Giáo trình Điện tử công suất - Chương 4: Bộ biến đổi áp một chiều

ó thể lấy từ nguồn VCC qua diod D1 khi Q2 dẫn điện. Điều này yêu cầu Q2 đóng ngắt thường 
xuyên và Q1 không thể đóng mạch thời gian dài. Dòng xung cực đại ngỏ ra mỗi kênh là 
+1.8A/ – 1.4A đủ để nạp xả tụ 0.1 uF trong 1 micro giây đến áp lái định mức. 
 Trong vi mạch còn có khối bảo vệ áp nguồn thấp (UV detect) để tránh không đủ áp lái 
mosFET. Trong họ IR21xx có vi mạch IR2101, IR2110 điều khiển nửa cầu bằng hai ngỏ vào độc 
lập và việc xử lý chống trùng dẫn phải thực hiện trong sơ đồ phát xung. 
 Hình IV.3.9 Sơ đồ nguyên lý vi mạch IR2184 
 4. Mạch lái sơ đồ cầu: 
 Một cách chính quy, sơ đồ cầu có thể lái bằng hai mạch nửa cầu vừa được khảo sát. Ta 
cũng có các sơ đồ lái phối hợp trong hình IV.3.10. Các mạch này khá đơn giản nên có khả năng 
chuong 4 BBDA1C Page 24 of 27 
giới hạn về công suất, điện áp làm việc, tần số đóng ngắt và phương thức điều khiển. Ý tưởng 
chính ở đây là dùng một tín hiệu điều khiển cặp ngắt điện chéo để tạo ra một cực tính áp ra. 
V
1k
Q3
1k
VCC
12V
OPTO1
1
2
4
3
CHẠY (Nghịch)
OPTO3
1
2
4
3
12V
OPTO4
1
2
4
3
VCC
OPTO2
1
2
4
3
12V
Q4
Q12
(từ 12 đến 24V)
Q2
CHẠY (Thuận)
A -+
M
3k3
330
Q10
Q1
3k3
3k3
330
1k
3k3
12V
1k
Q4
12V
3k3
1k
Q3
(từ 12 đến 24V)
100
3k33k3
Q2
3k3
Q1
DK1
100
Q1, Q3: IRF9540
Q2,Q4: IRF540
1k
V
ĐK2
12V
A -+
M1
(a) (b) 
 Hình IV.3.10 Mạch lái cầu H đơn giản 
 Hình (a) sử dụng optron cách ly và đổi mức logic cho mạch lái mosFET. Điều khiển thuận 
(cấp áp dương) và nghịch (áp âm) cho động cơ bằng cách đóng mạch điện nối tiếp hai LED của 
optron lái các ngắt điện. Hình (b) sử dụng hai mosFET dưới phân cực cho hai mosFET trên. Các 
diod ổn áp bảo vệ quá áp có thể xảy ra do mạch lái cấp điện từ nguồn động lực. 
IV.5. SƠ ĐỒ CẢI THIỆN HỆ SỐ CÔNG SUẤT BBĐ DÙNG LƯỚI ĐIỆN: 
vC
i
C
Nguồn
i
i
n
C
C
Hình IV.5.1: Áp và dòng tụ lọc nguồn C của mạch chỉnh lưu toàn sóng tải C. iC = |in| 
Với các bộ biến đổi dùng điện lưới, việc sử dụng chỉnh lưu diod ở ngỏ vào đã cải thiện rất nhiều 
trạng thái sử dụng lưới điện của các bộ nguồn một chiều so với khi dùng chỉnh lưu SCR. Tuy 
nhiên, tổng trở vào của các bộ cấp điện đóng ngắt không tương đương với phần tử điện trở vì có tụ 
điện lọc ở sau chỉnh lưu điod. Khi đó, ngoài dòng xung ban đầu khi đóng vào lưới điện rất lớn, 
dòng nguồn ở trạng thái xác lập cũng là những xung nạp tụ, như được vẽ trên hình II.4.14. Khi đó, 
hệ số công suất không bằng đơn vị vì BBĐ có sử dụngï công suất phản kháng cho các hài bậc cao. 
