GÜÇ ELEKTRONİĞİ GÜZ DÖNEMİ DENEY FÖYÜ

GÜÇ ELEKTRONİĞİ 2020-2021 GÜZ DÖNEMİ DENEY FÖYÜ DENEY 4:

DENEY 5.1: DC-DC GERİLİM AZALTAN DÖNÜŞTÜRÜCÜ

SÜMÜLASYON 4:

DENEY 5.1: DC-DC GERİLİM AZALTAN DÖNÜŞTÜRÜCÜ DENEY 1.3.1: MOSFET DENEYLERİ

DENEY 1.3.2: IGBT DENEYLERİ

NOT: Deney gün ve saatleri aşağıdaki gibidir.

A GRUBU NÖ Çarşamba Saat 15.00-16.00

B GRUBU NÖ Çarşamba Saat 15.00-16.00

A GRUBU İÖ Çarşamba Saat 16.00-17.00

B GRUBU İÖ Çarşamba Saat 16.00-17.00

DÜZCE ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

GÜÇ ELEKTRONİĞİ LABORATUVARI

Doç. Dr. Emre ÇELİK Dr.Öğr. Ü. Fatih EVRAN Arş.Gör. Melih AKTAŞ Arş.Gör. Osman DİKMEN

DENEY 4:

DENEY

SAYFA NO

BÖLÜM 5: DC-DC DÖNÜŞTÜRÜCÜLER 212

DENEY 5.1: DC-DC GERİLİM AZALTAN DÖNÜŞTÜRÜCÜ 218

BÖLÜM 1:GÜÇ ELEKTRONİĞİNDE KULLANILAN ANAHTARLAMA ELEMANLARI

DENEY 1.3.1: MOSFET DENEYLERİ 33

DENEY 1.3.2: IGBT DENEYLERİ 38

KAYNAK

Yıldırım Elektronik Y-0035 Güç Elektroniği Eğitim Seti Deney Kitabı

BÖLÜM 5

DC-DC DÖNÜùTÜRÜCÜLER A. Deneyin AmacÕ

DC-DC gerilim azaltan dönüútürücü (buck converter) ve DC-DC gerilim artÕran dönüútürücü (boost converter) devrelerinin davranÕúlarÕnÕ incelemek. Bu deneyde gerilim azaltan ve gerilim artÕran dönüútürücü devrelerinin kalÕcÕ durum davranÕúlarÕ gözlenecektir. Darbe geniúli÷inin çÕkÕú gerilimine etkisi ile birlikte yük de÷iúiminin devre üzerindeki sonuçlarÕ ve anahtarlama frekansÕnÕn dönüútürücünün verimine etkisi incelenecektir. Anahtarlama elemanÕ olarak kullanÕlan mosfet ve diyotun anahtarlama karakteristikleri de gerekti÷i takdirde tekrar bu devreler üzerinde incelenebilir.

B. Teori

GøRøù

DC-DC dönüútürücüler endüstride oldukça yaygÕn olarak kullanÕlmaktadÕr. Zaman zaman do÷rudan, ayarlanabilir gerilimli bir güç kayna÷Õ uygulamasÕ, herhangi bir uygulamada gerekli olan herhangi bir DC gerilim seviyesinin elde edilmesi , ya da empedanslarÕ uyumsuz olan ardÕúÕk 2 katÕn birbirine uydurulmasÕ vb. sebepler için kullanÕlÕrlar.

Piyasada 1W seviyesinden birkaç yüz watt seviyesine kadar olan kHz seviyesinde frekanslarda anahtarlama yapan DC-DC dönüútürücüler bulunmaktadÕr.

Gerilim Azaltan Dönüútürücünün KalÕcÕ Durum Devre Analizi

ùekil 5.1’de tipik tek transistorlü bir gerilim azaltan dönüútürücü devre úemasÕ görünmektedir.

