Giao trinh bai tap chuong 4

Chương 2: LINH KIỆN CÔNG SUẤT Trong chương 2, ta khảo sát đặc tính linh kiện điện tử công suất thông dụng, bao gồm diod, transistor, SCR linh kiện họ Với linh kiện khảo sát chi tiết mạch điện tử, chương bổ sung nội dung liên quan đến hoạt động đóng ngắt đặc tính sử dụng biến đổi lượng điện II.1 DIODE: Đặc tính – phân loại: Diod linh kiện điện tử quen thuộc, cấu tạo mối nối bán dẫn p-n Diod có khả dẫn điện chiều – phân cực thuận VAK > Khi bò phân cực ngược, diod có dòng rò ngược, thường có trò số không đáng kể VAK có trò số lớn VBR , có tượng gảy ngược (Reverse Breakdown) làm hư hỏng linh kiện Trong mạch điện tử công suất, ta sử dụng diod công suất, gồm loại sau: - Diod dùng vật liệu silic thông thường, gồm hai loại: diod dùng sơ đồ làm việc tần số lưới điện diod phục hồi nhanh làm việc tần số cao, sụt áp thuận VF từ 0.7 đến volt Hình II.1.1: Ký hiệu Hình II.1.2: Đặc tính Volt – Ampe diod - Diod Schottky khuếch tán nhiều chất dẫn điện nên làm việc tần số cao, sụt áp thuận thấp (khoảng 0.2 – 0.4V) Nhưng mà diod Schottky chòu áp khóa thấp Đặïc tính phục hồi (recovery) diod: Đặc tính phục hồi diod thuộc hai đặc tính động (dynamic) mô tả trình độ, chuyển đổi hai trạng thái đóng hay dẫn điện (ON) ngắt (OFF) diod Nó mô tả trình chuyển từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái khóa hình II.1.3 Hình II.1.3: Hai kiểu phục hồi Khi bắt đầu phân cực ngược, có khoảng thời gian ngắn diod dẫn dòng âm gọi thời gian Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 phục hồi ngược trr (rr: reverse recovery) tương ứng với việc xả nạp ngược lại điện tích mối nối p-n Thời gian phục hồi ngược trr tính từ dòng qua diod đảo chiều 25% giá trò dòng ngược cực đại IRR (hình II.1.3) Thời gian lớn (vài chục micro sec) diod tần số công nghiệp, bé nhiều (nhỏ microsec) diod phục hồi nhanh (fast recovery) - Điện tích phục hồi ngược: Qua khảo sát, đặc tính phục hồi ngược diod phụ thuộc vào ∫ điện tích phục hồi ngược QRR = i dt mối p – n diod Điện tích phụ thuộc vào công tRR F nghệ chế tạo diod dòng dẫn điện thuận trước IF Từ hình II.1.3, ta có quan hệ sau cho dòng điện qua diod tăng, giảm tuyến tính: QRR = 2QRR trr IRR hay I RR = , trr Với ta >> tb (thường đa số trường hợp, di/dt bé), suy ra: I RR = ta di di di ≈ trr = 2QRR dt dt dt Công thức cho phép ta tính dòng điện ngược cực đại IRR theo điện tích phục hồi ngược QRR tốc độ tăng dòng ngược di/dt QRR cho sổ tay tra cứu nhà chế tạo, di/dt đònh mạch điện - Ảnh hưởng điện tích phục hồi ngược: Sau dòng ngược đạt giá trò cực đại, dòng qua diod giam zero thời gian tb Thời gian phụ thuộc đặc tính diod, có trò số nhỏ, làm tốc độ giảm dòng ngược di/dt lúc cao, tự cảm có mạch điện gây áp Quá trình mô tả hình II.1.4.a thay diod điện trở R có trò số thay đổi cho dòng giảm zero thời gian tb theo qui luật đường thẳng: I I di di = − RR ; uD = U − uL = U − L = U + L RR dt tb dt tb Với tb thường bé, áp cảm ứng cao làm hư hỏng phần tử mạch hay gây nhiễu Ta chống lại cách sử dụng RC song song với diod (hình II.1.4.b) mạch điện dùng để tính toán hình II.1.4.c thay diod khóa K không để ý đến áp nguồn U Áp ban đầu tụ điện uC (0) = 0, khóa K mở dòng qua L đạt giá trò IRR Phần tử RC chọn cho mạch LCR không dao động áp cực đại khóa K bé (bài tập) L + U L i (0) = I RR L R + i (0) = I RR L L C u D _ U D R R _ (a) (b) C K mở t=0 (c) Hình II.1.3: Ảnh hưởng đặc tính phục hồi ngược diod tác dụng mạch snubber: Như khảo sát phần tiếp theo, thyristor gặp vấn đề tương tự Diod Silicon Carbide: Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 Từ 2001, người ta chế tạo diod Schottky dùng vật liệu Silicon Carbide với đặc tính: áp ngược cao diod Schottky truyền thống nhiều (1KV), nhiệt độ hoạt động cho phép vượt qua 200o trình phục hồi ngược (hình II.1.4) Điều làm tăng hiệu suất đáng kể BBĐ flyback (chương 4) làm giảm tổn hao trình đóng ngắt tăng tần số làm việc mạch Gần mosFET dùng công nghệ SiC đời với nhiểu đặc tính vượt trội: chòu áp cao với Ron thấp, tần số nhiệt độ làm việc cao… cho thấy công nghệ Silicon Carbide hứa hẹn làm tăng hiệu suất biến đổi lên bậc nữa, trường hợp thay đổi từ BJT qua mosFET công suất trước Hình II.1.3: So sánh trình phục hồi diod SiC diod Si phục hồi nhanh II.2 TRANSISTOR CÔNG SUẤT: Transistor nhóm linh kiện điều khiển làm việc nguồn chiều, bao gồm BJT điều khiển dòng cực B MosFET hay IGBT với áp cực cổng G Trong mạch ĐTCS, ta sử dụng linh kiện công suất lớn, transistor chòu dòng, áp cao, làm việc chế độ đóng ngắt Transistor công suất gồm có: - BJT: transistor hai mối nối, linh kiện điều khiển dòng cực B, mạch điện tử công suất sử dụng hai chế độ làm việc: Hình II.2.1: Cấu tạo BJT công suất: Cực B phân bố toàn diện tích, cung cấp khả điều khiển hiệu (hệ số khuếch đại lớn, tốc - IB đủ lớn (IB >> IC / β) BJT bảo hòa, độ đóng ngắt nhanh) - IB = => BJT khóa, không dẫn điện dẫn dòng tải IC phụ thuộc mạch tải Như chế độ khuếch đại tồn trình độ trạng thái Một lưu