Цахилгаан хагас дамжуулагч нь өндөр чадлын зэрэглэл бүхий ердийн хагас дамжуулагчийн өөрчлөгдсөн электрон функцийг гүйцэтгэдэг. Энгийн хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдээс ялгаатай нь цахилгааны хагас дамжуулагч нь өндөр хүчдэл, гүйдлийг тэсвэрлэх чадвартай бөгөөд бага алдагдал, хүчдэлийн уналт болон бусад эрчим хүчний алдагдалтай байдаг. Эрчим хүчний хагас дамжуулагчийн гүйдэл ба хүчдэл нь кило ба мега дарааллаар эхэлдэг.
Цахилгаан хагас дамжуулагчийн үндсэн хэрэглээ
- Цахилгааныг асаах/унтраах горимд шилжих
- Хөрвүүлэгч ба инвертерийн бүрэлдэхүүн хэсэг
- Дохио нэмэгдүүлэхийн тулд цахилгаан өсгөгчийг ашигладаг
Цахилгаан хагас дамжуулагчийн гол хэрэглээ нь эрчим хүчний хяналтын системд шилжих, хөрвүүлэх зориулалттай. Хамгийн гол нь хагас дамжуулагч нь эрчим хүч үйлдвэрлэх, хол зайд цахилгаан дамжуулах, түгээх боломжийг олгодог системийн нэг хэсэг юм.
Хагас дамжуулагч материалын цахиур (Si) нь сүүлийн жилүүдэд цахиурын карбид (SiC) болон галлийн нитрид (GaN) -тэй нэгдэж байгаа хэдий ч өнөөдөр өндөр хүчдэл, өндөр гүйдлийн олон хэрэглээнд ашиглагдаж байна. Сүүлийн хоёр материал нь илүү өргөн зурвастай бөгөөд энэ нь эрчим хүчний алдагдлыг мэдэгдэхүйц бууруулж, үр ашгийг нэмэгдүүлдэг. Эдгээр хагас дамжуулагч материалуудаас галлийн нитрид нь хамгийн сайн гүйцэтгэлийг санал болгодог.
Эрчим хүчний хагас дамжуулагч төхөөрөмжийг гурван төрөлд хуваадаг.
- Цахилгаан диодууд
- Тиристор
- Цахилгаан транзисторууд
- Цахилгаан диодууд
Цахилгаан диодууд нь маш хүчтэй цахилгаан дохиог засах чадвартай, хяналтгүй цахилгаан хагас дамжуулагч төхөөрөмж юм. Энэ нь хэдэн зуун ампер, хэдэн мянган киловольтыг тэсвэрлэх чадвартай. Ердийн PN холболтын диодыг нэмэлт N-хөнгөн хольцтой дотоод хагас дамжуулагч давхаргыг өдөөх замаар хүчирхэг диод болгон сайжруулдаг. Диодын P ба N давхаргын хоорондох хөнгөн хольцтой давхаргыг дрифт давхарга гэж нэрлэдэг. Дрифт давхаргыг нэмснээр цахилгаан диод нь өндөр хүчдэлийг тэсвэрлэх боломжийг олгодог. Эрчим хүчний диодыг шулуутгагч, хүчдэлийн үржүүлэгч гэх мэтээр ашигладаг. - Тиристор
Тиристор нь хагас удирдлагатай дөрвөн давхарга, гурван терминал бүхий хагас дамжуулагчийн унтраалга юм. Энэ нь ээлжлэн PNPN давхарга ба анод, катод, удирдлага гэсэн гурван терминалаас бүрдэнэ. Ихэнх тиристорууд амархан асаалттай боловч унтрах чадваргүй байдаг. Тиристорыг ихэвчлэн цахилгаан эрчим хүчийг удирдахад ашигладаг бөгөөд гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл, цахилгаан хэрэгсэл, гадаа тоног төхөөрөмжийн хамгаалалтын хэлхээний үүрэг гүйцэтгэдэг.
Цахиурын удирдлагатай Шулуутгагч (SCR – Silicon Controlled Rectifier) нь хувьсах гүйдлийн дохиог тогтмол гүйдлийн дохио болгон хувиргадаг. Энэ нь хоёр транзисторын аналогийг дагаж мөрддөг гурван терминалтай төхөөрөмж юм. SCR-д анод, катод, хаалга гэсэн гурван терминал байдаг. Анод болон катод нь их хэмжээгээр, хаалга нь дунд зэргийн хольцтой, дрифт давхарга нь бага зэрэг хольцтой байдаг. SCR нь гурван PN уулзвар үүсгэдэг дөрвөн давхаргат PNPN тохиргооноос бүрдэнэ. Энэ нь үндсэн гүйдэл тасрах хүртэл унтардаггүй, унтрах хугацааг нь нэмэгдүүлдэг, хяналтгүй чадлын хагас дамжуулагч төхөөрөмж юм. SCR нь бусад төхөөрөмжүүдтэй харьцуулахад хамгийн бага ON-төлөвийн эсэргүүцэл ба цахилгаан дамжуулах чадвар өндөр модуляцтай байдаг. Гэхдээ энэ нь хамгийн бага шилжих давтамжтай байдаг. SCR нь сэлгэн залгах хэлхээ болон моторын хөтчүүдэд ашиглагддаг. Өөр нэг төрлийн SCR – LASCR (Light-activated Silicon Controlled Rectifier) нь HVDC дамжуулалтад ашиглагддаг.