Görüldü÷ü üzere devrede biri kontrollü(MOSFET) di÷eri ise kontrolsüz (diyot) olan iki adet anahtar bulunmaktadÕr. MOSFET’in kapÕ-kaynak terminaline sabit frekansta , ayarlanabilir darbe geniúli÷ine sahip, yine úekil 1’de görülen PWM sinyali uygulanmaktadÕr. Bu sinyalin DTS süresince (yani darbenin uygulandÕ÷Õ sürede) transistör, geriye kalan (1-D)TS ile gösterilen süresinde de diyot iletimde olacaktÕr. Bu durum devrenin 2 ayrÕ modda çalÕúarak lineer olmayan bir yapÕ göstermesine sebep olur.

ùimdi devrenin bu 2 ayrÕ modunu inceleyerek gerilim azaltan dönüútürücünün giriú ile çÕkÕú gerilimi arasÕndaki iliúkiyi bulabiliriz.

15Vdc D

100uH

690uF LOAD

ùekil 5.1

“

V_PWM

12

t T_S

DT_S T_S 1+DT_S 2T_S

ùekil 5.2

ùekil 5.3.a’ da dönüútürücünün, transistörün iletimde diyotun kesimde oldu÷u mod 1’deki durumu gösterilmiútir. Transistör iletimde oldu÷u için kÕsa devre olarak, diyot ise kesim durumunda oldu÷u için açÕk devre olarak gösterilmiútir.

ùekil 5.3a ùekil 5.3b

ùekilde de görüldü÷ü gibi mod 1’de indüktör , do÷rudan çÕkÕú ile giriú arasÕna ba÷lanmÕútÕr. Bu durumda bu modda indüktörün uçlarÕ arasÕndaki gerilim giriú gerilim ile çÕkÕú gerilimi arasÕndaki fark kadardÕr.

V V V_{L g} 

ùekil 5.3b’deki mod 2 durumunda bakarsak bu kez transistorün kesimde diyotun iletimde oldu÷unu görürüz. Bu durumda indüktör üzerinde, çÕkÕú gerilimine eúit ve ters polariteli bir gerilim gözlemleriz.

V V_L 

Bu durumda indüktör geriliminin dalga úekli úekil 3’te gösterildi÷i gibi olacaktÕr.

t DT_S T_S 1+DT_S 2T_S

Vg-V

-V

V_L(t)

I

II

ùekil 5.4

ArtÕk bobinin her iki modda da hangi gerilim de÷erlerini aldÕ÷ÕnÕ biliyoruz. Bu durumda giriú ve çÕkÕú arasÕnda bir ba÷ÕntÕ bulabiliriz. KalÕcÕ duruma ulaúmÕú, dengedeki bir sistemde , bir anahtarlama periyodu süresinde indüktörün akÕmÕndaki net de÷iúim sÕfÕrdÕr. Bu indüktör volt-saniye dengesi olarak bilinir. Buna göre aúa÷Õdaki ifadeyi yazabiliriz.

dt t Ldi t

V_L ^L( ) )

( Î V t dt

t L i

Ts L Ts

L

³

0

0 1 ( )

)]

(

[ Î V t dt

i L T i

Ts L L

S

L ^

³

0

) 1 (

) 0 ( ) (

Burada TS ifadesi bir anahtarlama periyodunu ifade etmektedir ve yukarÕda da söyledi÷imiz gibi bir anahtarlama periyodunda akÕm de÷iúimi sÕfÕrdÕr. En sondaki eúitli÷in sol tarafÕ bir anahtarlama periyodunun baúÕ ve sonundaki akÕm de÷erlerinin birbirinden çÕkarÕlmasÕnÕ yani bir anahtarlama periyodu boyunca akÕmdaki de÷iúimini ifade etmektedir. DolayÕsÕyla sÕfÕra eúittir ve bu úekilde eúitli÷in sol tarafÕnÕn da sÕfÕra eúit olmasÕnÕ gerektiren aúa÷Õdaki denklemi elde ederiz.