Đề hệ số công suất bằng 1, dòng vào bộ nguồn cần có dạng hình sin, cùng pha với áp (hình 
II.4.15). Đó là nhiệm vụ của bộ cải thiện hệ số công suất, có sơ đồ khối như sau: 
 Lưới AC --> Chỉnh lưu D --> [tụ bé --> Mạch cải thiện HSCS -->] tụ lớn --> BBĐ Áp DC 
 Phần trong ngoặc vuông [ ] là phần bổ sung vào bộ nguồn xung để cải thiện hệ số công 
suất. Mạch điện này có nhiệm vụ nạp tụ điện ở ngỏ vào BBĐ áp một chiều bằng một dòng hình 
sin, có biên độ phụ thuộc vào công suất tiêu thụ ở ngỏ ra, S và L là một bộ nguồn Flyback để nạp 
tụ C2, sử dụng nguyên lý điều rộng xung loại dòng điện. Để dòng qua L có trị trung bình là hình 
chuong 4 BBDA1C Page 25 of 27 
sin cùng pha với lưới điện, tín hiệu đặt dòng của bộ điều rộng xung này có dạng hình sin, biên độ 
thể hiện yêu cầu áp trên tụ C2. 
vC1
i = i
n L
i
Nguồn
L
n
i
SC1
L
C2
Hình IV.5.2: Áp và dòng tụ lọc nguồn C iL = |in|, C1 có giá trị rất bé (dòng qua nó không đáng kể), C2 có 
giá trị lớn, cấp điện cho BBĐ áp một chiều. Gạch trên đầu các ký hiệu dòng cho biết đây là giá trị trung bình 
vì S đóng ngắt ở tần số rất cao. 
Hệ số công suất có thể lên đến 0.997 theo tài liệu Switchmode Power Supply Reference Manual 
(1999) của hãng ON Semiconductor (trước đây là một bộ phận của Motorola) khi ứng dụng vi 
mạch MC34262 của Motorola theo sơ đồ nguyên lý hình II.4.16 sau. 
Phần điều rộng xung loại dòng điện tương tự như so đồ vi mạch họ 384x, sự khác biệt nằm ở phần 
so sánh áp ra để tạo tín hiệu đặt dòng: ngõ ra của bộ điều khiển áp (khuếch đại sai số – Error 
Amp.) được nhân với hình sin nguồn để tạo ra tín hiệu đặt dòng điện. Điện dung tụ điện nhỏ C1 
bằng 1uF và điện dung tụ lọc nguồn chính C2 bằng 220 uF để có được bộ nguồn DC 230 V/3.5 A 
từ lưới điện 92 – 135 V AC. 
chuong 4 BBDA1C Page 26 of 27 
 hình IV.5.3 Mạch cải thiện hệ số công suất dùng vi mạch MC34262. 
IV.6 TÓM TẮT CHƯƠNG: 
 Chương 5 khảo sát các BBĐ điện áp một chiều, gồm nhiều sơ đồ khác nhau. Bài giảng đặc 
trọng tâm vào BBĐ dạng FORWARD, là dạng phổ biến trong công nghiệp. BBĐ dạng 
FORWARD đóng ngắt nguồn cung cấp cho tải, áp ngỏ ra là những xung áp chữ nhật có trị trung 
bình thay đổi theo độ rộng xung tương đối α . Dòng qua tải có L là những xung tam giác ( liên tục 
hay gián đoạn ) khi tính toán gần đúng, nhấp nhô cực đại khi α = ½ . 
 Các công thức quan trọng cần nhớ là: tính trị trung bình, nhấp nhô của áp (hay dòng) ngỏ ra 
(hay ngắt điện). Việc khảo sát hệ thống BBĐ áp một chiều – tải luôn luôn dựa vào nguyên lý xếp 
chồng như đã khảo sát bộ chỉnh lưu. Chế độ dòng gián đoạn luôn luôn được đặt ra khi BBĐ chỉ cho 
dòng chảy một chiều, hậu quả của nó là áp ra luôn cao hơn giá trị tính toán. Khi thiết kế sơ bộ hay 
tính toán gần đúng ta thường giả thiết là dòng tải liên tục để bài toán được đơn giản. 
 Mục IV.3 giới thiệu mạch tắt SCR gồm hai nhóm cứng và mềm. Mục IV.4 trình bày các 
ứng dụng, cần đối chiếu với ứng dụng của chỉnh lưu (chương 3) để thấy sự khác biệt của đặc tính 
hai BBĐ có ngỏ ra điện một chiều. 
BÀI TẬP VÀ CÂU HỎI: 
1. Cho BBĐ áp một chiều và mạch điều khiển đã đơn giản hóa như hình BT1.a , trong đó U1D là mạch tạo 
xung tam giác trên tụ C ( hình BT1.b ), U1C là mạch đảo, U1A và U1B là hai mạch so sánh dùng khuếch 
đại thuật toán. Vẽ dạng áp ra vo , tìm quan hệ trị trung bình áp ra Vo/ V theo UĐK / UĐB (UĐB là biên 
độ xung tam giác). Nêu các đặc điểm của phương pháp điều khiển này . 