GTO (Gate Turn Off) Thyristor нь гурван терминал, дөрвөн давхаргат төхөөрөмж бөгөөд хаалга нь төхөөрөмжийг унтраах боломжийг олгодог. Хаалганы терминал дээрх сөрөг импульс нь үүнийг унтраахад ашиглагддаг. GTO-ийн бүтцэд гурван PN уулзвар үүсдэг бөгөөд энэ нь төхөөрөмжийн дамжуулалтыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг. GTO нь SCR-ээс харьцангуй хурдан өсөх, унах хугацаа, бага хэмжээтэй, илүү үр ашигтай байдаг. GTO нь хувьсах гүйдлийн, тогтмол гүйдлийн хөдөлгүүр, робот техник гэх мэтэд ашиглагддаг.
MCT (Mos-controlled Thyristor) нь хоёр MOSFET-ээс бүрдэх бүрэн хяналттай тиристор юм. N-суваг MOSFET ба p-суваг MOSFET нь MCT Thyristor-д холбогдсон. MOSFET бүр нь төхөөрөмжийн төлөвийг асаах, унтраах үүрэгтэй.
RCT (урвуу дамжуулагч тиристор) нь ижил IC дээр зохиосон эсрэг параллель диод бүхий төхөөрөмж юм. Энэ нь үйл ажиллагааны явцад урвуу хүчдэлийг хааж чадахгүй хагас удирдлагатай нэг туйлт төхөөрөмж юм. RCT нь инвертер болон өндөр чадлын бууруулагч болгон ашиглагддаг.
IGCT (Integrated Gate Commutated Transistor) нь транзистор шиг унтардаг тиристор юм. Энэ нь бүрэн удирдах боломжтой тиристор бөгөөд GTO шиг ажилладаг боловч хурдан унтрах хугацаа, дамжуулалтын алдагдал багатай байдаг. IGCT нь давтамжийн инвертер, драйвер, компенсатор зэрэг өндөр чадлын хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдэд ашиглагддаг. - Цахилгаан транзистор
UJT (Unijunction Transistor) нь B1 ба B2 гэсэн хоёр суурийн n төрлийн бааранд холбогдсон p төрлийн ялгаруулагч терминал бүхий хагас дамжуулагч төхөөрөмж юм. Үүнийг заримдаа давхар суурь төхөөрөмж гэж нэрлэдэг. Хялбаршуулахын тулд UJT хэлхээг хоёр эсэргүүцэлтэй холбосон PN диодоор төлөөлдөг. Нэрнээс нь харахад UJT төхөөрөмж нь нэг PN уулзвар үүсгэдэг. UJT нь сөрөг эсэргүүцэл үзүүлдэг бөгөөд SCR тиристорыг өдөөх суллах осциллятор болгон ашигладаг.
Цахилгаан BJT нь гүйдлийн өндөр үнэлгээтэй дөрвөн давхаргат гурван терминал бүхий хагас дамжуулагч төхөөрөмж юм. Энэ нь суурь, ялгаруулагч, коллектор гэсэн гурван терминалтай. Эрчим хүчний BJT нь цахилгаан өсгөгч, реле, тэжээлийн хяналтын систем зэрэг төрөл бүрийн хэрэглээнд үйлчилдэг.
Хүчтэй металл-оксид-цахиурын транзисторууд нь их хэмжээний эрчим хүчийг зохицуулах зориулалттай бүрэн удирдлагатай цахилгаан хагас дамжуулагч унтраалга юм. Цахилгаан MOSFET нь одоогийн үнэлгээг нэмэгдүүлэхийн тулд босоо сувгийн тохиргоотой гурван терминалтай хүчдэлийн удирдлагатай мажиоритар дамжуулагч төхөөрөмж юм. Төхөөрөмжийн хүчийг нэмэгдүүлэхийн тулд эх үүсвэр ба ус зайлуулах хоолойг цахиурын эсрэг талд байрлуулна. Цахилгаан MOSFET нь ажиллах, засварлахад хялбар байхаас гадна хаалганы хөтчийн бага чадал, хурдан шилжих хурд, өргөн зурвасын өргөнийг санал болгодог. Эдгээр нь өндөр давтамжтайгаар сайн ажилладаг цахилгаан транзисторуудын хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг төрөл юм. Цахилгаан MOSFET нь транзисторын зах зээлийн 53 хувийг эзэлдэг бөгөөд энэ нь хамгийн алдартай цахилгаан хагас дамжуулагч төхөөрөмжүүдийн нэг юм.
Хэт халалт нь цахилгааны хагас дамжуулагчийн бүтэлгүйтлийн бас нэг гол шалтгаан юм. Электрон эд ангиуд нь транзисторын ажиллагааны ашиглалт ба эх үүсвэрийн ашиглалтын үед асаалттай байдал нь эсэргүүцлээс болж халдаг. Асаах төлөвийн өсөлт өндөр байх нь эрчим хүчний эрчим хүч, дулаан ихэсдэг. Аливаа цахилгаан электроникийн системийн дулааны менежментийг авч үзэх нь чухал юм. Эрчим хүчний судалгаа нь ON-төлөвийн эсэргүүцлийг бууруулах, дотор нь зөв дулаалга хийх, үйлдвэрлэлийн гүйцэтгэлтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг хадгалахад чиглэгдэж байна.