0 ) 1 (

0

³

L

Ts

L Î ( ) 0

0

³

Ts L

Bu denklem açÕkça úekil 3’te gösterilen indüktör gerilimi dalga úeklinin altÕnda kalan I ve II ile gösterilmiú alanlar toplamÕnÕn sÕfÕr oldu÷unu ifade etmektedir. Buna göre;

0 ) 1 )(

( ) )(

( ) (

0







³

Ts

L t dt V V DT V D T

V

 0



 _{S S S}

S

gDT VDT VT VDT

V Î V_gDT_S VT_S 0

0 ) (V DV

T_{S g} Î V_gDV 0 V

DV_g

Görüldü÷ü gibi giriú gerilim ile çÕkÕú gerilim arasÕndaki iliúkiyi indüktör volt-saniye dengesi prensibini kullanarak bulduk. Burada D darbe geniúli÷i(duty cycle) de÷eri olup 0 ile 1 arasÕnda de÷iúmektedir.

YalnÕz bu ifadenin, bir takÕm yaklaúÕmlar ve varsayÕmlar yapÕlarak elde etti÷imiz bir sonuç oldu÷unun farkÕnda olunmalÕdÕr. Bu varsayÕmlar devrenin ideal oldu÷una dair olan varsayÕmlardÕr. Örne÷in her iki moddada, indüktör gerilimi denklemini yazarken transistör ve diyot üzerindeki gerilim düúümünü hesaba katmayarak bunlarÕn sÕfÕr oldu÷unu varsaydÕk. AyrÕca mod 2’de transistör kesimde oldu÷u için giriúteki kaynak devreyi beslememekte yani çÕkÕú devresi akÕmÕnÕ dolayÕsÕyla enerjisini kendi içinde çevirmektedir. Yük, bu modda kaynaktan enerji almadÕ÷Õ için enerjisini kapasitör ve

indüktörde depolanan enerjiden almaktadÕr. Bu sebeple enerjisi azalan bu elemanlarÕn akÕm ve gerilimlerinde azalmalar olacaktÕr.

Daha sonra devre tekrar mod 1’e dönünce kaynak devreye ba÷lanacak ve transistör üzerinden yüke enerji aktarmaya baúlayacaktÕr. DolayÕsÕyla kapasitör ve indüktörün de enerjisi artacak ve sÕrasÕyla gerilim ve akÕmlarÕ da artacaktÕr. Yani biz her iki modun denklemini de yazarken çÕkÕú gerilimini V gibi sabit bir de÷er olarak aldÕk.

Oysa çÕkÕú gerilimi, kapasitörün az önce bahsetti÷imiz enerji alÕú veriúleri sebebiyle V+v(t) úeklinde V+ƩV ile V- ƩV arasÕnda salÕnan bir de÷erdir . DolayÕsÕyla biz V de÷erini alarak bu ƩV salÕnÕmÕnÕn V ortalama de÷erine göre çok küçük ve ihmal edilebilir oldu÷unu varsaydÕk.

Son olarak, önemli olan bir baúka parametremiz de indüktör akÕmÕdÕr. Çünkü devreden de görüldü÷ü gibi yük akÕmÕnÕn süreklili÷i indüktör sayesinde sa÷lanmaktadÕr.

Kapasitör ve yükün çekti÷i akÕmlarÕn toplamÕ bize bobinin akÕmÕnÕ verecektir.

Bobin de devrede sürekli olarak enerji alÕúveriúinde bulunan bir eleman oldu÷u için akÕmÕnda de÷iúimler olacaktÕr. Bu salÕnÕmlarÕn seviyeleri bobinin her modda maruz kaldÕ÷Õ gerilimler bilindi÷i takdirde hesaplanabilir.

dt t Ldi t

V_L ^L( ) )

( Î

dt t di L

t

V_L( ) _L( )

Burada dt

t di_L( )

bize bobin akÕmÕnÕn e÷iminin ifadesini vermektedir. Yani bobin akÕmÕ

mod 1’de L

V V_g 

e÷imiyle DTS süresince artarken mod 2’de L

V

e÷imiyle azalmaktadÕr.

Bu de÷iúim úekil 4’te gösterilmiútir.

