Giáo trình Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 2: Linh kiện công suất

, mạch lái thyristor cũng có hai nhiệm vụ là đãm bảo thông 
số tín hiệu điều khiển cực cổng (đa số trường hợp là dòng điện) và cách ly mạch động lực – điều 
khiển. 
 a. Mạch lái trực tiếp thyristor: 
 Đây là mạch khuếch đại dòng, vì áp cực cổng VGT 
của SCR khá bé, khoảng 2-3 volt trong khi dòng kích 
cổng có thể đến 5 ampe cho SCR có dòng anod vài trăm 
ampe. Trên hình II.4.4, ta có mạch theo phát (tải cực 
phát). Có thể sử dụng thêm các tầng khuếch đại 
transistor ghép trực tiếp và tụ gia tốc khi yêu cầu dòng 
cực cổng lớn. 
6V
XUNG DK
SCR
R?
RC1
0.1 uF
R5
2.2 ohm
R2
220
R3
100
R1
100
R4
2.2 ohm
Q1
C1061
Hình II.4.4 Mạch lái trực tiếp thyristor 
 b. Kích SCR xung hẹp bằng biến áp xung: 
Ch 2 Linh kien DTCS.doc Page 16 of 20 
 (a) 
VCC
D2
D1
3k3
3k3
3k3
Q1
BAX
3.3 ohm
D2
47n
100
SCR
 (b) 
Hình II.4.5 Mạch kích SCR bằng biến áp xung. 
 Hình II.4.5.a và (b) trình bày các dạng sóng và mạch khuếch đại xung và ghép với SCR. 
Các diod D1, D2 , transistor Darlington Q1 thực hiện hàm OR (hai ngỏ vào) và khuếch đại dòng. 
Biến áp xung BAX nối ở cực thu C của transistor qua điện trở hạn dòng 3.3ohm. Nguồn VCC có 
thể là 24V và tỉ số giảm áp của BAX là 4 :1 (biên độ xung ở thứ cấp còn khoảng 5V) để giảm 
dòng qua transitor và nguồn cấp điện. Tụ điện 47 nF và điện trở 100 ohm nối càng gần SCR 
càng tốt để chống nhiễu khi dây nối mạch điều khiển và SCR dài. Các thông số trên có thể dùng 
cho SCR có định mức trung bình dòng đến 250 A. 
 Khi Q1 bảo hòa, áp nguồn VCC có thể xem như đặt vào sơ cấp biến áp. Dòng từ hóa cuộn 
sơ cấp xuất hiện, tăng theo hàm mũ. Từ thông trong lõi biến áp thay đổi tạo ra điện áp cảm ứng 
ở thứ cấp và dòng kích cho SCR. Như vậy, dòng qua cuộn sơ cấp biến áp sẽ gồm dòng từ hóa và 
dòng phản ảnh từ thứ cấp. Khi bề rộng xung đủ bé, lõi thép biến áp chưa bảo hòa và ta có điện 
thế và dòng điện cảm ứng ở thứ cấp. Khi Q1 tắt, dòng từ hóa biến áp phóng qua diod phóng điện 
D2 và giảm về từ từ không. 
 Như vậy biến áp xung chịu từ hóa một cực tính và cần phải thiết kế sao cho không bảo 
hòa. Khi bề rộng xung tăng cao, dòng từ hóa tăng cao làm lõi thép bị bảo hòa và khi dó từ thông 
không còn thay đổi, áp cảm ứng ở thứ cấp giảm đến bằng không. Xung thứ hai của hình II.4.5.a 
cho thấy áp thứ cấp bị giảm và Q1 hết còn bảo hòa khi độ rộng xung tăng lên. Hiện tượng này 
cũng xảy ra khi ta có chuỗi xung và dòng từ hóa chưa về không thì đã có xung kế tiếp. 
 Như vậy biến áp xung chỉ có thể truyền được xung hẹp, khi thời gian xung khá bé so với 
thời gian nghỉ. Bề rộng xung kích SCR của sơ đồ chỉnh lưu khoảng 1 mili giây. 
