
- Thyristor มีหลายชนิด อาทิ SCR, Triac, Gate-turn-off (GTO)
- Power BJT
- Power MOSFET
- Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT)
ทั้งนี้เราจะเรียก Power BJT, Power MOSFET, IGBT และ GTO รวม ๆว่าเป็น Controllable Switches เพราะเราสามารควบคุมการปิดเปิดของอุปกรณ์เหล่านี้ได้ด้วยสัญญาณควบคุม
สัญลักษณ์ของ Thyristor ประเภทต่าง ๆ
- ถ้า vAK > 0 จะทำ ให้ J1 และ J3 ถูก forward bias ส่วน J2 ถูก reverse bias ดังนั้น iA ~ 0 (ย่าน forward blocking หรือ off-state)
- แต่ถ้า vAK มีค่าสูงมากพอ จะเกิด avalanche breakdown ขึ้นใน J2 ทำ ให้ iA ไหลได้ (ย่าน on-state)
จากสถานะ off -> on (1)
- การเปลี่ยนสถานะจะเกิดขึ้นได้เมื่อกระแส iA ในช่วงนั้นมีค่ามากกว่า IL (latching current)
- เมื่ออยู่ในสถานะ on แรงดันที่ตกคร่อม SCR จะมีค่าค่อนข้างคงที่ (~ 1 V)
จากสถานะ off -> on (2)
จากสถานะ on -> off
- SCR อยู่ในสถานะ on จะเปลี่ยนสถานะเป็น off เมื่อ iA มีค่าลดลงตํ่ากว่า IH (holding current)
SCR Characteristics
- ถ้ามีกระแส iG ไปทริกที่ขาเกต จะทำ ให้ SCR เปลี่ยนสถานะจาก off (เปิดวงจร) เป็น on (ปิดวงจร) ได้ถึงแม้ว่า vAK < VBO
- iG ยิ่งมากจะทำ ให้การเปลี่ยนสถานะเกิดเร็วขึ้น
Controlled Rectifier : วงจรแปลงผัน ac-dc ที่มีโหลดเป็นตัวต้านทาน
1. กรณีนี้กระแสและแรงดันของโหลดจะมีเฟสตรงกัน
2. กรณีที่มีโหลดเป็นตัวต้านทานและขดลวดเหนี่ยวนำ
- กรณีนี้กระแสและแรงดันของโหลดจะมีเฟสต่างกัน ทำ ให้แรงดันเฉลี่ยของ vL มีค่าตํ่าลง
3.เราสามารถเพิ่มค่าเฉลี่ยของ vL ได้โดย การต่อ freewheeling diode
AC Voltage Controller
เราสามารถควบคุมค่า rms ของไฟสลับได้โดยการต่อ Thyristor ระหว่างแหล่ง จ่ายกับโหลดดังนี้
การควบคุมแบบนี้ถูกนำ ไปใช้มากในงานที่มีความเฉี่อยทางกล (mechanical interia) และค่าคงที่ทางความร้อน (thermal time constant) สูง เช่นใน industrial heating และการควบคุมความเร็วมอเตอร์)
ให้ τ = L/R
เราใช้ BJT ในการสร้างสวิตช์ S1 ส่วนไดโอดจะทำ หน้าที่เสมือนสวิตช์ S2ตัวเก็บประจุ C ใส่เพื่อคงระดับแรงดันเอาต์พุตเมื่อโหลดมีการเปลี่ยนแปลงเราสามารถแสดงได้ว่า