ùekil 5.5

DENEY 5.1: DC-DC GERİLİM AZALTAN DÖNÜŞTÜRÜCÜ

5.1.1. Darbe Geniúli÷i Etkisi

ùekil 5.10

ùekil 5.11

ùekil 5.10’da görülen devreyi kurunuz. Yük olarak ba÷layaca÷ÕnÕz reostayÕ 10 ohm’a ayarlayÕnÕz. Ba÷lantÕlarÕ kontrol ettikten sonra devreye enerji veriniz. Osiloskoptan bakÕp “duty cycle” potunu kullanarak darbe geniúli÷ini 0.5’e ayarlayÕnÕz. Yine aynÕ úekilde “switching frequency” potunu kullanarak anahtarlama frekansÕnÕ 20kHz’e ayarlayÕnÕz.

Yükü ba÷ladÕktan sonra dönüútürücünün giriúine ba÷ladÕ÷ÕnÕz güç kayna÷ÕnÕ açarak giriú gerilimini 15V’a ayarlayÕnÕz. Darbe geniúli÷ini 0.1’den 0.9’a kadar 0.1 lik adÕmlarla de÷iútirerek her adÕmda çÕkÕú geriliminin ortalama de÷erinin ölçünüz. D=0.1 D=0.5 ve D=0.9 de÷erleri için indüktör akÕmÕnÕ ve çÕkÕú geriliminin üzerindeki dalgalanmayÕ osiloskopta gözlemleyerek dalga úekillerinin çiziniz.

(Not : øndüktör akÕmÕ ölçüm kartÕnÕn akÕm kÕsmÕndan, çÕkÕú geriliminin üzerindeki dalgalanmalar ise, osiloskobun AC modundan görülebilir.)

5.1.2. Anahtarlama FrekansÕ Etkisi

Devreyi de÷iútirmeksizin darbe geniúli÷ini 0.5’e ayarlayÕn. Yük gerilimi dalgalanmasÕnÕn tepe-tepe de÷erini ölçünüz. Bobin akÕmÕnÕn dalga úeklini çiziniz. AynÕ iúlemleri, 40kHz,60kHz, 80kHz ve 100 kHz için tekrarlayÕnÕz.

5.1.3. Yük Etkisi

Anahtarlama frekansÕnÕ 100kHz’e , darbe geniúli÷ini de 0.5’e ayarlayÕn. Yük olarak ba÷ladÕ÷ÕnÕz reostanÕn direncini devre süreksiz akÕm moduna geçene kadar yavaú yavaú artÕrÕn. ÇÕkÕú geriliminin de÷erini ölçerek, mosfet (akaç-kaynak gerilimi) ve diyot gerilimleriyle birlikte dalga úekillerini çiziniz.

(Not: Mosfet’in akaç(drain) terminali de kaynak(source) terminalide toprakta olmadÕ÷Õ için bu elemanÕn gerilimini osiloskopta gözlerken daha dikkatli olunuz. YanlÕú toprak kullanÕmÕ sigortalarÕ attÕrabilir)

5.1.4. Verim

Anahtarlama frekansÕnÕ 40kHz’e darbe geniúli÷ini 0.5’e ayarlayÕnÕz. Yük direncini tekrar 10 ohm’a getiriniz. Giriú akÕmÕ ile, çÕkÕú akÕm ve geriliminin ortalama de÷erlerinin ölçerek ortalama giriú ve çÕkÕú güçlerinin hesaplayÕnÕz. Bu de÷erleri kullanarak dönüútürücünün bu frekanstaki verimini hesaplayÕnÕz. AynÕ iúlemleri 60kHz, 80kHz, 100kHz için tekrarlayÕnÕz.

Gerilim azaltan dönüútürücü için alÕnan bazÕ ölçümler aúa÷Õda gösterilmiútir.

25kHz frekansta D=0.5 de÷erinde darbe geniúli÷i dalga úekilleri.

