Güç elektroniği, elektrik gücünün statik vasıtalarla mevcut girişinden istenen elektriksel çıkış formuna verimli bir şekilde dönüştürülmesi, kontrol edilmesi ve hazırlanması ile ilgili teknolojidir.
Güç elektroniği çeviricileri elektrik enerjisinin form değiştirmesini gerektiren her yerde kullanılabilir. Bu yüzden kullanıldıkları enerji aralığı miliwatt’lardan (örneğin cep telefonları ) Megawatt değerlerine ( hızlı trenler) kadar değişebilir.
Klasik elektronikte elektrik akımı ve gerilimi bilgi taşımak amacıyla kullanılırken güç elektroniğinde elektriksel gücü taşımak amacıyla kullanılır. Bu yüzden güç elektroniğinin ana kriteri “ VERİM” dir.
GÜÇ ELEKTRONİĞİ ELEMANLARI
* GÜÇ DİYOTLARI
* GENEL AMAÇLI DİYOTLAR (ŞEBEKE DİYOTLARI)
* HIZLI TOPARLANAN DİYOTLAR
* SCHOTTKY DİYOTLARI
* GÜÇ TRİSTÖRLERİ
* GENEL AMAÇLI TRİSTÖRLER (SCR)
* ÇİFT YÖNLÜ TRİSTÖRLER (TRİYAK)
* KAPISINDAN TIKANABİLEN TRİSTÖRLER (GTO)
* GÜÇ TRANSİSTÖRLERİ
* ÇİFT POLARİTELİ GENEL AMAÇLI TRANSİSTÖRLER (BJT)
* METAL OKSİTLİ ALAN ETKİLİ TRANSİSTÖRLER (MOSFET)
* YALITILMIŞ KAPILI TRANSİSTÖRLER (IGBT)
GÜÇ DİYOTLARI
Genel amaçlı diyotların genel yapısı ve çalışması temel elektronikte kullanılan diyotlarla aynıdır. Bu diyotlarda da normal diyotlarda olduğu gibi ANOT terminali KATOT terminaline göre 0.7V daha pozitif olduğunda iletime geçer.
Genel amaçlı diyotların en önemli özelliği düşük frekanslarda kullanılmak için imal edilmiş olmalarıdır. (ideal frekans: 50-60 Hz. Max. Frekans: 1kHz)
Genel amaçlı diyotlar şebeke geriliminde kontrolsüz anahtar olarak çalışabilen çok kullanışlı yarıiletken elemanlardır.
Hızlı toparlanan diyotların genel çalışma ilkeleri genel amaçlı diyotlarla aynıdır. Tek farkı hızlı diyotların geçiş zamanları 3-5 mikrosaniye gibi çok kısa olmasıdır.
Bu özellikleri sayesinde 150-200 kHz gibi frekans değerlerinde çalışabilirler.
Schottky diyotlarda ise P-N birleşimi yerine daha hızlı olması için N- Metal birleşimi yapılmıştır. Bu sayede çok düşük geçiş zamanı dolayısıyla da çok yüksek çalışma frekansı elde edilmiştir.
GÜÇ TRİSTÖRLERİ
Genel Amaçlı Tristörler (SCR)
Genel amaçlı tristörleri genel amaçlı diyodun kontrollü versiyonu olarak tanımlamak mümkündür.
Diyotlar kendiliğinden iletime geçerken, tristörler bir uyarı aldıkları zaman iletime geçerler.
Genel amaçlı tristörlerin en önemli özelliği düşük frekanslarda çalışmak için imal edilmiş olmalarıdır.
Düşük frekanslarda kullanıldığı için yüksek akım ve gerilimlerde kullanılabilirler.
Tristörler iletime geçmesi kontrol edilebilen fakat yalıtıma geçmesi kontrol edilemeyen bir yarıiletken güç anahtarıdır.
Yalıtıma geçirebilmenin tek yolu A-K arasında akan akımı sıfıra çekmektir.
Genel amaçlı tristörlerin en önemli özelliklerinden birisi de geçiş zamanının uzun olmasına rağmen, iletim iç direncinin çok düşük olması nedeniyle iletim kayıplarının çok düşük olmasıdır.
Çift Yönlü Tristörler (TRİYAKLAR)
Triyak endüstriyel elektronik uygulamalarında, AC gerilimin anahtarlanması ve kontrol edilmesi amacıyla çok kullanılan bir yarıiletken elemandır.