ý chế độ bảo hòa, hệ số khuếch đại dòng BJT giảm đáng kể (còn từ 10 -20), đặc biệ dòng, áp cao Để giảm dòng điều khiển linh kiện, nhà sản xuất chế tạo transistor Darlington với hệ số khuếch đại dòng β từ vài trăm đến hàng nghìn G C C G S Transistor Darlington D D S MosFET kênh n ký hiệu quen dùng G E G E Ký hiệu IGBT Mạch nguyên lý IGBT Hình II.2.2: Ký hiệu transistor (ngoài BJT) - MosFET: transistor trường có cực cổng cách điện, bao gồm kênh dẫn điện DS kiểm Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 soát cực cổng G cách điện lớp oxit kim loại (hình II.2.2) MosFET transistor trường loại tăng (enhancement), dẫn điện có áp phân cực cổng VGS Giống BJT, mạch ĐTCS sử dụng MosFET hai chế độ: - VGS ≤ : transistor khóa, kênh dẫn điện DS hở mạch - VGS > VTH (điện áp thềm VTH từ volt): mosFET bảo bòa - điện trở kênh dẫn điện rDon bé (sụt áp thực tế từ – volt dòng điện đònh mức) - IGBT (Insulated Gate BJT): Công nghệ chế tạo MosFET không cho phép tạo linh kiện có đònh mức dòng lớn, IGBT xem kết hợp MosFET ngỏ vào BJT ngỏ (hình II.2.2) để có linh kiện đóng ngắt dòng chiều đến hàng nghìn Ampe, điều khiển áp cực cổng G Như mosFET IGBT có phương pháp điều khiển Transistor nói chung không cho phép phân cực ngược nên người ta hay nối diod song song ngược để bảo vệ Trong nhiều trường hợp diod song song ngược có sẵn MosFET hay IGBT (gọi diod ký sinh tạo qúa trình chế tạo) Tuy nhiên, diod ký sinh thường có đặc tính đóng ngắt không tốt, người ta phải thay diod phục hồi nhanh để đãm bảo BBĐ làm việc tốt Trên thò trường, nhà sản xuất chế tạo module gồm transistor phần tử phụ làm thành ngắt điện hoàn chỉnh, để tiện dụng thực BBĐ công suất lớn GHi NHỚ - Mạch ĐTCS sử dụng transistor chế độ đóng ngắt - MosFET IGBT có phương pháp điều khiển a Đặc tính đóng ngắt transistor: Làm thí nghiệm với mạch điện hình II.2.3, nguồn VBB có dạng sóng hình II.2.4.a biên độ đủ lớn đế transistor Q bảo hòa, ta có nhận xét sau: - Khi đóng (chuyển từ khóa sang bảo hòa) BJT thời gian tON có trò số khoảng micro giây, thời gian tOFF có trò số vài micro giây để khóa (dạng sóng hình II.2.4.a) Hình II.2.3: mạch thí nghiệm trình đóng ngắt BJT Hình II.2.4.a b: - Quá trình chuyển trạng thái khóa – bảo hòa không xảy tức thời, có thời gian để áp vCE iC thay đổi trò số (tương ứng chế độ khuếch đại) Ví dụ tải trở: vCE = VCC – Rt iC Ch Linh kien DTCS.doc Hình II.2.4.c Page of 20 áp vCE BJT tăng dần theo trình giảm iC VBB trình khóa i B Q R D R2 Như có thời gian, dù bé, BJT làm việc C R1 chế độ khuếch đại với dòng lớn áp cao, dẫn đến có tổn hao ΔP BJT đóng ngắt (hình II.2.4.b) Ví dụ áp BJT 200 volt dòng 20 ampe, công suất tức thời mối nối CE lúc 200*20 = 4000 watt so với Hình II.2.5: cụm BJT đóng ngắt với linh kiện phụ vài chục watt dẫn bảo hòa Hiện tượng đặc biệt nghiêm trọng tải RL có diod phóng điện (hình II.2.3): dòng qua tải cuộn dây không thay đổi tức thời diod phóng điện D dẫn điện BJT tắt hẵn Kết mối nối CE chòu nguyên dòng tải vCE = VCC.(hình II.2.4.c) Như tổn hao trình đóng ngắt tải RL cao trường hợp tải R (dạng dòng áp hình II.2.4.a) Tổn hao trình đóng ngắt trở nên đáng kể transistor làm việc tần số cao, thực tế nguồn nhiệt chủ yếu làm phát nóng transistor công suất điều giới hạn tần số làm việc mạch Để hạn chế phát nóng đóng ngắt, cần chọn loại transistor đóng ngắt (loại SWitching), dùng mạch cải thiện trình đóng ngắt hỗ trợ sử dụng mạch lái hiệu Mạch cải thiện trình khóa transistor có dạng mạch snubber (bảo vệ chỉnh lưu) bao gồm diod D, điện trở R tụ điện C hình II.2.5 gọi mạch snubber chiều Khi BJT chuyển sang trạng thái khóa, tụ C nạp qua diod D dòng tải transistor [dạng áp (1) hình II.2.4.c] Nhờ trường hợp dòng tải bò cưỡng chảy qua BJT trình khóa Điện trở R hạn dòng phóng qua CE BJT dẫn điện trở lại Diod D gặp thực tế, giá trò điện trở R từ 33 đến 150 ohm điện dung C có giá trò khoảng 0.1 nF đến 10 nF phụ thuộc điện áp tần số làm việc b Đặc tính đóng ngắt mosFET, IGBT Không BJT bao gồm hai mối nối pn, mosFET kênh dẫn điện có kiểm soát, tương đương với điện trở thay đổi nên trình đóng ngắt mosFET, IGBT diễn nhanh BJT có dòng tải Thời gian đóng ngắt linh kiện vào khoảng micro giây so với vài micro giây BJT Tuy nhiên ta gặp lại mosFET, IGBT vấn đề BJT: tổn hao đóng ngắt trở nên chủ yếu làm việc tần số cao Biện pháp cải thiện giống với BJT: sử dụng mạch snubber mạch lái thích hợp Bài tập: Tính dòng qua mạch lái mosFET có tụ CGS = 10 nFđể làm cho mosFET trở nên dẫn điện micro giây Giải: Giả sử dòng qua mạch lái không đổi trình độ mosFET dẫn điện hoàn toàn UGS = 10V ta có dòng qua mạch lái I: duC I I => uC = t + uC (0) U GS = tON dt C C I 10−6 => I = 01 số 10 = A −6 0.01i10 I=C c Vùng hoạt động an toàn BJT (Safe Operating Area) (hình II.2.6 ): Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 Hình II.2.7 Quỹ đạo điểm làm việc transistor có snubber Là vùng chứa điểm làm VCE việc (IC, VCE ) cho phép BJT Hình II.2.6: Vùng làm việc an toàn phân cực (cực