BÀI GIẢNG ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP, TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊNKHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG Bài giảng: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP (Tài liệu lưu hành nội bộ) Thái Nguyên, năm 2012 Chương CÁC PHẦN TỬ BÁN DẪN CÔNG SUẤT CƠ BẢN I.1 THYRISTOR Thyristor phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn p-n-p-n, tạo ba tiếp giáp pn: J1, J2, J3 Thyristor có ba cực Anode (A), Cathode (K), cực điều khiển (G – Gate) biểu diễn hình 1.1 K G K iA Iv A n n p J3 J2 - n Dòng dò G Ung, max J1 K p a) V A IG3 IG2 IG1 Idt Uthmax b) Hình 1.7 Thyristor Cấu trúc bán dẫn; Ký hiệu; Hình ảnh thực tế Hình 1.8 Đặc tính Vơn-Ampe Thyristor I.1.1 Đặc tính Vơn-Ampe Thyristor Đặc tính Vơn-Ampe Thyristor gồm hai phần (hình 1.2) Phần thứ nằm góc phần tư thứ I đặc tính thuận tương ứng với trường hợp điện áp U AK > 0; phần thứ hai nằm góc phần tư thứ III, gọi đặc tính ngược, tương ứng với trường hợp: UAK < a) Trường hợp dịng điện vào cực điều khiển khơng (IG = 0) Khi dòng vào cực điều khiển Thyristor hay hở mạch cực điều khiển Thyristor cản trở dòng điện ứng với hai trường hợp phân cực điện áp Anode-Cathode Khi điện áp UAK < 0, theo cấu tạo bán dẫn Thyristor, hai tiếp giáp J1, J3 phân cực ngược, lớp J2 phân cực thuận, Thyristor giống hai diode mắc nối tiếp bị phân cực ngược Qua Thyristor có dịng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng rò Khi U AK tăng đạt đến giá trị điện áp lớn U ng.max xảy tượng Thyristor bị đánh thủng, dòng điện tăng lên lớn Giống đoạn đặc tính ngược diode, lúc có giảm điện áp UAK xuống mức Ung.max dịng điện khơng giảm mức dịng rị Thyristor bị hỏng Khi tăng điện áp Anode-Cathode theo chiều thuận, U AK > 0, lúc đầu có dòng điện nhỏ chạy qua, gọi dòng rị Điện trở tương đương mạch AnodeCathode có giá trị lớn Khi tiếp giáp J1, J3 phân cực thuận, J2 phân cực ngược Cho đến UAK tăng đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, U th.max, xảy tượng điện trở tương đương mạch Anode-Cathode đột ngột giảm, dòng điện chạy qua Thyristor bị giới hạn điện trở mạch ngồi Nếu dịng qua Thyristor lớn mức dịng tối thiểu, gọi dịng trì Idt, Thyristor dẫn dịng đường đặc tính thuận Đoạn đặc tính thuận đặc trưng tính chất dẫn dịng phụ thuộc vào giá trị phụ tải điện áp rơi AnodeCathode nhỏ không phụ thuộc vào giá trị dịng điện b) Trường hợp có dịng điện vào cực điều khiển (IG > 0) Nếu có dịng điều khiển đưa vào cực điều khiển (G) Cathode, trình chuyển điểm làm việc đường đặc tính thuận xảy sớm hơn, có U th < Uth.max Điều mơ tả hình 1.2 đường nét đứt, ứng với giá trị dòng điều khiển khác IG1, IG2, IG3, Nói chung, dịng điều khiển lớn điểm chuyển đặc tính làm việc xảy với UAK nhỏ Trong thực tế loại Thyristor chế tạo dòng điều khiển định mức Iđk đm I.1.2 Mở - khố Thyristor Thyristor cho phép dịng chạy qua theo chiều, từ Anode đến Cathode, không chạy theo chiều ngược