 Để đơn giản, cho áp ra bảo hòa của Khuếch đại thuật toán là áp nguồn VCC và sụt áp qua các mối 
nối transistor bằng 0 . 
VCC
VCC
_VCC
_VCC
vo
UDK
U1C
10
9
8
U1D12
13
14
C
R2
R1
R3
R4
R4
U1B
5
6
7
U1A
3
2
1
4
11
Q1 Q3
Q2 Q4
uĐB
+UĐB
-UĐB 
 Hình BT1.a Hình BT1.b 
2. Cho mạch chopper (bộ biến đổi xung điện áp một chiều) làm việc ¼ mặt phẳng tải (hình IV.2.2a), có các 
thông số: R = 0.5 ohm, L = 0.02 henry, áp nguồn V = 550 V, và tần số làm việc 5 kHz. 
 1. Tính độ rộng xung tương đối α để dòng qua tải bằng 200 A khi sức phản điện E là 120 V. 
 2. Cũng với dòng trung bình qua tải IO bằng 200 A, tìm L để nhấp nhô dòng điện luôn bé hơn 20% 
của dòng trung bình IO qua tải với mọi giá trị của α. ( khi đó E sẽ phải thay đổi khi thay đổi để IO luôn bằng 
200 A ) 
Hướng dẫn: câu 1: tính trung bình áp ra, suy ra α.. 
 câu 2: nhấp nhô dòng qua tải cực đại khi α = ½ 
3. Cho động cơ một chiều kích từ độc lập làm việc với BBĐ áp một chiều làm việc 2 phần tư mặt phẳng 
tải, tần số hoạt động 10 KHz, nguồn cấp điện 100VDC. Động cơ có điện trở trong R = 1 ohm, tự cảm L = 10 
mH. 
a. Cho độ rộng xung tương đối α = 0.6 và động cơ làm việc không tải (Io = 0). Tính sức điện động E của 
động cơ và vẽ dạng dòng tải iO của BBĐ. 
uĐB 
UĐK 
chuong 4 BBDA1C Page 27 of 27 
b. Với α = 0.6 và E = 50 VDC, tính dòng tải Io và công suất cơ nhận được trên trục động cơ. Giả sử dòng tải 
không đổi (không nhấp nhô, ΔI = 0) tính công suất tiêu thụ từ nguồn và trị trung bình dòng qua các ngắt 
điện bán dẫn. 
c. Để hãm động cơ, với E = 70 VDC và dòng tải tương ứng là 10 A, tính độ rộng xung tương đối α và công 
suất nguồn nhận được. 
4. Cho BBĐ áp một chiều là việc hai phần tư mặt phẳng tải hình IV.2.2b, áp nguồn V bằng 220 VDC, tải 
E = 120V, R = 1 ohm, L = 1 mH, tần số làm việc 5 kHz. 
 a. Tính và vẽ dạng dòng qua tải ở độ rộng xung tương đối α = 0.75, sử dụng công thức gần đúng với 
giả sử dòng có dạng tam giác, sụt áp qua ngắt điện không đáng kể. 
 b. Trong trường hợp câu a., tính công suất tiêu thụ của tải bằng hai cách: tích phân trực tiếâp và tổng 
công suất tiêu thụ bởi R và E. Giải thích tại sao hai kết quả không trùng khớp. 
 c. Làm lại câu b. với giả thiết L tải rất lớn (L = ∞) để dòng tải phẳng. Giải thích tại sao hai kết quả 
trùng khớp. 
 d. Tính độ rộng xung tương đối α và vẽ dạng dòng nguồn để dòng qua tải có trị trung bình bằng -
10A (dòng tải đão chiều). 
5. Cho BBĐ áp một chiều là việc một phần tư mặt phẳng tải hình IV.2.2a, áp nguồn V bằng 40 VDC, tải 
R = 20 ohm, L = 10 mH, tần số làm việc 10 kHz. Mạch điều chế độ rộng xung (PWM) dùng áp răng cưa 
một cực tính (hình IV.4.1b) có biên độ Ucmax = 10V. Tính trị trung bình áp ra khi Uđk = 4V. Vẽ dạng dòng 
ra và tính công suất tiêu thụ của R. Độ rộng xung bằng bao nhiêu thì dòng tải gián đoạn?