B) thuận đóng ngắt, giới hạn bởi: (FBSOA) transistor GE-D67DE - Các giá trò cực đại VCEmax, ICmax - Đặc tính gảy thứ cấp (second breakdown) mối nối, trường hợp BJT bò hư hỏng phát nóng cục làm tăng dòng IC áp cao, phân biệt với gảy sơ cấp (primary) áp phân cực ngược Hiện tượng kết nhiều nguyên nhân phức tạp, thường xảy trình đóng ngắt với tải RL Điều nhấn mạch tác dụng bảo vệ mạch snubber transistor Khi có mạch này, điểm làm việc transistor di chuyển vùng hoạt động an toàn hình II.2.7 II.3 SCR VÀ THYRISTOR: SCR (Silicon Controlled Rectifier) gọi chỉnh lưu có điều khiển, linh kiện quan trọng đại diện họ linh kiện bán dẫn công suất lớn có nhiều lớp p–n gọi thyristor Cũng lý mà nhiều tài liệu gọi SCR thyristor SCR có đặc tính khác biệt với transistor nên lấy làm ngắt điện điện tử đònh nghóa chương 1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Anod: Dương cực Katod: Âm cực Gate: Cổng hay cực điều khiển (c ) Ký hiệu SCR Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 Hình II.3.1: Cấu tạo SCR dòng lớn tỉ lệ thực (a) phóng to mảnh tinh thể bán dẫn (b); Ký hiệu SCR (c ) SCR thực tế làm việc hoàn toàn giống SCR ngắt điện điện tử giới thiệu chương mở đầu, với tín hiệu điều khiển dòng iG chạy từ G qua K: - Khi cấp điện, iG = : SCR khóa thuận ngược, dòng IA dòng điện rò, bé, cở mA với VAK ≠ - Khi SCR phân cực thuận: VAK > 0, có tín hiệu điều khiển: IG > 0, SCR chuyển sang trạng thái dẫn điện có khả Cấu tạo nguyên lý Mạch tương đương hai BJT tự giữ trạng thái dẫn điện Hình II.3.2 dòng qua giảm Hình II.3.2 cho ta nguyên lý cấu tạo mạch tương đương SCR SCR gồm lớp p-np-n với độ lẫn tạp chất khác Hai mối nối p-n, n-p gần Anode có bề dầy lớn tạp chất cho phép chòu áp ngược lớn Mối nối p-n Gate-Cathod mỏng, có độ dẫn điện cao, không chòu áp ngược tạo hệ số khuếch đại lớn (như mối nối BE transistor) Mạch tương đương SCR thành lập tách hai lớp bán dẫn (lớp 3) làm đôi, SCR tương đương hai BJT pnp npn Mạch tương đương giải thích hầu hết tính chất SCR: + Lớp 2-3 đảm bảo khóa điện áp thuận VAK > 0, Lớp 1-2 đảm bảo khóa điện áp ngược VAK < nên SCR không dẫn điện bất chấp dòng điều khiển IG + Khi điện áp VAK > (phân cực thuận) IG > (có dòng kích) khuếch đại Q1 Vì dòng cực thu Q1 dòng cực B Q2, tác động khuếch đại Q2 làm tăng dòng cực Q1 Sự phản hồi dương làm hai BJT bảo hòa: SCR dẫn điện Điều giải thích khả tự giữ tỉ số dòng điện Anode IA dòng điều khiển IG cao SCR Khi IA giảm 0, SCR trạng thái dẫn, trở trạng thái khóa Hiện tượng phản hồi dương dòng IG xảy IG đủ lớn ứng với điện áp phân cực VAK xác đònh nhờ đặc tính phi tuyến transistor, nghóa SCR chuyển sang trạng thái dẫn IG đủ lớn Bài tập II.3.1: Tính dòng IA SCR theo IG hệ số khuếch đại dòng b1 b2 hai BJT Q1 Q2 hình II.3.2: phương trình: IC1 = b1 IB1 ⇒ IC / b2 = b1 ( IG + IC ) Giải: ⇒ ICQ (1 / b2 − b1 ) = b1 IG ⇒ I A = ICQ + I B = ICQ b b + b2 + b2 = IG b2 − b1b2 b2 (1 - b1.b2) mẫu số cho thấy tác dụng phản hồi dương, cần tích hai hệ số khuếch đại dòng b1.b2 tiến đến dòng IA tăng lớn BJT bảo hòa Trong thực tế hệ số khuếch đại dòng nhỏ thay đổi nhiều theo dòng IG áp phân cựcVAK GHi NHỚ - SCR = diod + khả điều khiển (kích dẫn) - SCR có khả tự giữ trạng thái dẫn nên điều khiển xung Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 THỰC HÀNH Dựa vào mô hình hai BJT, ta kiểm tra SCR VOM chế độ đo điện trở: - Các đầu AK AG có điện trở vô - GK mối nối p-n có điện trở nối song song Điện trở làm tăng khả chòu áp chống kích nhầm (do nhiễu) Có thể quan sát mối nối điện trở song song dùng VOM tầm Rx1: Đo điện trở GK đảo chiều que đo cho giá trò khác Với VOM đo ohm pin, dùng tầm Rx1 vừa phân cực vừa kích để thấy SCR dẫn điện giữ Đặc tính tónh (volt – ampe): Mô tả quan hệ IA(VAK) với dòng IG khác Trên hình II.3.3 cho ta sơ đồ thí nghiệm đặc tuyến volt – ampe SCR, EA thay đổi dòng IG điều khiển nhờø biến trở VR Đặc tính tónh SCR gồm miền: * VAK < : Khóa ngược: Chạy qua SCR dòng rò ngược, cở mA Khi VAK < - VRB ta có tượng gãy ngược, dòng | IA | tăng cao VAK giữ trò số lớn => SCR bò hỏng * VAK > IG = : Khóa thuận: Ta có dòng rò thuận, cở mA Khi VAK > VFB ta có tượng gãy thuận: SCR chuyển sang vùng dẫn điện dòng rò thuận đủ lớn để trở thành dòng điểu khiển, kích dẫn SCR Ta phải chọn đònh mức áp SCR lớn giá trò gãy này, hệ số an toàn điện áp thường chọn lớn hay Hình II.3.3 Đặc tính Volt-Ampe mạch thí nghiệm Khi phân cực thuận, IG tăng lên từ giá trò 0, VFB giảm dần Như vậy, ta phải điều khiển SCR dòng IG đủ lớn để SCR trở thành ngắt điện điện tử: SCR chuyển sang trạng thái dẫn kích bất chấp điện áp phân cực thuận lúc * Vùng dẫn điện: Ứng với trường hợp SCR kích khởi khởi dẫn điện, sụt áp qua SCR VAK = VF khoảng - volt Trong vùng dẫn điện có hai đặc trưng dòng: + IL : dòng cài, giá trò tối thiểu IA để SCR trì trạng thái dẫn dòng cực cổng IG giảm (do kích SCR xung) + IH : dòng giữ, giá trò tối thiểu IA để SCR trì trạng thái dẫn ( không dòng cực cổng IG Nếu dòng anode thấp IH, SCR trở trạng