lại Điều kiện để Thyristor dẫn dịng, ngồi điều kiện phải có điện áp UAK > phải thỏa mãn điều kiện điện áp điều khiển dương Do Thyristor coi phần tử bán dẫn có điều khiển a) Mở Thyristor Khi phân cực thuận, U AK > 0, Thyristor mở hai cách Thứ nhất, tăng điện áp Anode-Cathode đạt đến giá trị điện áp thuận lớn nhất, Uth.max, điện trở tương đương mạch Anode-Cathode giảm đột ngột dịng qua Thyristor hồn tồn mạch ngồi xác định Phương pháp thực tế không áp dụng nguyên nhân mở không mong muốn Phương pháp thứ hai, phương pháp áp dụng thực tế, đưa xung dịng điện có giá trị định vào cực điều khiển Cathode Xung dòng điện điều khiển chuyển trạng thái Thyristor từ trở kháng cao sang trở kháng thấp mức điện áp Anode-Cathode nhỏ Khi dịng qua Anode-Cathode lớn giá trị định, gọi dòng trì (Idt) Thyristor tiếp tục trạng thái mở dẫn dịng mà khơng cần đến tồn xung dòng điểu khiển Điều nghĩa điều khiển mở Thyristor xung dịng có độ rộng xung định, cơng suất mạch điều khiển nhỏ, so với công suất mạch lực mà Thyristor phần tử đóng cắt, khống chế dịng điện b) Khố Thyristor Một Thyristor dẫn dịng trở trạng thái khóa (điện trở tương đương mạch Anode-Cathode tăng cao) dịng điện giảm khơng Tuy nhiên để Thyristor trạng thái khóa, với trở kháng cao, điện áp Anode-Cathode lại dương (U AK > ), cần phải có thời gian định để lớp tiếp giáp phục hồi hồn tồn tính chất cản trở dòng điện Thyristor Khi Thyristor dẫn dòng theo chiều thuận, hai lớp tiếp giáp J 1, J3 phân cực thuận, điện tích qua hai lớp dễ dàng lấp đầy tiếp giáp J2 bị phân cực ngược Vì mà dịng điện chảy qua ba lớp tiếp giáp J1, J2, J3 Để khóa Thyristor lại cần giảm dịng Anode-Cathode khơng cách đổi chiều dòng điện áp điện áp ngược lên Anode Cathode Thyristor Sau dịng khơng phải đặt điện áp ngược lên Anode-Cathode ( U AK < ) khoảng thời gian tối thiểu, gọi thời gian khóa (ký hiệu là: tr ), lúc Thyristor khóa Trong thời gian phục hồi có dòng điện ngược chạy Cathode Anode Thời gian phục hồi thông số quan trọng Thyristor Thời gian phục hồi xác định dải tần số làm việc Thyristor Thời gian phục hồi tr cú giỏ tr c ữ 10às i vi cỏc Thyristor tn s cao v c 50 ữ 200às i với Thyristor tần số thấp I.1.3 Các yêu cầu tín hiệu điều khiển Thyristor Quan hệ điện áp cực điều khiển Cathode với dòng vào cực điều khiển xác định yêu cầu tín hiệu điều khiển Thyristor Với loại Thyristor nhà sản xuất cung cấp họ đặc tính điều khiển (ví dụ hình 1.3) thấy đặc tính giới hạn điện áp dòng điện nhỏ ứng với nhiệt độ mơi trường định mà tín hiệu điều khiển phải đảm bảo để chắn mở Thyristor Dòng điều khiển qua tiếp giáp p-n cực điều khiển Cathode làm phát nóng tiếp giáp Vì tín hiệu điều khiển phải bị hạn chế công suất Công suất giới hạn tín hiệu điều khiển phụ thuộc vào độ rộng xung điều khiển Tín hiệu điều khiển Giới hạn dịng nhỏ UGK xung có độ rộng ngắn cơng suất cho phép lớn Giới hạn công suất xung Sơ đồ tiêu biểu mạch khuếch đại xung điều khiển Thyristor 0,01ms cho hình 1.4 