ùekil 5.12

AynÕ frekansta bobin uçlarÕ arasÕndaki gerilim

ùekil 5.13

D=0.5 için çÕkÕú gerilimi ve üzerindeki dalgalanma

ùekil 5.14

D=0.75 için bobin üzerindeki gerilim ve darbe geniúli÷i-yük gerilimi dalga úekilleri

ùekil 5.15

DENEY 5.1 İSTENENLER

x Deney 5.1.1’de her bir darbe geniúli÷i için ölçtü÷ünüz gerilim de÷erlerini darbe geniúli÷i- yük gerilimi úeklinde grafi÷e dökünüz. Her bir darbe geniúli÷i de÷eri için yük gerilimini teorik olarak hesaplayÕnÕz. Teorik de÷erler ölçünlenlerle uyuúuyor mu. Uyuúmuyorsa neden? AçÕklayÕnÕz.

x Deney 5.1.2’de her bir frekans de÷eri için gözlemledi÷iniz dalga úekillerini ölçekli ka÷Õda çizerek raporunuza ekleyiniz. Anahtarlama frekansÕnÕn bobin akÕmÕ üzerindeki etkisini kÕsaca açÕklayÕnÕz.

x Deney 5.1.3’teki dalga úekillerini ölçekli ka÷Õda çizerek raporunuza ekleyiniz.

x Deney 5.1.4’te her bir frekans için elde etti÷iniz verim de÷erlerinin grafi÷ini çiziniz.

Anahtarlama frekansÕnÕn, devrenin verimine yaptÕ÷Õ etkiyi nedenleriyle açÕklayÕnÕz.

Bölüm 1.3 Güç BJT’leri ve Güç MOSFET’leri GÜÇ BJT’ LERø (Bipolar Jonksiyon Transistör)

BJT’ ler yapÕsal olarak diyoda benzeyen, iki tane p katkÕlÕ katman arasÕna bir n katkÕlÕ katman (pnp) konarak ya da iki tane n katkÕlÕ katman arasÕna, p katkÕlÕ bir katman (npn) konarak üretilmiú 2 tane pn jonksiyonuna sahip transistorlerdir.

ElemanlarÕn sembolleri úekil 1.3.1’ de gösterilmiútir.

ùekil 1.3.1

BJT’ nin üç terminali vardÕr. Bunlar beyz, emitör ve kolektör (base, emittor, collector) olarak adlandÕrÕlÕr. AkÕm kontrollü bir eleman olan BJT transistörleri, beyzine verilen akÕmla iletim durumuna geçerler ve bu durumda kalmalarÕ için sürekli olarak beyz akÕmÕna ihtiyaç duyarlar. Bu durumda BJT transistörlerinin çÕkÕú karakteristi÷i belirli bir beyz akÕmÕ için, kolektör-emitör gerilimine karúÕ kolektör akÕmÕnÕn de÷iúimidir.

Bu de÷iúim úekil 1.3.2’ de gösterilmiútir.

ùekil 1.3.2

BJTlerin, beyz ve emitörleri arasÕnda bir pn jonksiyonu vardÕr. Bu sebeple diyotlarda oldu÷u gibi burada da, transistör iletimdeyken 0.7V civarÕnda bir gerilim düúümü mevcuttur ve bu gerilimin altÕndaki beyz gerilimlerinde transistör kesim

durumunda kalacaktÕr. AyrÕca iletim durumundayken, üzerlerinde olan gerilim düúümü oldukça düúüktür. Bu nedenle iletim durumundaki güç kayÕplarÕ da azdÕr. Ama azÕnlÕk akÕm taúÕyÕcÕsÕ özelliklerinden dolayÕ, açÕlma kapanma süreleri yüksek olabilir.

BJTler beyzine akÕm uygulanmadÕ÷Õ takdirde kesim durumunda olurlar ve bu durumda transistörün zarar görmeden taúÕyabilece÷i maksimum kolektör-emitör gerilimi vardÕr. Buna kÕrÕlma gerilimi denir.

AyrÕca, azÕnlÕk akÕm taúÕyÕcÕlarÕna sahip elemanlara özgü olan negatif sÕcaklÕk katsayÕsÕ sebebiyle BJT’ lerin ikinci kÕrÕlma noktalarÕ da vardÕr ki bu tip bozulmalar BJT ler de birincil kÕrÕlmalara göre daha fazla gözlemlenir.