thái khóa IL khác IH có trình lan tỏa dòng anode từ vùng phụ cận cực G đến toàn mảnh bán dẫn SCR kích (có dòng cực cổng), tương ứng mật độ dòng giảm dần, làm cho hệ số khuếch đại dòng điện tăng Quá trình độ ảnh hưởng đến giới hạn di/dt, Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 giới thiệu đặc tính động SCR Có thể nhận xét áp nguồn lớn, đặc tính SCR tương tự đặc tính ngắt điện bán dẫn lý tưởng: sụt áp thuận qua SCR không đáng kể so với áp nguồn dòng rò cở mA không đáng kể so với tải công suất ỨNG DỤNG - SCR có khả tự giữ trạng thái dẫn điện nên điều khiển xung Bề rộng xung kích SCR phải đủ lớn để dòng qua SCR đạt giá trò cài IL Đặc tính động (đóng ngắt): Mô tả trình chuyển đổi trạng thái SCR từ khóa sang dẫn điện (turn on) từ dẫn sang khóa (turn off) a Đặc tính mở: ( turn on ) Có thời gian trễ ton từ cấp dòng kích IG đến SCR dẫn ton có trò số khoảng vài micro giây ton giảm IG tăng Một thông số khác liên quan trình mở giới hạn tốc độ tăng dòng diA/dt Tốc độ tăng dòng qua SCR phải nhỏ giá trò cho phép để SCR không bò hư hỏng nhiệt cục chưa kòp phân bố lại mật độ dòng điện qua Người ta thường bảo vệ SCR cách thêm cuộn kháng nối tiếp với anode, có giá trò khoảng vài chục micro henry để hạn chế diA/dt Hình II.3.4.a Đặc tính động : mở khóa SCR (1) (2) Hình cổng dẫn II.3.4.b Cấu tạo SCR cực có dạng phức tạp, phân bố toàn diện tích miếng bán để tăng di/dt cho phép (hình 2) Để cải thiện đặc tính động SCR, người ta phân bố cực cổng G toàn diện tích mảnh bán dẫn Hình II.3.4.b so sánh hai cấu tạo cực cổng, (1) dạng cực cổng cổ điển (2) cấu tạo cho phép cải thiện đặc tính động b Đặc tính khoá: (turn off) - Mô tả trình khóa SCR: Giả sử SCR dẫn dòng tải Do đặc tính tải hay tác nhân khách quan khác, dòng Anode giảm không, áp AK từ VF chuyển thành giá trò âm hình III.3.4.a Dòng Anode có giai đoạn dẫn điện ngược trước chuyển sang trạng thái khóa ngược tương ứng với việc giải phóng điện tích mối nối tích lũy chế độ dẫn Sau điện áp VAK dương đặt trở lại, SCR không dẫn điện trở lại trình khóa SCR có kết - Quá trình khóa SCR đặt hai yêu cầu quan trọng cho việc thiết kế mạch ĐTCS: Ch Linh kien DTCS.doc Page of 20 + Cần có thời gian đảm bảo tắt toff để SCR phục hồi khả khóa trước đặt áp dương trở lại toff phụ thuộc công nghệ chế tạo SCR giảm trò số áp âm khóa tăng toff toff = [ 10 50 ] micro giây với SCR tần số cao [ 100 300 ] micro giây với SCR chỉnh lưu thông số quan trọng để tính toán mạch tắt SCR sử dụng nguồn chiều + Có giới hạn tốc độ tăng du/dt điện áp phân cực thuận để SCR không tự chuyển sang chế độ dẫn Có thể giải thích tượng xét tụ điện mối nối Dòng nạp tụ du/dt dòng kích SCR C2 = 0.05 – 0.1 uF; R2 = 33 – 100 ohm; R1 tăng áp SCR tăng và/hay dòng tải giảm, từ 20 – 100 ohm; C1 tăng dòng SCR tăng và/hay áp SCR giảm, từ 0.1 – 0.5 uF Hình II.3.5: Mạch bảo vệ SCR khỏi chế độ kích dẫn không mong muốn Giới hạn du/dt SCR phụ thuộc cấu tạo, tăng theo đònh mức áp SCR Mạch RC nối tiếp mắc song song AK SCR cải thiện du/dt Mạch snubber có tác dụng chống việc tạo áp trình phục hồi ngược SCR, tương tự diod RC song song mắc cực cổng G có tác dụng hạn chế khả SCR tự kích nhiễu từ (hình II.3.5) ỨNG DỤNG - Nếu mạch bảo vệ du/dt không tốt, SCR bò kích dẫn đóng điện nguồn Đặc tính cổng: (hay kích khởi cổng) Mô tả quan hệ dòng áp cực cổng IG(VGK) SCR Quan hệ volt – ampe cực cổng G qua hệ có tính thống kê, mô tả đường cong hình II.3.6: (1) đặc tính tiêu biểu, (2) ứng với điện trở RGK bé, (3) ứng với điện trở RGK lớn Hình II.3.6: Đặc tính cổng SCR Các thông số giới hạn (cực đại) tín hiệu cực cổng để tránh hư hỏng SCR: dòng IGmax, áp VGmax công suất tiêu tán trung bình PGmax cực cổng (Công suất tiêu tán phụ thuộc bề rộng xung kích SCR) Và điểm làm việc cực cổng SCR phải nằm giới hạn này, vùng tô hình II.3.6 Các sổ tay tóm tắt thường cung cấp thông số giới hạn (bé nhất) cho đảm bảo kích: VGT, IGT Trong thực hành, ước tính IGT cách sử dụng hệ số khuếch đại dòng SCR tính tỉ số IA đònh mức chia cho IGT , hệ số có giá trò từ 100 200 Dòng kích SCR chọn từ 1.5 lần giá trò này, bội số cao cần đóng ngắt tốt, kích xung hay làm việc tần số cao GHI NHỚ - IGT dòng đảm bảo kích SCR, ta nên kích SCR dòng lớn trò số - Nhớ mắc điện trở vài trăm ohm song song cực cổng SCR Các linh kiện khác họ thyristor: Ch Linh kien DTCS.doc Page 10 of 20 a DARLISTOR: Là loại SCR có cấu tạo nối tầng (cascade) để tăng hệ số khuếch đại dòng IA / IG đònh mức dòng anode lớn lớn (vài trăm đến vài ngàn ampe) Lúc đó, dòng kích vài ampe Darlistor tên thương mại, nhái theo transistor nối tầng Darlington transistor Một sôù nhà sản xuất dùng tên SCR hay Thyristor, thích cực cổng khuếch đại (Amplified gate thyrirstor) Sơ đồ nguyên lý Darlistor cho hình 1.7 Hình II.3.7: Ký hiệu linh kiện hay gặp họ Thyristor b TRIAC: Là linh kiẹân phổ biến thứ hai họ thyristor sau SCR, có mạch tương đương hai SCR song song ngược, chế tạo với dòng đònh mức đến hàng ngàn ampe Hình II.3.8 Đặc tuyến V – I TRIAC