Ero sivun ”Tehoelektroniikka” versioiden välillä

'''Tehoelektroniikka''' on [[elektroniikka|elektroniikan]] osa-alue, joka käsittelee suuritehoisten [[virtapiiri]]en ohjausta ja säätöä elektroniikan komponenttien avulla. [[Sähkötekniikka|Sähkötekniikan]] keskeinenkaksi ongelmakeskeistä onongelmaa ollutovat olleet [[tasavirta|tasasähkön]] [[jännite|jännitteen]] ja [[vaihtosähkö]]n [[taajuus|taajuuden]] muuttaminen, johonjoihin tehoelektroniikka tarjoaa ratkaisuja. Tehoelektroniikan piirit perustuvat [[puolijohde]]komponenttien käyttämiseen [[kytkin (sähkötekniikka)|kytkimenä]]. Moderni tehoelektroniikka käyttää puolijohdekytkimiä [[teho]]n käsittelyyn ja mikroelektroniikkaa tehoelektroniikan ohjaukseen. Tehoelektroniikka on saavuttanut tärkeän aseman sähkötehon muokkauksessa. Tehoelektroniikkaa käytetään laajalti kotitalouskoneissa, teollisuuskäytöissä ja sähkönjakelussa.

[[Diodi|Diodeilla]] on tärkeä rooli tehoelektroniikassa, sillä niillä voidaan estää virran kulku ei-toivottuun suuntaan. Tärkeimmät diodin ominaisuudet ovat, että estosuunnassa diodin läpi ei pääsisi vuotamaan ollenkaan virtaa, päästösuunnassa diodin liitosten yli oleva jännite olisi nolla, eli siinä ei syntyisi tehohäviöitä, ja diodin pitäisi pystyä reagoimaan virran muutokseen mahdollisimman nopeasti eli siirtyä estokaistalta päästökaistalle tai päästökaistalta estokaistalle heti virran suunnan muututtua. Kaikkia näitä ominaisuuksia ei voida optimoida parhaaksi mahdolliseksi, vaan jotaineri ominaisuuksiavaatimusten parannettaessavälillä joitakinon täytyytehtävä huonontaakompromisseja. Tämän takia diodityypin valinta tehdään sovelluskohtaisesti, millä pyritään optimoimaan haluttuja ominaisuuksia muidensovellukselle ei niinvähemmän tärkeiden ominaisuuksien kustannuksella. Tehodiodeiksi luokitellaan esimerkiksi [[PIN-dioditdiodi]]t ja [[Schottky-diodi|Schottkyn diodit]].

PIN-diodeilla on suuri estosuunnan jännitekestävyys, joka tarkoittaa sitä, että estosuunnassa sen vuotovirta on erittäin pieni. PIN-diodien jännitekestävyys perustuu siihen lisättyyn keskialueeseen(pn- ja n-liitosalueidenp välissä),alueiden jokaväliin onlisättyyn heikostiintrinsinkkisestä saostettua(seostamattomasta) piitäpiistä muodostuvaan keskialueeseen. Tämä on suurin ero perinteiseen PN-diodiin. PIN-diodiin lisätyn välialueen takia komponentissa tapahtuu enemmän häviöitä, koska se kasvattaa diodin kynnysjännitettä lisäämällä sen resistanssia. Toinen ero perinteiseen PN-diodiin on se, että virran muuttuessa nopeasti nollaan diodin suuri liitosalue aiheuttaa suhteellisen suuren takavirran, koska se sisältää edelleen paljon varauksenkuljettajia, jonka takia diodi ei mene välittömästi estotilaan. PIN-diodit ovat jaoteltujaotellaan vielä erikseen hitaisiin ja nopeisiin ryhmiin riippuen takavirran kestoajasta.