BJT lerin çalÕúmasÕ 3 ayrÕ bölgede incelenebilir. Kesim bölgesinde, sÕfÕr ya da yetersiz beyz akÕmÕndan dolayÕ transistör açÕlmaz ve kolektör akÕmÕ akmaz. Do÷rusal bölge ise genelde yükselteçlerde kullanÕlan bölgedir ve gerilim-akÕm iliúkisi do÷rusaldÕr. Son bölge ise doyum bölgesidir. Bu noktada belirli bir beyz akÕmÕ için transistorün üzerinden geçebilecek maksimum akÕm geçmektedir ve kolektör-emitör geriliminin artmasÕ kolektör akÕmÕnÕ çok fazla de÷iútirmeyecektir.

YukarÕda da söyledi÷imiz gibi, genel olarak BJTlerin do÷rusal bölgesi yükselteç, kesim ve doyum bölgeleri ise anahtarlama uygulamalarÕnda kullanÕlÕr.

GÜÇ MOSFET’LERø (Metal-Oksit YarÕiletken Alan Etkili Transistör)

Güç MOSFETleri, ortaya çÕkmalarÕyla birlikte pek çok uygulamada BJT’ lere göre tercih edilir olmuúlardÕr. BJT’ lere göre daha yüksek, gerilim düúümüne sahip olmalarÕna ra÷men azÕnlÕk taúÕyÕcÕlarÕ olmadÕ÷Õ için daha yüksek anahtarlama frekanslarÕnda kullanÕlabilirler ve toplamda daha düúük kayÕplara sahiptirler.

MOSFETler kapÕ, akaç ve kaynak olmak üzere 3 terminale sahiptirler. KapÕ terminali anahtarÕn di÷er kÕsÕmlarÕndan silikon dioksit bir tabakayla yalÕtÕlmÕútÕr. Bu sebeple kapÕ terminalinden MOSFET’e azÕnlÕk taúÕyÕcÕsÕ akÕmÕ olmaz. Bu da MOSFET lerde, BJTlerde olan ikincil kÕrÕlma geriliminin olmamasÕ demektir. AyrÕca azÕnlÕk taúÕyÕcÕlarÕnÕn da kanaldan dÕúarÕ atÕlmasÕnÕ gerektiren kesim dönüúümü de bu sebepten dolayÕ yoktur ve bu da MOSFETlerin açÕlma-kapanma sürelerine yansÕr.

MOSFETlerin daha hÕzlÕ uygulamalarda kullanÕlabilmelerinin sebebi budur.

Aúa÷Õdaki úekilde n-kanallÕ ve p-kanallÕ MOSFETlerin sembolleri gösterilmiútir.

ùekil 1.3.3

Gerilim kontrollü bir anahtarlama elemanÕ olan MOSFET, kanal ayarlamalÕ ve kanal oluúturmalÕ olarak iki çeúittir. Genel olarak kanal oluúturmalÕ (Enhancement type) MOSFET tipi yaygÕn olarak kullanÕlÕr. MOSFET’i iletime sokmak için kapÕ-kaynak

arasÕna gerilim uygulamak gerekir. Bu gerilim, e÷er MOSFET n-kanallÕ ise pozitif, p- kanallÕ ise negatif olacaktÕr.

Bu gerilim uygulandÕ÷Õ takdirde, akaç-kaynak arasÕnda, voltaj uygulandÕ÷Õnda üzerinden akÕm geçebilecek bir kanal oluúur. KapÕ-kaynak gerilimi ne kadar büyükse MOSFET’in üzerinden o kadar büyük bir akÕm geçebilir.

Bu durumda MOSFET’in çÕkÕú karakteristi÷i belirli bir kapÕ-kaynak voltajÕ için, akaç akÕmÕnÕn, akaç-kaynak gerilimine göre de÷iúimidir.

Bu de÷iúim úekil 1.3.4’ te grafiksel olarak gösterilmiútir.