DIAC Mạch tương đương hai SCR song song ngược hoàn toàn tương thích vơi TRIAC khảo sát lý thuyết, nên chúng thường dùng thay cho sơ đồ nguyên lý thực tế chúng có nhiều tính chất khác TRIAC có khả khóa theo hai chiều, trở nên dẫn điện có dòng kích tự giữ trạng thái dẫn dòng qua giảm không (Hình III.3.8) TRIAC điều khiển dòng G – T1 ( gọi MT1) hai Hình II.3.9 Hình dạng bên số TRIAC (SCR cực tính hai chiều dòng điện tải làm tương tự ) sơ đồ điều khiển đơn giản mạch tương đương hai SCR nhiều Nhược điểm quan trọng TRIAC dễ bò tự kích nhiệt độ mối nối cao có giới hạn dv/dt thấp, khó làm việc với tải có tính cảm Lúc đó, người ta phải dùng hai SCR song song ngược Bài tập: Do VT , IG dương âm, suy TRIAC có chế độ kích: Chế độ I: VT , IG > Chế độ II: VT > , IG < Chế độ III: VT , IG < Chế độ IV: VT < , IG > Hãy dự đoán xếp giá trò dòng kích IG chế độ từ lớn đến nhỏ Nếu chọn dòng kích cho tất chế độ, ta nên chọn dòng kích vào hay cực cổng? Ch Linh kien DTCS.doc Page 11 of 20 c DIAC: Có nguyên tắc hoạt động tương tự TRIAC cực cổng G, ngưỡng điện áp gãy thấp - thường 24 V, dùng mạch phát xung kích thyristor với dòng xung vài ampe d LA SCR ( Light – activated – SCR ): SCR kích tia sáng Có nguyên tắc làm việc SCR kích dòng quang điện Thay cung cấp dòng cực cổng để kích khởi, người ta rọi sáng LA SCR qua cửa sổ hay ống dẫn sợi quang LASCR thích hơp cho ứng dụng cao áp, cách điện giứa mạch kích động lực trở nên vấn đề phức tạp, giải tốn e GTO: ( Gate turn off SCR, SCR tắt cực cổng ) Với khả tự giữ trạng thái dẫn điện, SCR tự tắt nguồn chiều mạch sơ đồ đặc biệt để dòng qua giảm không GTO cho phép ngắt SCR xung âm cực cổng Từ mạch tương đương hai BJT (hình II.3.2), khả dự đoán Nhưng thực tế, SCR tắt cổng cực cổng mồi cho trình dẫn, sau không tác dụng GTO có cấu tạo khác hơn, cho phép cực cổng kiểm soát kênh dẫn điện SCR Giá phải trả hệ số khuếch đại dòng kích giảm xuống, bé - khoảng vài chục Hệ số khuếch đại dòng tắt xấp xỉ 10 Người ta chế tạo GTO có dòng đònh mức đến hàng ngàn ampe Trong thời gian gần đây, việc sử dụng MOS (bán dẫn có lớp oxit kim loại) phát triển công nghệ vi điện tử đến đỉnh cao cho phép chế tạo hàng loạt linh kiện họ Thyristor có khả tắt cực cổng hiệu GTO Điều mở hướng cho biến đổi, biến đổi dùng nguồn điện lưới II.4 MẠCH LÁI NGẮT ĐIỆN BÁN DẪN: Hình II.4.1 Sơ đồ khối điều khiển mạch điện tử công suất Bộ điều khiển mạch điện tử công suất gồm hai khối: khối điều khiển mạch lái Khối điều khiển gồm điều khiển vòng kín xử lý tín hiệu đặt phản hồi từ tải biến đổi, thông qua mạch phát xung để điều khiển biến đổi hoạt động theo chế độ thiết kế Bộ điều khiển vòng kín làm chức hiệu chỉnh hệ thống tự động Mạch phát xung xử lý tín hiệu điều khiển vòng kín, số (điều khiển số) hay điện áp (điều khiển vi mạch tương tự) thành dạng xung điều khiển ngắt điện BBĐ Các biến đổi khác có sơ đồ phát xung khác dùng chung sơ đồ điều khiển vòng kín Mạch lái có nhiệm vụ: - Khuếch đại tín hiệu ngỏ mạch phát xung để đảm bảo linh kiện công suất bảo hòa - Sửa dạng xung cho thích hợp với linh kiện công suất, cải thiện đặc tính đóng ngắt Ch Linh kien DTCS.doc Page 12 of 20 - Ghép nối mạch điều khiển mạch động lực Trong nhiều trường hợp, ta cần cách ly điện hai phận biến đổi Sự cách ly nhằm đãm bảo an toàn cho người vận hành thiết bò, tăng cường khả chống nhiễu mạch động lực nối trực tiếp với lưới điện hay linh kiện công suất điểm đất chung Mạch lái BJT công suất: Đối với BJT công suất, mạch lái có nhiệm vụ: - Cung cấp biên độ dòng IB ≥ IC /β để bảo hòa - Cải thiện trình đóng ngắt cách: + Giảm tON cách cưỡng dòng cực cho BJT lúc ban đầu + Giảm tOFF không cho BJT bảo hòa sâu cách giữ vCE không bé (cung cấp IB vừa đủ) cung cấp phương tiện giải phóng điện tích mối nối BE nạp BJT dẫn điện Hai yêu cầu giải thích xem mối nối BE có điện dung Tụ điện mối nối cần nạp, xả để BJT đóng, ngắt mạch điện Khi mạch điều khiển nối trực tiếp với mạch động lực, mạch lái BJT mạch khuếch đại dòng điện Có thể sử dụng biện pháp sau để tăng chất lượng đóng ngắt: * Dùng điện trở cực B (R1 hình II.4.2.a): R1 có hai chức năng: đãm bảo giải phóng điện tích mối nối BE để làm BJT khóa nhanh hay tránh trường hợp dẫn điện không mong muốn tín hiệu điều khiển điện tích mối nối Dòng qua R1 chọn từ 1/10 đến ½ dòng iB, phụ thuộc khả cung cấp dòng VBB R1 giảm hiệu cao tiêu thụ dòng lớn VCC 1uF C VBB R3 Q R2 R1 (a) Q1 R2 Q2 T D (b) R1 Hình II.4.2 Các dạng mạch lái Q2 Q Q 2.2k (c) Q1 - VCC (d) * Dùng tụ gia tốc (hình II.4.2.a): Tụ điện C ngắn mạch R2 cạnh lên VBB, cưỡng dòng cực Q làm giảm tON Khi C nạp đầy, dòng cực giảm xuống – điện trở cực B trở thành R3 + R2, chuẫn bò cho trình khóa tốt Khi VBB xuống 0, tụ điện C tạo áp âm cực transistor Q, giải phóng điện tích mối nối BE Điều này, lần nữa, cải thiện trình khóa BJT * Sử dụng transistor Darlington (hình II.4.2.b): Transistor Darlington làm tăng hệ số khuếch đại dòng điện, cho phép giảm dòng cung cấp mạch điều khiển cần đóng ngắt dòng