Khóa Transistor T Vùng mở 0,1ms chắn điều khiển xung có độ rộng định, đóng cắt điện áp phía sơ cấp -10 C 00C biến áp xung Xung điều khiển đưa đến Giới hạn điện áp nhỏ cực điều khiển Thyristor phía bên G Hình 1.3 Yêu cầu xung cuộn thứ cấp Như mạch lực điểu khiển Thyristor cách ly hoàn toàn với mạch điều khiển biến áp xung Điện trở R hạn chế dòng qua Transistor xác định nội trở nguồn tín hiệu điều khiển Diode D1 ngắn mạch cuộn sơ cấp biến áp xung Transistor T khóa lại để chống áp T Diode D ngăn xung âm vào cực điều khiển Diode D3 mắc song song với cực điều khiển song song với tụ C có tác dụng giảm áp tiếp giáp G-K Thyristor bị phân cực ngược +Un I.1.4 Các thông số Thyristor Các thông số thơng số dựa vào ta lựa chọn Thyristor cho ứng dụng cụ thể 1/- Giá trị dịng phép trung on BAX ** D1 D2 G W2 W1 D3 uđkT C off bình cho RB K Tr2 chạy qua Thyristor, Iv Hình 1.4 Sơ đồ tiêu biểu mạch khuếch đại xung điều khiển tiristo Đây giá trị dịng trung bình cho phép chạy qua Thyristor với điều kiện nhiệt độ cấu trúc tinh thể bán dẫn Thyristor không vượt giá trị cho phép Trong thực tế dòng điện cho phép chạy qua Thyristor phụ thuộc vào điều kiện làm mát nhiệt độ môi trường Thyristor gắn lên tản nhiệt tiêu chuẩn làm mát tự nhiên Ngồi ra, Thyristor phải làm mát cưỡng nhờ quạt gió dùng nước để tải nhiệt lượng toả nhanh Vấn đề làm mát van bán dẫn đề cập đến phần sau, ta lựa chọn dòng điện theo phương án sau:  Làm mát tự nhiên: dòng sử +Un dụng cho phép đến phần ba dòng Iv  Làm mát cưỡng quạt gió: D2 G BAX dịng sử dụng hai phần ba * * W dòng Iv uđkT D1 W C D3 on  Làm mát cưỡng nước: có of thể sử dụng 100% dịng Iv K RB 2/- Điện áp ngược cho phép lớn Tr2 nhất, Ung.max Hình 1.4 Sơ đồ tiêu biểu mạch khuếch Đây giá trị điện áp ngược lớn đại xung điều khiển tiristo cho phép đặt lên Thyristor Tại thời điểm điện áp Anode-Cathode UAK nhỏ Để đảm bảo độ dự trữ định điện áp, nghĩa phải chọn 1,2 đến 1,5 lần giá trị biên độ lớn điện áp sơ đồ 3/- Thời gian phục hồi tính chất khóa Thyristor, tr (µs) Đây thời gian tối thiểu phải đặt điện áp âm lên Anode-Cathode Thyristor sau dịng Anode-Cathode khơng trước lại có điện áp dương mà Thyristor khóa Thời gian phục hồi t r thơng số quan trọng Thyristor, nghịch lưu độc lập, phải ln đảm bảo thời gian dành cho q trình khóa phải 1,5 đến lần tr 4/- Tốc độ tăng điện áp cho phép, dU dt (V/µs) Thyristor sử dụng phần tử có điều khiển, tức Thyristro phân cực thuận (UAK > 0) có tín hiệu điều khiển cho phép dịng điện chạy qua Nhưng Thyristor phân cực thuận chưa có U đk phần lớn điện áp rơi lớp tiếp giáp J2 hình 1.5 Lớp tiếp giáp J2 bị phân cực ngược K G K nên độ dày nở ra, tạo vùng n n J p không gian nghèo điện tích, cản trở dịng J C điện chạy qua Vùng khơng gian có n thể coi tụ điện có điện dung CJ J J2 - Khi có điện áp biến thiên với tốc độ lớn, dịng điện tụ điện có giá trị đáng kể, đóng vai trị dịng điều khiển Kết Thyristor mở chưa có tín hiệu điều khiển vào cực điều khiển G p i=CJ2(du/dt) Hình 1.5 HiệuAứng dU/dt tác dụng dịng điều khiển Tốc độ tăng điện áp thông số để phân biệt Thyristor tần số thấp với Thyristor tần số cao Ở Thyristor tần số thấp, dU/dt vào khoảng 50 đến 200 v/µs; với Thyristor tần số cao dU/dt đạt 500 đến 2000 V/µs 5/- Tốc độ tăng dịng cho phép, dI dt (A.