Triyak, SCR gibi sadece iletime geçmesi kontrol edilebilen bir anahtardır. SCR den tek farkı her iki yönde de rahatlıkla iletime geçebilmesidir.
Çift yönlü oldukları için SCR’ler gibi çok yüksek akım ve gerilimlerde kullanılamamaktadır. ancak piyasada 1200V- 300A civarına kadar olanları mevcuttur.
İletim iç dirençleri SCR’ler gibi çok düşük değildir. Bu nedenle çok yüksek akımlı uygulamalarda genelde triyak yerine birbirine ters paralel bağlanmış SCR’ler tercih edilir.
Kapısından Tıkanabilen Tristör (GTO)
SCR ve Triyaklarda sadece iletime geçme işi kontrol terminalleri üzerinden kontrol edilebilmekte, yalıtıma geçmeleri ise kontrol terminalleri üzerinden kontrol edilememektedir.
Bu olay özellikle DC kaynakta çalışma sırasında çok kötü bir özellik olarak karşımıza çıkmakta ve elemanı yük altında susturabilmek için başka işlemler yapmak gerekmektedir. İşte GTO’lar bu eksikliği ortadan kaldırmak için üretilmiştir.
GTO’nun G (gate) terminali ile Katot terminali arasından pozitif pals ile uyarıldığında iletime, negatif pals ile uyarıldığında ise yalıtıma geçer.
GÜÇ TRANSİSTÖRLERİ
Çift Polariteli Genel Amaçlı Transistörler (BJT )
Elektronik alanında ilk geliştirilen ve çok kullanılan elemanlardan birisi olan BJT çoğunlukla;
1- Yükselteç olarak
2- Sinyal üreteci (osilatör) olarak
3- Alıcı- verici olarak
4- Mantık işlemcisi olarak
5- Anahtarlama elemanı olarak kullanılır.
Güç elektroniği uygulamalarında daha çok DC-DC dönüştürücü ve DC- AC dönüştürücü devrelerinde kullanılır.
Çok düşük frekanslardan (1-2Hz), yüksek frekanslara (20-30kHz) kadar kontrollü anahtar olarak kullanılır.
Metal Oksitli Alan Etkili Transistör (MOSFET)
Elektronikte çok kullanılan mosfetler çoğunlukla;
1- Yükselteç olarak
2- Osilatör olarak
3- Regülatör olarak
4- Alıcı- verici olarak
5- Mantık işlemcisi olarak
6- Anahtarlama elemanı olarak kullanılır.
Mosfetler çoğunlukla yükseltme ve osilasyon üretmede kullanılır.
Mosfetler FET’lerin ileri versiyonu olup BJT’ler gibi kontrol edebilme özelliğine sahiptir.
Yalıtılmış Kapılı Transistör (IGBT)
Günümüzde en çok kullanılan elemanlardan birisi olan IGBT, BJT ve E- MOSFET karışımı özel bir elemandır.
BJT’nin iyi tarafı iletim iç direncinin dolayısıyla da iletim kayıplarının küçük olması, kötü tarafı da anahtarlama süresinin uzun olması dolayısıyla da anahtarlama kayıplarının fazla olmasıdır.
E-MOSFET’lerde ise BJT’nin tam tersi durum söz konusudur. Yani MOSFET’in kötü tarafı, iletim iç direncinin yüksek dolayısıyla iletim kayıpları çok iken, iyi tarafı ise anahtarlama süresinin dolayısıyla da anahtarlama kayıplarının BJT’ye göre az olmasıdır.
BJT ve E-MOSFET’ in iyi özellikleri alınarak yapılan IGBT’nin girişi MOSFET gibi yapılandırılmış, çıkışı ise BJT gibi yapılandırılmıştır.
Bu sayede 400V ve üzeri gerilim değerlerinde çalışabilme imkanı sağlanmış olur.
Güç elektroniği uygulamalarında daha çok DC-DC dönüştürücü ve DC-AC dönüştürücü devrelerinde kullanılır.
Çok düşük frekans değerlerinden (1-2Hz) orta frekanslara (20kHz) kadar kontrollü anahtar olarak kullanılabilmektedir.
1200V-400A seviyelerine kadar olan versiyonları bulunmaktadır.
DİYAK
Diyak iki uçlu bir tetikleme elemanıdır ve iki yönde akım geçirir.
Tetikleme ucu olmayan iki tristörden oluşmuştur.
Diyaklar darbe osilatörü olarak ve tristör ve triyakların tetiklenmesinde kullanılır.