tải lớn Ngoài ra, cách nối Darlington tự động điều chỉnh dòng cực nền, giữ cho điện áp bảo hòa BJT công suất không bé điện mối nối pn cải thiện trình khóa Thực vậy, vCE Q2 bé điện mối nối pn, mối nối BC Q1 bò phân cực thuận rẽ dòng cực B nó, transistor Q1 không khuếch đại tiếp tục Hình II.4.2.b sơ đồ đầy đủ khối (module) darlington transistor có phần tử phụ Ch Linh kien DTCS.doc Page 13 of 20 * Mạch lái tỉ lệ (hình II.4.2.c): Biến áp T làm hai nhiệm vụ: cách ly mạch điều khiển mạch công suất, lái transistor Q theo tỉ lệ dòng cực C Biến áp T có cuộn sơ cấp, nối với mạch điều khiến, cuộn thứ cấp dùng để lái transistor cuộn dòng điện có vòng làm nhiệm vụ lái tỉ lệ Để kích dẫn Q, sơ cấp T có xung Q dẫn điện làm có dòng qua cuộn dòng điện biến áp T, dòng phản hồi trở lại cực B đảm bảo cung cấp dòng iB Như mạch điều khiển có nhiệm vụ mồi, biến áp cung cấp dòng lái transistor tỉ lệ với dòng tải cực C * Mạch lái tích cực (hình II.4.2.d): Transistor công suất npn lái hai transistor: cung cấp dòng vào cực B cho kích dẫn nối điện áp âm để cõng tắt Điện áp âm cho khóa BJT thường chọn khoảng volt Mạch phức tạp hiệu quả, cho phép tăng tần số làm việc BJT đến tối đa * Mạch lái cách ly dùng ghép quang học (opto – coupler, tên thông dụng optron): optron truyền tín hiệu điện cách ly quang Khi diod phát quang (LED) có dòng, phát sáng (hồng ngoại) làm linh kiện quang điện (ở transistor quang) dẫn điện Để Hình II.4.2.e Mạch lái cách ly dùng OPTRON lái BJT, ta cần mạch khuếch đại dòng ghép trực tiếp với nguồn độc lập có dạng mạch giới thiệu Có thể thấy mạch cách ly dùng OPTRON dùng để truyền tín hiệu xung có độ rộng hai hệ thống cách ly điện với nhau, có giới hạn thời gian trể optron, từ vài micro giây linh kiện tốc độ cao (PS521) đến vài chục micro giây ỡ loại thường (PS817) GHi NHỚ - RBE cần thiết cho transistor chế độ đóng ngắt Mạch lái MOSFET công suất IGBT: MosFET công suất, IGBT có ưu điểm: tần số đóng ngắt cao BJT kênh dẫn điện mối nối, mạch lái đơn giản điều khiển áp 100 4001 3k3 MosFET Để đãm bảo transistor bảo hòa, áp điều khiển cực cổng cần 10 volt (giới hạn gây hư hỏng 20 volt) Hình II.4.3.a: Lái MosFET từ vi mach Các linh kiện tắt với áp điều khiển hay điện CMOS 12V âm (- 10V) Hình II.4.3.a cho ta sơ đồ lái trực tiếp MosFET từ vi mạch CMOS cấp nguồn 12V Điện trở 100 ohm dùng để cách ly hai phần tử, điện trở 3k3 đảm bảo tụ điện CGS MosFET xả Hình (b) cho ta mạch lái MosFET cách ly dùng optron Tín hiệu điều khiển MosFET lấy từ vi xử lý dùng nguồn 5V nối vào diod phát quang (LED) optron Khi LED cấp dòng, chiếu sáng transistor quang làm phần tử dẫn điện, cung cấp áp cao vào cực cổng MosFET Diod ổn áp 12V bảo vệ áp cực cổng sử dụng nguồn 24V Trong trường hợp này, optron dùng để cách ly đổi mức logic Các hãng chế tạo vi mạch kết hợp Ch Linh kien DTCS.doc Page 14 of 20 optron mạch lái (lái tích cực với hai nguồn) để đơn giản hóa sơ đồ lái transistor công suất 12v 5v 24v OPTO Từ VXL 330 1k MosFET Xung 15V 100 D 3k3 MosFET 22 12v R10 220 R13 3k3 330/3w Q4 d471 R12 22k 220p R14 R 220 Q2 c945 Q5 100 R9 Q3 b562 R8 3k3 (b) (c) (d) Hình II.4.3: (b) Dùng OPTRON để cách ly đổi mức áp 12V ; (c) Dùng vi mạch lái; (d) Mạch lái tích cực Để đạt tần số đóng ngắt lớn, mạch lái MOSFET có yêu cầu tương tự mạch lái BJT tác dụng tụ điện cực cổng CGS Tụ điện cần nạp đầy mở MOSFET xả không tắt Khác với BJT, mạch lái có dòng chế độ độ áp làm việc cao Hình II.4.3.c nối MosFET với IC điều khiển chuyên dùng cho thấy dòng qua cực cổng MosFET trọng Ngỏ vi mạch tầng lái tích cực (tương tự BJT) Hình II.4.3.d sử dụng linh kiện rời để thực mạch lái tích cực Q4 cung cấp dòng nạp tụ CGS Q3 dùng để xả làm cho Q5 đóng ngắt tốt Trong mạch chất lượng cao hơn, nguồn âm sử dụng để xả điện tích cực cổng tốt Các hãng chế tạo bán dẫn công suất chế tạo module bao gồm linh kiện công suất, mạch lái bảo vệ làm công việc nhà thiết kế BBĐ trở nên đơn giản THỰC HÀNH - Sau dùng VOM (thang đo Rx1 hay diod) phân cực thuận cực cổng MosFET (mối nối GS) hay IGBT (mối nối GE), đo tiếp kênh DS (MosFET) hay CE (IGBT) thấy điện trở xuống thấp Đó tụ điện cực cổng lưu giữ điện áp điều khiển, cần phải xả để phục hồi trạng thái gốc linh kiện GHi NHỚ - nên sử dụng transistor Darlington hay MosFET thay cho BJT ứng dụng đóng ngắt - Xung biên độ 5V không làm MosFET (IGBT) dẫn điện tốt Mạch lái SCR thyristor: Giống mạch lái transistor, mạch lái thyristor có hai nhiệm vụ đãm bảo thông số tín hiệu điều khiển cực cổng (đa số trường hợp dòng điện) cách ly mạch động lực – điều khiển 6V a Mạch lái trực tiếp thyristor: R4 Đây mạch khuếch đại dòng, áp cực cổng VGT 2.2 ohm 220 SCR bé, khoảng 2-3 volt dòng kích Q1 XUNG DK R2 C1061 2.2 ohm cổng đến ampe cho SCR có dòng anod vài trăm R5 SCR 100 ampe Trên hình II.4.4, ta có mạch theo phát (tải cực R1 R3 R? 0.1 uF phát) Có thể sử dụng thêm tầng khuếch đại 100 R C1 transistor ghép trực tiếp tụ gia tốc yêu cầu dòng Hình II.4.4 Mạch lái trực tiếp thyristor cực cổng