µs) Khi Thyristor bắt đầu mở, khơng phải điểm tiết diện tinh thể bán dẫn dẫn dòng đồng Dòng điện chạy qua bắt đầu số điểm, gần với cực điều khiển nhất, sau lan toả dần sang điểm khác toàn tiết diện Nếu tốc độ tăng dịng q lớn dẫn đến mật độ dịng điện điểm dẫn ban đầu lớn, phát nhiệt cục mãnh liệt dẫn đến hỏng cục bộ, từ dẫn đến hỏng tồn tiết diện tinh thể bán dẫn Tốc độ tăng dịng phân biệt Thyristor tần số thấp, có dI/dt c 50 ữ 100 A/às, vi cỏc Thyristor tn s cao vi dI/dt c 500 ữ 2000 A/às Trong cỏc ứng dụng phải ln đảm bảo tốc độ tăng dịng mức cho phép Điều đạt nhờ mắc nối tiếp van bán dẫn với cuộn kháng I.2 TRIAC T2 p T2 n n G p n G n T1 b) a) c) Hình 1.6 Triac: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu; c) Sơ đồ tương đương với hai Thyristor song song T1 Triac phần tử bán dẫn có cấu trúc bán dẫn gồm năm lớp, tạo nên cấu trúc p-n-p-n Thyristor theo hai chiều cực T T2 thể hình 1.16a Triac có ký hiệu sơ đồ hình 1.6b, dẫn dòng theo hai chiều T1 T2 Về ngun tắc, Triac hồn tồn coi tương đương với hai Thyristor đấu song song ngược hình 1.6c Đặc tính vơn-ampe Triac bao gồm hai đoạn đặc tính góc phần tư thứ I thứ III, đoạn giống đặc tính thuận Thyristor biểu diễn hình 1.7a Triac điều khiển mở dẫn i(A) dịng xung dòng dương (dòng T I vào cực điều khiển) xung I R dòng âm (dòng khỏi cực điều u G khiển) Tuy nhiên xung dòng điều khiển T U U âm có độ nhạy Nguyên lý thực + điều khiển xung dòng điều (a) khiển âm biểu diễn hình 1.7b b) Triac đặc biệt hữu ích Hình 1.7 Triac: a) Đặc tính vơn-ampe b) Điều ứng dụng điều chỉnh điện áp xoay chiều v dt v,th th,max khiển triac dòng điều khiển âm công-tắc-tơ tĩnh dải công suất vừa nhỏ I.3 THYRISTOR KHÓA ĐƯỢC Ở CỰC ĐIỀU KHIỂN, GTO (Gate Turn - Off Thyristor) Các GTO, tên gọi nó, nghĩa khóa lại cực điều khiển, có khả đóng cắt dòng điện lớn, chịu điện áp cao giống Thyristor, van điều khiển hồn tồn, chủ động thời điểm khóa tác động tín hiệu điều khiển Việc ứng dụng GTO A (Anode) phát huy ưu điểm phần tử bán dẫn, khả đóng cắt dòng điện lớn J lại điều khiển tín hiệu J p điện cơng suất nhỏ G n J Cấu trúc bán dẫn GTO phức tạp G (Gate) so với Thyristor b) a) K (Cathode) hình 1.8 Ký hiệu GTO tính + Hình 1.8 GTO: chất điều khiển hồn tồn Đó dịng a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu điện vào cực điều khiển để mở GTO, dòng khỏi cực điều khiển dùng để di chuyển điện tích khỏi cấu trúc bán dẫn nó, để khóa GTO lại Trong cấu trúc bán dẫn GTO lớp p, Anode bổ sung lớp n+ Dấu “+” bên cạnh mật độ điện tích tương ứng, lỗ điện tử, làm giàu thêm với mục đích làm giảm điện trở dẫn vùng Cực điều khiển nối vào lớp p thứ ba chia