ùekil 1.3.4

KapÕ-kaynak arasÕna uygulanan gerilimle iletime geçen MOSFETlerde bu gerilimin belli bir de÷erine kadar iletim olmaz. Yani MOSFET belirli bir kapÕ-kaynak gerilim de÷erine kadar açÕlmaz. Bu de÷ere MOSFET’in eúik gerilim de÷eri denir ve üretici bilgi sayfalarÕnda Vth olarak gösterilir.

MOSFETteki en önemli özelliklerden biri, MOSFET’in fiziksel yapÕsÕndan kaynaklanan, terminalleri arasÕndaki kapasitörleridir. MOSFET aslÕnda úekil 1.3.5’ deki gösterimiyle modellenir.

ùekil 1.3.5

Bu kapasitörler, MOSFET’in anahtarlama karakteristi÷i için oldukça büyük önem taúÕr. Çünkü transistörün açÕlma, kapanma süreleri bu kapasitörlerle iliúkilidir ve dolayÕsÕyla yüksek anahtarlama frekanslarÕndaki kayÕplar da do÷rudan buna ba÷lanmaktadÕr. Bu kapasitör etkilerinden en önemlisi, kapÕ-akaç arasÕnda gözlemlenen ve “Miller” kapasitansÕ olarak adlandÕrÕlan etkidir. Miller kapasitansÕ, giriú ile çÕkÕú arasÕnda oldu÷u için, transistörün yükselteç kazancÕyla da katlanÕr ve etkisi di÷erlerine göre daha belirgindir.

Bu durum MOSFET’in anahtarlama karakteristikleriyle birlikte úekil 1.3.6’da gösterilmiútir.

I_DS

V_DS

V_GS

V_th V_DD V_GG

Q_GS Q_GD

(MILLER)

Q_TOTAL

ùekil 1.3.6

DENEY 1.3.1: MOSFET DENEYLERø

1.3.1.1 MOSFET AçÕlma Testi Devreyi úekil 1.3.7’deki gibi kurunuz.

ùekil 1.3.7

ùekil 1.3.8

DENEYøN YAPILIùI:

1- Gerekli ba÷lantÕlarÕ yaptÕktan sonra devreye gerilim veriniz.

2- Gate gerilimine yavaú yavaú artÕrarak osiloaskoptan çÕkÕú gerilimini izleyiniz. Bu anda çÕkÕú gerilimi besleme gerilimi olan 15V civarÕnda olmalÕdÕr.

3- Gate gerilimi 3V civarÕna gelince çÕkÕú gerilimi yavaúça azalmaya baúlayacaktÕr.

Bu andaki gate gerilimini kaydediniz. (Mosfet iletime geçmeye baúlamÕútÕr.) 4- Gate gerilimini artÕrmaya devam ediniz. ÇÕkÕú gerilimi kÕsa bir süre sonra en az

seviyesine inecek ve artÕk düúmeyecektir. (Mosfet iletimdedir.) Bu voltaj de÷eri 4.3V civarÕndadÕr.

5- Gate gerilimine göre çÕkÕú grafi÷ini çiziniz.

ùekil 1.3.9

ùekil 1.3.10

VGG V_çÕkÕú

0V 15V

1V 15V

2V 15V

3V 15V

3.3V 14V

3.6V 12V

3.8V 10V

4V 5V

4.1V 2V

4.2V 1V

4.3V 1V

5V 1V

8V 1V

10V 1V

1.3.1.2 MOSFET Anahtarlama Testi Devreyi úekil 1.3.11’deki gibi kurunuz.

ùekil 1.3.11

ùekil 1.3.12

DENEYøN YAPILIùI:

1- Giriúe 10V tepe de÷erine sahip, 10kHz’lik kare dalga uygulayarak, V_GS kapÕ kaynak gerilimini(Y1), ve VDS akaç-kaynak gerilimini(Y2) osiloskopta gözlemleyerek çiziniz. Y2 kanalÕndan gördü÷ünüz akaç-kaynak gerilimi gerçek akaç-kaynak gerilimi midir? Osiloskobun ölçüm problarÕndan birini Y ile gösterilen noktaya takarak, akaç akÕmÕnÕ gözlemleyiniz ve çiziniz.