lớn b Kích SCR xung hẹp biến áp xung: Ch Linh kien DTCS.doc Page 15 of 20 BAX VCC 100 D2 SCR 47n D2 3k3 3.3 ohm D1 3k3 Q1 3k3 (a) (b) Hình II.4.5 Mạch kích SCR biến áp xung Hình II.4.5.a (b) trình bày dạng sóng mạch khuếch đại xung ghép với SCR Các diod D1, D2 , transistor Darlington Q1 thực hàm OR (hai ngỏ vào) khuếch đại dòng Biến áp xung BAX nối cực thu C transistor qua điện trở hạn dòng 3.3ohm Nguồn VCC 24V tỉ số giảm áp BAX :1 (biên độ xung thứ cấp khoảng 5V) để giảm dòng qua transitor nguồn cấp điện Tụ điện 47 nF điện trở 100 ohm nối gần SCR tốt để chống nhiễu dây nối mạch điều khiển SCR dài Các thông số dùng cho SCR có đònh mức trung bình dòng đến 250 A Khi Q1 bảo hòa, áp nguồn VCC xem đặt vào sơ cấp biến áp Dòng từ hóa cuộn sơ cấp xuất hiện, tăng theo hàm mũ Từ thông lõi biến áp thay đổi tạo điện áp cảm ứng thứ cấp dòng kích cho SCR Như vậy, dòng qua cuộn sơ cấp biến áp gồm dòng từ hóa dòng phản ảnh từ thứ cấp Khi bề rộng xung đủ bé, lõi thép biến áp chưa bảo hòa ta có điện dòng điện cảm ứng thứ cấp Khi Q1 tắt, dòng từ hóa biến áp phóng qua diod phóng điện D2 giảm từ từ không Như biến áp xung chòu từ hóa cực tính cần phải thiết kế cho không bảo hòa Khi bề rộng xung tăng cao, dòng từ hóa tăng cao làm lõi thép bò bảo hòa dó từ thông không thay đổi, áp cảm ứng thứ cấp giảm đến không Xung thứ hai hình II.4.5.a cho thấy áp thứ cấp bò giảm Q1 hết bảo hòa độ rộng xung tăng lên Hiện tượng xảy ta có chuỗi xung dòng từ hóa chưa không có xung Như biến áp xung truyền xung hẹp, thời gian xung bé so với thời gian nghỉ Bề rộng xung kích SCR sơ đồ chỉnh lưu khoảng mili giây Hướng dẫn thực hành cho thiết kế biến áp xung: Có thể tính toán chế tạo BAX biến áp thông thường với số lưu ý: Chọn mật độ từ thông thấp vật liệu từ tổn hao (như ferrite) Chu kỳ tín hiệu từ hai đến ba lần bề rộng xung Điệân áp cho cuộn dây lấy biên độ xung truyền chuỗi xung độ rộng xung tương đối (Txung / chu kỳ T) không nên lớn 1/3 Có thể phải thay đổi mạch phóng điện (diod D2) để tiêu hao lượng dòng từ hóa nhiều để dòng điện chóng không c Kích SCR xung rộng: Trong nhiều trường hợp, xung hẹp không đáp ứng ứng dụng Có thể kích xung rộng (lớn vài mili giây) phương pháp: nối trực tiếp, ghép biến áp xung optron Khi dùng biến áp xung, có hai phương án sau: Ch Linh kien DTCS.doc Page 16 of 20 - Sử dụng SCR phụ hình II.4.6.a Biến áp kích xung công suất bé cho SCR phụ (dòng vài ampe) Mạch điện phụ lấy nguồn từ pha lưới cho cung cấp điện áp dương SCR phân cực thuận - kích chuỗi xung, bề rộng từ vài chục đến vài trăm micro giây hình II.4.6.b ỡ thứ cấp biến áp dùng chỉnh lưu diod để biến thành xung rộng trở lại – hình ( c) Dòng từ hóa tận dụng nhờ diod phóng điện D25 Điều bất lợi sơ đồ sườn lên xung cực cổng SCR có độ dốc cần có tụ lọc C22 ngỏ chỉnh lưu BAX Áp pha 22 100 ĐK SCR 24VX 3k3 47n D19 BAX 100 C22 2u2 R37 Q1 Dao động 3k3 (b) (a) 9V 2k2 330 1k Dùng optron nguồn chiều phụ có sơ đồ nguyên lý hình II.4.6.c Khi LED optron có dòng, chiếu sáng làm photo transistor dẫn điện Q1 có dòng cực B đủ lớn, trở nên bảo hòa, nối điện trở 1k xuống volt Q2 bảo hòa nối nguồn 9v qua điện trở 33 ohm kích SCR MOC: SCR R36 3.3 D25 TRANSCT 220/9 VAC Hình II.4.6 D23 T1 SCR P 6K8 Q2 Q1 33 100 SCR 47n Q c Kích TRIAC optron triac họ Hình II.4.6.c Kích SCR cách ly dùng optron Có thể điều khiển TRIAC công suất bé (dòng đònh mức vài chục A) optron họ MOC hãng Motorola Ngỏ optron phototriac có áp khoá đến 400 volt, dòng vài chục mA cho phép kích TRIAC trực tiếp điện 220 VAC Hình II.4.7.a Mạch nguyên lý kích TRIAC dòng OPTRON thông số Ch Linh kien DTCS.doc Page 17 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 phần tứ kích SCR hiệu quả: cách ly điện, khuếch đại dòng, truyền xung hẹp Mạch lái MOSFET công suất có bảo vệ dòng: Hình II.4.8 trích từ tạp chí điện tử công nghiệp để tham khảo mạch lái MosFET công suất có bảo vệ dòng Động chiều M tải BBĐ xung điện áp với ngắt điện MosFET 12A / 60V, mã hiệu IRF131 Tác động bảo vệ dòng thực qua R - S Flip Flop Nguyên lý gặp vi mạch điều khiển nguồn xung +V +V R -Q M RS FF VI PHÂN S Q C D M D 15v ĐK OPTRON Q CỔNG 10K 330 SO SÁNH 1k 1K ferrite 100 0.33 ohm OPTRON (a) 1nF Imax SHUNT 15v IRF131 io 2N2222 220 (b) R - S flip flop, set đầu chu kỳ đóng ngắt reset dòng vượt giá trò cho phép Như có dòng, MosFET bò khóa ngay, lại cho phép chu kỳ đóng ngắt Kết có dòng, độ rộng xung tương đối giảm để hạn chế dòng cực đại Các dạng sóng cho hình II.4.8.c: 4: ngỏ cổng NAND 4, tín hiệu t điều rộng xung từ mạch điều khiển, qua optron t 3: ngỏ cổng NAND 3, tín hiệu set io C RS flip flop C: cực C BJT 2N2222, xuống thấp dòng vượt giá trò đặt xác đònh biến trở 100 ohm, nối song song với shunt 0.33 ohm để lấy tín hiệu dòng iO 7: tín hiệu cực cổng MosFET Ch Linh kien DTCS.doc t t (c) Hình II.4.8 Mạch lái mosFET có bảo vệ dòng Page 18 of 20 Các cổng NAND 6, 1, 2, sử dụng CD4011 CMOS cấp điện 15V, lái trực tiếp MosFET dây dẫn qua ống ferrite để chống dao động nhiễu