nhỏ phân bố so với lớp + n Cathode Khi chưa có dịng điểu khiển, Anode có điện áp dương so với Cathode tồn điện áp rơi tiếp giáp J2 giữa, giống cấu trúc + Thyristor Tuy nhiên Cathode có điện áp dương so với Anode tiếp giáp p n sát Anode bị đánh thủng điện áp thấp, nghĩa GTO chịu điện áp ngược GTO điều khiển mở cách cho dòng vào cực điều khiển, giống Thyristor thường Tuy nhiên cấu trúc bán dẫn khác nên dịng trì GTO cao Thyristor thường Do đó, dịng điều khiển phải có biên độ lớn trì thời gian dài để dòng qua GTO kịp vượt xa giá trị dịng trì Giống Thyristor thường, sau GTO dẫn dịng điều khiển khơng cịn tác dụng Như vậy, mở GTO xung ngắn, với cơng suất khơng đáng kể Để khố GTO, xung dòng phải lấy từ cực điều khiển Khi van dẫn dòng, tiếp giáp J2 chứa số lượng lớn điện tích sinh tác dụng hiệu ứng bắn phá "vũ bão" tạo nên vùng dẫn điện, cho phép điện tử di chuyển + + từ Cathode, vùng n đến Anode, vùng p , tạo nên dòng Anode Bằng cách lấy số lượng lớn điện tích qua cực điêu khiển, vùng dẫn điện bị co hẹp bị ép + + phía vùng n Anode vùng n Cathode Kết dòng Anode bị giảm Dòng điều khiển trì thời gian ngắn để GTO phục hồi tính chất khóa u cầu xung điều khiển I nguyên tắc thực thể A hình 1.9 Hình 1.9a thể xung dịng khố GTO phải có biên độ V t lớn, vào khoảng 20 ÷ 25% biên độ G K I dòng Anode-Cathode Một yêu cầu quan trọng xung dịng điều Më Khãa a) b) khiển phải có độ dốc sườn xung Hình 1.9 Nguyên lý điều khiển GTO: ln, sau khong 0,5 ữ1às iu ny a) Yờu cầu dạng xung điều khiển; b) Nguyên lý thực giải thích nguyên lý thực tạo xung dịng khố nối mạch cực G G’max điều khiển vào nguồn dịng Về ngun tắc, nguồn dịng có nội trở khơng cung cấp dịng điện vơ lớn Sơ đồ đơn giản hình 1.10 +15V mơ tả việc thực ngun lý điều A khiển Mạch điện dùng hai khoá T1 Transistor T1, T2 Khi tín hiệu điều khiển 15V, T1 mở, dòng chạy từ V C1 R nguồn 15V qua điện trở hạn chế R1 nạp G điện cho tụ Cl tạo nên dòng chạy vào 15V 0V T2 DZ12V Hình 1.10 Mạch điều khiển GTO K cực điều khiển GTO Khi tụ C1 nạp đầy đến điện áp diode ổn áp Dz (12V), dòng điều khiển kết thúc Khi tín hiệu điều khiển đưa vào cực gốc T 1, T2 T2 mở có điện áp tụ C1, tụ C1 bị ngắn mạch qua cực điều khiển Cathode, Transistor T tạo nên dịng khỏi cực điều khiển, khố GTO lại Diode D z ngăn không cho tụ C, nạp ngược lại Ở vai trị nguồn áp tụ C l, tụ Cl Phải chọn loại có chất lượng cao Transistor T2 phải chọn loại chịu xung dịng có biên độ lớn chạy qua I.4 TRANSISTOR CÔNG SUẤT, BJT (Bipolar Junction Transistor) Transistor phần tử bán dẫn có cấu (Base) E (Emitter) trúc bán dẫn gồm lớp bán dẫn p-n-p B (bóng thuận) n-p-n (bóng ngược), n np n C tạo nên hai tiếp giáp p-n Cấu trúc B thường gọi Bipolar Junction n Transistor (BJT), dịng điện chạy n E cấu trúc bao gồm hai loại b) a) điện tích âm dương (Bipolar nghĩa C Hình 1.11 BJT: hai cực tính) Transistor có ba cực: a) Cấu trúc bán dẫn; b) Ký hiệu Base (B), Collector (C) Emitter (E) BJT cơng suất thường