 Hướng dẫn thực hành cho thiết kế biến áp xung: Có thể tính toán và chế tạo BAX như 
biến áp thông thường với một số lưu ý: Chọn mật độ từ thông thấp và vật liệu từ ít tổn hao (như 
ferrite). Chu kỳ của tín hiệu từ hai đến ba lần bề rộng xung. Điệân áp cho cuộn dây có thể lấy 
bằng biên độ xung và nếu truyền chuỗi xung thì độ rộng xung tương đối (Txung / chu kỳ T) 
không nên lớn hơn 1/3. Có thể phải thay đổi mạch phóng điện (diod D2) để tiêu hao năng lượng 
dòng từ hóa nhiều hơn để dòng điện này chóng về không. 
 c. Kích SCR bằng xung rộng: 
 Trong rất nhiều trường hợp, xung hẹp không đáp ứng được các ứng dụng. Có thể kích 
xung rộng (lớn hơn vài mili giây) bằng các phương pháp: nối trực tiếp, ghép bằng biến áp xung 
và optron. Khi dùng biến áp xung, có hai phương án sau: 
Ch 2 Linh kien DTCS.doc Page 17 of 20 
 - Sử dụng SCR phụ như hình II.4.6.a. Biến áp kích xung công suất bé cho SCR phụ (dòng 
vài ampe). Mạch điện phụ này lấy nguồn từ pha lưới sao cho cung cấp điện áp dương khi SCR 
phân cực thuận. 
 - kích bằng chuỗi xung, bề rộng từ vài chục đến vài trăm micro giây hình II.4.6.b. nhưng ỡ 
thứ cấp biến áp dùng chỉnh lưu diod để biến thành xung rộng trở lại – hình ( c). Dòng từ hóa 
cũng được tận dụng nhờ diod phóng điện D25. Điều bất lợi của sơ đồ này là sườn lên của xung 
cực cổng SCR có độ dốc kém vì cần có tụ lọc C22 ở ngỏ ra chỉnh lưu. 
Áp pha
220/9 VAC
47n
SCR
100
SCR P
22
BAX
BAX
Hình II.4.6 (a) 
ĐK
Dao động
T1
TRANSCT
D23
D25
R36
3.3
C22
2u2
R37
100
SCR
Q1
3k3
3k3
D19
24VX
(b) 
 Dùng optron và nguồn một chiều 
phụ có sơ đồ nguyên lý như hình II.4.6.c. 
Khi LED của optron có dòng, nó chiếu 
sáng làm photo transistor dẫn điện. Q1 có 
dòng cực B đủ lớn, trở nên bảo hòa, nối 
điện trở 1k xuống 0 volt. Q2 bảo hòa nối 
nguồn 9v qua điện trở 33 ohm kích SCR. 
 c. Kích TRIAC bằng optron triac họ 
MOC: 
9V
47n
100
SCR
1
2
4
3
6K8 Q1
330
Q2
33
1k
2k2
Q
Hình II.4.6.c Kích SCR cách ly dùng optron 
 Có thể điều khiển TRIAC công suất bé (dòng định mức vài chục A) bằng các optron họ 
MOC của hãng Motorola. Ngỏ ra optron là phototriac có áp khoá đến 400 volt, dòng vài chục mA 
cho phép kích TRIAC trực tiếp ở điện 220 VAC 
 Hình II.4.7.a Mạch nguyên lý kích TRIAC dòng OPTRON và các thông số 
Ch 2 Linh kien DTCS.doc Page 18 of 20 
Hướng dẫn sử dụng OPTRON họ MOC (của Motorola) 
để lái TRIAC. 
 Hình II.4.7.b Đặc tính OPTRON TRIAC họ MOC 
NHẬN XÉT - Biến áp xung là phần tứ kích SCR rất hiệu quả: cách ly điện, khuếch đại 
dòng, nhưng chỉ truyền được xung hẹp. 
 4. Mạch lái MOSFET công suất có bảo vệ dòng: 
 Hình II.4.8 được trích từ một tạp chí điện tử công nghiệp để tham khảo một mạch lái 
MosFET công suất có bảo vệ dòng. Động cơ một chiều M là tải của BBĐ xung điện áp với ngắt 
điện là MosFET 12A / 60V, mã hiệu IRF131. Tác động bảo vệ dòng được thực hiện qua R - S 
Flip Flop. Nguyên lý này còn gặp trong các vi mạch điều khiển bộ nguồn xung. 
+V
 OPTRON
 VI PHÂN
RS FF
CỔNG
SO 
SÁNH
 R -Q
 S Q
M
D
SHUNT
Q
Imax
ĐK
 (a) 
+V
15v 15v
1
23
4
5
6
7
ferrite io
C 
OPTRON
1
2
4
3
330
10K
1k
1nF
0.33 ohm
100
IRF131
2N2222
220
1K
M
D
 (b) 
 R - S flip flop, được set ở mỗi đầu chu kỳ đóng ngắt và reset khi dòng vượt quá giá trị cho 
phép. Như vậy khi có quá dòng, MosFET sẽ bị khóa ngay, nhưng lại được cho phép ở chu kỳ 
đóng ngắt kế tiếp. 