UyguladÕ÷ÕnÕz kare dalganÕn tepe de÷erini 10V’den yavaú yavaú düúürerek, bir önceki aúamada ölçüm aldÕ÷ÕnÕz dalga úekillerini gözlemleyiniz. Ne gibi de÷iúiklikler gözlemliyorsunuz? Gerilimi düúürmeye devam ediniz ve MOSFET’in açÕlmasÕ için gerekli olan eúik gerilimi(V_th) de÷erini tespit ederek, not alÕnÕz.

IGBT’LER

IGBT’ler, güç MOSFETleri ve BJT’lerinin bazÕ avantajlarÕnÕ üzerinde toplayan bir anahtarlama elemanÕdÕr. MOSFET’e benzer olarak, yüksek bir kapÕ empedansÕ vardÕr ve bu da anahtarlama kolaylÕ÷Õ sa÷lar. IGBTlerin , BJTler gibi, iletim gerilim düúümleri oldukça küçük, ileri kÕrÕlma gerilimleri de oldukça büyüktür. KapÕdan kanal içerisine azÕnlÕk taúÕyÕcÕlarÕ injeksiyonu olmadÕ÷Õndan BJT’ler gibi ikincil kÕrÕlma gerilimi problemleri de yoktur. BJTlerden daha yüksek anahtarlama frekanslarÕ vardÕr ama MOSFET kadar yüksek hÕzlara ulaúamazlar. Yine de anahtarlama karakteristikleri hemen hemen MOSFETle aynÕdÕr.

IGBT’lerin 3 adet terminali vardÕr ve bunlar kapÕ, emitör ve kolektör olarak adlandÕrÕlÕr. ÇÕkÕú karakteristi÷i ise belirli bir kapÕ-emitör gerilimi için, kolektör akÕmÕnÕn kolektör-emitör gerilimine göre de÷iúimidir. IGBT’nin sembolü ve çÕkÕú karakteristi÷i úekil 1.3.13’te gösterilmiútir.

ùekil 1.3.13

DENEY 1.3.2: IGBT DENEYLERø

1.3.2.1 IGBT AçÕlma Testi:

ùekil 1.3.14’ deki devreyi kurunuz

ùekil 1.3.14

ùekil 1.3.15

DENEYøN YAPILIùI:

1- Gerekli ba÷lantÕlarÕ yaptÕktan sonra devreye gerilim veriniz.

2- Gate gerilimine yavaú yavaú artÕrarak osiloaskoptan çÕkÕú gerilimini izleyiniz. Bu anda çÕkÕú gerilimi besleme gerilimi olan 15V civarÕnda olmalÕdÕr.

3- Gate gerilimi 5V civarÕna gelince çÕkÕú gerilimi yavaúça azalmaya baúlayacaktÕr.

Bu andaki gate gerilimini kaydediniz. (IGBT iletime geçmeye baúlamÕútÕr.) 4- Gate gerilimini artÕrmaya devam ediniz. ÇÕkÕú gerilimi kÕsa bir süre sonra en az

seviyesine inecek ve artÕk düúmeyecektir. (IGBT iletimdedir.) Bu voltaj de÷eri 7V civarÕndadÕr.

5- Gate gerilimine göre çÕkÕú grafi÷ini çiziniz.

ùekil 1.3.16

ùekil 1.3.17

VGG VÇÕkÕú

0V 15V

1V 15V

2V 15V

3V 15V

3.3V 14V

3.6V 12V

3.8V 10V

4V 5V

4.1V 2V

4.2V 1V

4.3V 1V

5V 1V

8V 1V

10V 1V

1.3.2.2 IGBT Anahtarlama Testi ùekildeki devreyi kurunuz.

ùekil 1.3.18

ùekil 1.3.19

AynÕ úekilde V_GE kapÕ-emitör, V_CE kolektör-emitör gerilimlerinin ve I_C kolektör akÕmÕnÕn dalga úekillerini gözlemleyerek çiziniz. IGBT’nin iletim eúik de÷erini de bir önceki deneydeki gibi tespit ediniz.