[[Schottky-Schottkyn diodi|Schottky-diodin]] pääosatmuodostuu ovat kaksi N-tyypin puolijohdetta, joista toinen on vahvastipuolijohteen ja toinenmetallin heikosti saostettu ja metallipinta, joka muodostaa toimintapinnan sen ja heikosti saostetun puolijohteen pinnan välillerajapinnasta. Tämän diodityypin etuina ovat nopea reagointiaika, kun virta tippuu nollaan, ja pieni kynnysjännite (eli pienet häviöt). jaHuonona haittoinapuolena taas on huono jännitekestävyys, joka on parhaimmillaan tämän tyyppisissä diodeissa 100Vparhaimmillaankin jää noin 100 V:iin. Tätä diodityyppiä käytetään yleisesti hakkuriteholähteissä.

Teho-[[MOSFET|MOSFETtejäMOSFET:tejä]] (metal-oxide-semiconductor-field-effect transistor) käytetään sovelluksissa, joissa halutaan suuri kytkentänopeus pienillä käyttöjännitteillä. Teho MOSFETtien-MOSFET:tien etuihin kuuluu mm se, että niitä voidaan ohjata suoraan IC-piireillä[[mikropiiri|mikropiireillä]] matalilla taajuuksilla, ja niiden valmistaminen on halpaa. MOSFETtienMOSFET:tien käyttöä suurilla, noin (MHz luokan) taajuuksilla haittaa hilan kapasitanssien varaustarve. Teho-MOSFETtejäMOSFET:tejä käytetään yleisesti kytkiminä teholähteissä ja moottori ohjaimissa kytkiminämoottoriohjaimissa.

[[IGBT]] transistorit (Insulated Gate Bipolar-Transistor) voidaan luokitella PT eli läpilyöviin ({{k-en|punch-through}}) ja NPT eli ei -läpilyöviin rakenteisiin (non-punch-through). PTNäistä PT-tyyppisen transistorin etuna on parempi kompromissi päästösuuntaisen jännitehäviön ja poiskytkentä ajan välillä. NPT tyyppisessä IGBT:ssä taas on parempi oikosulkukestävyys, mutta sen päästösuuntainen jännitehäviö on suurempi. IGBT transistorin etuna on, että sen kytkentä aikojakytkentäaikoja voidaan ohjatasäätää muuttamalla tulosignaalin muotoa. Tämän ansiosta IGBT ei tarvitse suojapiirejä ja seniitä voidaan [[rinnankytkentä|kytkeä rinnakkain]] helposti. IGBT tyyppisiä transistoreja käytetään yleisesti taajuusmuuttajien vaihtosuuntaus piireissä kytkinkomponentteina.

[[Tyristori]] on diodinnelikerroksinen kaltainenbipolaarinen komponenttipuolijohdekomponentti, jonkajoka läpimuistuttaa virtahieman voi kulkea vain yhteen suuntaan, mutta sen syttymis-, eli liipaisuhetki voidaan määrätädiodia. TyristorillaTyristorissa on kolme terminaalia: Anodianodi, katodi ja hila. Tyristori syttyy hilalle tuotavalla hilalta katodille kulkevalla pulssilla ja sammuu anodivirran laskiessa hetkeksi nollaan. TyristoriaTyristoreita käytetään suurivirtaisissa ja suurijännitteisissä sovelluskohteissa, esimerkiksi teollisuuden tasavirtamoottorikäytöissä tasasuuntaajanatasasuuntaajina, säädettävinäsäädettävissä [[loisteho]]n loistehokompensaattoreinakompensaattoreissa sekä valonhimmentiminävalonhimmentimissä.

Tehoelektroniikkaa käytetään [[sähkömoottori]]n pyörimisnopeuden säädössä. PuolijohdesuuntaajallaPuolijohteilla toteutetulla [[vaihtosuuntaaja]]lla syötetty [[tasasähkömoottori]] on ollut pitkään ollut eniten käytetty moottori sovelluksissa, joissa on tarvittutarvitaan nopeaa ja tarkkaa pyörimisnopeuden säätöä. Vaihtosähkön taajuuden ja jännitteen muuttaminen puolijohdesuuntaajan avulla on mahdollistanut vaihtosähkömoottoreiden[[vaihtosähkömoottori]]en käyttämisen myös pyörimisnopeuden säätöä vaativissa tehtävissä.