tần số cao, vò trí dùng cổng NAND song song để tăng khả tải dòng Các cổng 4, 3, cổng NAND Smit-trigơ CD4093 cho phép sửa dạng xung Các hãng chế tạo vi mạch điều khiển biến đổi có tích hợp mạch hạn chế dòng có nguyên lý làm việc tương tự Vi mạch lái ½ cầu MOSFET: Hai transistor nối tiếp để mắc vào cực +/- nguồn gọi nửa (1/2) cầu (hình II.4.9) Vì nửa cầu phần tử biến đổi sử dụng nguồn chiều (chương 4, 5), hãng chế tạo điện tử chế tạo vi mạch lái nửa cầu, ví dụ IR 2151 hãng International Rectifier hình II.4.9 Hình (a) sơ đồ nguyên lý ứng dụng hình (b) cho ta cấu tạo bên IR2151 bao gồm dao động để tạo xung điều khiển, mạch lái hai mosFET bao gồm phần tạo 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 sơ đồ ballast điện tử BÀI TẬP Sử dụng chương trình mô để thử nghiệm hai mạch BA xung sau (tự chọn linh kiện): Ch Linh kien DTCS.doc Page 19 of 20 9V 2k2 330 1k 2 Tính dòng kích cho SCR theo mạch hình bên cho biết: β bão hòa Q1 Q2 40 20, tỉ số truyền dòng (dòng qua BJT/dòng qua LED) 50%, áp cấp cho mạch sơ cấp optron V 6K8 Q2 Q1 33 100 SCR 47n Q Tính tổn hao công suất transistor có chế độ làm việc sau: đóng ngắt liên tục với ton = toff = 20 usec áp nguồn 200 V, dòng tải 15 A Transistor có áp bảo hòa V, dòng rò khóa mA lượng tổn hao cho lần đóng ngắt 0.8 mJ Cho nhận xét tổn hao công suất tần số đóng ngắt thay đổi Dùng chương trình mô mạch điện tử để vẽ dạng dòng kích SCR, thay BJT C1061 linh kiện tương tự có β bão hòa 20, ICmax A, nguồn xung đầu vào có biên độ V, độ rộng 100 usec nội trở xem Ngoài ra, hình R = 1kOhm Ch Linh kien DTCS.doc 6V XUNG DK 100 R1 220 R2 R4 2.2 ohm Q1 C1061 2.2 ohm R5 SCR 0.1 uF C1 R3 100 R? R Page 20 of 20 [...]... dụng nguồn 24V Trong trường hợp này, optron dùng để cách ly và đổi mức logic Các hãng đã chế tạo những vi mạch kết hợp Ch 2 Linh kien DTCS.doc Page 14 of 20 optron và mạch lái (lái tích cực với hai nguồn) để đơn giản hóa các sơ đồ lái transistor công suất 12v 5v 24v 4 1 OPTO 3 Từ VXL 2 330 1k MosFET Xung 0 15V 100 D 3k3 MosFET 22 12v R10 220 R13 3k3 330/3w Q4 d471 R12 22k 220p R 14 R 220 Q2 c 945 Q5 100... thyristor: R4 Đây là mạch khuếch đại dòng, vì áp cực cổng VGT 2.2 ohm 220 của SCR khá bé, khoảng 2-3 volt trong khi dòng kích Q1 XUNG DK R2 C1061 2.2 ohm cổng có thể đến 5 ampe cho SCR có dòng anod vài trăm R5 SCR 100 ampe Trên hình II .4. 4, ta có mạch theo phát (tải cực R1 R3 R? 0.1 uF phát) Có thể sử dụng thêm các tầng khuếch đại 100 R C1 transistor ghép trực tiếp và tụ gia tốc khi yêu cầu dòng Hình II .4. 4... SCR 47 n D2 3k3 3.3 ohm D1 3k3 Q1 3k3 (a) (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... SCR 24VX 3k3 47 n D19 BAX 100 C22 2u2 R37 Q1 Dao động 3k3 (b) (a) 9V 4 2k2 1 330 1k 3 2 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 MOC: SCR R36 3.3 D25 TRANSCT 220/9 VAC Hình II .4. 6... cho ở hình II .4. 8.c: 4: ngỏ ra cổng NAND 4, là tín hiệu 4 t điều rộng xung từ mạch điều khiển, qua optron 3 t 3: ngỏ ra cổng NAND 3, tín hiệu set io C của RS flip flop C: cực C của BJT 2N2222, xuống thấp khi dòng vượt quá giá trò đặt xác đònh 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 Ch 2 Linh kien DTCS.doc t t 7 (c) Hình II .4. 8 Mạch lái... Hình II .4. 6 D23 T1 SCR P 6K8 Q2 Q1 33 100 SCR 47 n Q c Kích TRIAC bằng optron triac họ Hình II .4. 6.c Kích SCR cách ly dùng optron Có thể điều khiển TRIAC công suất bé (dòng đònh mức vài chục A) bằng các optron họ MOC của hãng Motorola Ngỏ ra optron là phototriac có áp khoá đến 40 0 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... Linh kien DTCS.doc Page 17 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... dẫn điện không có mối nối, mạch lái đơn giản hơn vì điều khiển bằng áp 100 1 3 2 40 01 3k3 MosFET Để đãm bảo transistor bảo hòa, áp điều khiển cực cổng cần trên 10 volt (giới hạn gây hư hỏng là 20 volt) Hình II .4. 3.a: Lái MosFET từ vi mach Các linh kiện sẽ tắt với áp điều khiển bằng 0 hay điện thế CMOS 12V âm (- 10V) Hình II .4. 3.a cho ta sơ đồ lái trực tiếp MosFET từ vi mạch CMOS cấp nguồn 12V Điện trở... II .4. 8 Mạch lái mosFET có bảo vệ dòng Page 18 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 vò 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-trigơ CD4093 cho phép sửa dạng xung Các hãng đã chế tạo nhưng vi mạch điều khiển bộ biến... 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 ... suất 12v 5v 24v OPTO Từ VXL 330 1k MosFET Xung 15V 100 D 3k3 MosFET 22 12v R10 220 R13 3k3 330/3w Q4 d471 R12 22k 220p R 14 R 220 Q2 c 945 Q5 100 R9 Q3 b562 R8 3k3 (b) (c) (d) Hình II .4. 3: (b) Dùng... ampe Trên hình II .4. 4, ta có mạch theo phát (tải cực R1 R3 R? 0.1 uF phát) Có thể sử dụng thêm tầng khuếch đại 100 R C1 transistor ghép trực tiếp tụ gia tốc yêu cầu dòng Hình II .4. 4 Mạch lái trực... Linh kien DTCS.doc Page 15 of 20 BAX VCC 100 D2 SCR 47 n D2 3k3 3.3 ohm D1 3k3 Q1 3k3 (a) (b) Hình II .4. 5 Mạch kích SCR biến áp xung Hình II .4. 5.a (b) trình bày dạng sóng mạch khuếch đại xung ghép