 Kết quả là khi có quá dòng, độ rộng xung tương đối sẽ giảm để hạn chế dòng cực đại. 
Các dạng sóng cho ở hình II.4.8.c: 
 4: ngỏ ra cổng NAND 4, là tín hiệu 
điều rộng xung từ mạch điều khiển, qua 
optron. 
 3: ngỏ ra cổng NAND 3, tín hiệu set 
của RS flip flop. 
 C: cực C của BJT 2N2222, xuống 
thấp khi dòng vượt quá giá trị đặt xác định 
bằng biến trở 100 ohm, nối song song với 
shunt 0.33 ohm để lấy tín hiệu dòng iO. 
 7: tín hiệu cực cổng MosFET. 
t
t
t
t
4
3
C i
7
o
 (c) 
Hình II.4.8 Mạch lái mosFET có bảo vệ dòng 
Ch 2 Linh kien DTCS.doc Page 19 of 20 
 Các cổng NAND 6, 1, 2, 7 sử dụng CD4011 là CMOS cấp điện 15V, lái trực tiếp MosFET 
bằng dây dẫn đi qua ống ferrite để chống dao động và nhiễu tần số cao, ở vị trí của 7 có thể dùng 
cổng NAND song song để tăng khả năng tải dòng. Các cổng 4, 3, 5 là các cổng NAND Smit-tri-
gơ CD4093 cho phép sửa dạng xung. 
 Các hãng đã chế tạo nhưng vi mạch điều khiển bộ biến đổi có tích hợp mạch hạn chế 
dòng có nguyên lý làm việc tương tự. 
 5. Vi mạch lái ½ cầu MOSFET: 
Hai transistor nối tiếp nhau để mắc vào cực +/- nguồn được gọi là nửa (1/2) cầu (hình 
II.4.9). Vì nửa cầu là phần tử cơ bản trong các bộ biến đổi sử dụng nguồn một chiều (chương 4, 
5), các hãng chế tạo điện tử đã chế tạo ra các vi mạch lái nửa cầu, ví dụ như IR 2151 của hãng 
International Rectifier như hình II.4.9. 
Hình (a) là sơ đồ nguyên lý ứng dụng và hình (b) cho ta cấu tạo bên trong. IR2151 bao 
gồm bộ dao động để tạo xung điều khiển, mạch lái hai mosFET bao gồm cả phần tạo ra vùng 
chết 1.3 microsec để chống việc hai ngắt điện trùng dẫn. 
 (a) 
 (b) 
Hình II.4.9: vi mạch IR2151 để lái ½ cầu trong sơ đồ ballast điện tử. 
BÀI TẬP 
1. Sử dụng một chương trình mô phỏng để thử nghiệm hai mạch BA xung sau (tự chọn linh kiện): 
Ch 2 Linh kien DTCS.doc Page 20 of 20 
2. Tính dòng kích cho SCR theo mạch hình 
bên khi cho biết: β bão hòa của Q1 và Q2 
lần lượt là 40 và 20, tỉ số truyền dòng 
(dòng qua BJT/dòng qua LED) bằng 50%, 
áp cấp cho mạch sơ cấp optron 5 V. 
9V
47n
100
SCR
1
2
4
3
6K8 Q1
330
Q2
33
1k
2k2
Q
3. Tính tổn hao công suất của một transistor có chế độ làm việc sau: đóng ngắt liên tục với 
ton = toff = 20 usec ở áp nguồn bằng 200 V, dòng tải 15 A. Transistor có áp bảo hòa bằng 2 V, 
dòng rò khi khóa bằng 1 mA và năng lượng tổn hao cho 1 lần đóng ngắt bằng 0.8 mJ. Cho nhận 
xét về tổn hao công suất này khi tần số đóng ngắt thay đổi. 
4. Dùng một chương trình mô phỏng mạch điện 
tử để vẽ dạng dòng kích SCR, có thể thay BJT 
C1061 bằng linh kiện tương tự có β bão hòa 
bằng 20, ICmax bằng 3 A, nguồn xung đầu vào 
có biên độ 5 V, độ rộng 100 usec và nội trở 
xem như bằng 0. Ngoài ra, trong hình 
R = 1kOhm. 
 6V
XUNG DK
SCR
R?
RC1
0.1 uF
R5
2.2 ohm
R2
220
R3
100
R1
100
R4
2.2 ohm
Q1
C1061