loại bóng ngược Cấu trúc tiêu biểu ký hiệu sơ đồ BJT cơng suất biểu diễn hình 1.11, lớp bán dẫn n xác định điện áp đánh thủng tiếp giáp B-C C-E - Trong chế độ tuyến tính, hay cịn gọi chế độ khuếch đại, Transistor phần tử khuếch đại dòng điện với dòng Collector I c β lần dịng Base (dịng điều khiển), β hệ số khuếch đại dòng điện Ic = β.IB Tuy nhiên, điện tử công suất Transistor sử dụng phần tử khố Khi mở dịng điều khiển phải thỏa mãn điều kiện: I > IC hay IC IB = kbh β β Trong kbh = 1,2 ÷ 1,5 gọi hệ số bão hồ Khi Transistor chế độ bão hịa với điện áp Collector Emitter nhỏ, cỡ ÷ 1,5V, gọi điện áp bão hịa, UCE.bh B Khi khố, dịng điều khiển IB khơng, lúc dịng Collector gần khơng, điện áp UCE lớn đến giá trị điện áp nguồn cung cấp cho mạch tải nối tiếp với Transistor Tổn hao công suất Transistor tích dịng điện Collector với điện áp rơi Collector-Emitter, có giá trị nhỏ chế độ khoá Trong cấu trúc bán dẫn BJT, chế độ khoá, hai tiếp giáp B-E B-C bị phân cực ngược Điện áp đặt Collector-Emitter rơi chủ yếu vùng trở Sơ đồ mạch phát xung hình 4.6a, mạch điện gồm vi mạch khuếch đại thuật toán A điện trở R1, R2 tạo thành triger smit, thêm tụ điện C điện trở R mắc sơ đồ ta có mạch tự dao động, dạng điện áp sơ đồ biểu diễn hình 3-6b Điện áp đầu sơ đồ xung cực tính (điện áp xoay chiều) với chu kỳ lặp lại T xác định theo công thức sau: T = 2.R.C.ln[1+(2.R2 / R1)] Nếu ta chọn R2 ≈ 0,86.R1 biểu thức loga ≈ ta có: T = 2.R.C Biên độ xung giá trị bão hoà KĐTT ký hiệu V sat b/- Mạch phát sóng chủ đạo dùng vi mạch số 555 +Ucc =5-15 V a R1 R2 C b ura 84 t ura TLTH T C1 Hình 4.7 Sơ đồ mạch tạo xung dùng chíp 555 hình 4.7a Đây sơ đồ đa hài phiếm định, nguồn cung cấp cho sơ đồ +U cc nằm khoảng từ ÷ 15V chiều Điện trở điều chỉnh R sơ đồ dùng để điều chỉnh chu kỳ xuất xung điện áp ra, giá trị R thay đổi từ 10 ÷ 1000 kΩ Giá trị tụ điện C phải từ 0,1µF trở lên Dạng điện áp xung vng cực tính biểu diễn hình 4.7b Chu kỳ xung xác định sau: T = TH + TL Trong TH gọi thời gian mức cao TH=0,693(R1+R2)C; TL gọi thời gian mức thấp TL= 0,693R2C c/- Mạch phát xung chủ đạo dùng IC số 4044 +Ucc 45614 10 4044 R C 789 Q Q f1 11 13 12 f1 DSC Hình 4.8 f2 Trong trường hợp cần xung điều khiển với chu kỳ khác nhau, ví dụ sử dụng sơ đồ 4, ta sử dụng mạch phát xung chủ đạo hình3-8 Trong sơ đồ có đầu ra, hai đầu Q ta có xung tần số f1 với cực tính ngược nhau, xung dùng để khống chế mạch phát xung cho Thyristor phụ Đầu thứ ba (DSC) có xung với tần số f2 gấp đôi tần số hai kênh (f 2=2f1), xung đầu dùng để khống chế kênh phát xung cho Thyristor T1 Ta có: f1 = 1/(4,4.R.C) f2 = 1/(2,2.R.C) Ngồi sơ đồ ta sử dụng nhiều sơ đồ phát xung khác mà giới hạn chương trình mơn học ta chưa xét đến IV.3.2.3 Mạch tạo điện áp cưa Ta sở dụng số sơ đồ tạo điện áp cưa Transitor, vi mạch khuếch đại thuật toán, v.v Sau ta nghiên cứu sơ đồ đó: a/- Sơ đồ nguyên lý +Ucc C1 Trên sơ đồ hình 4.9 ta sử dụng mạch tạo C2 Tr uC1 điện áp cưa vi mạch khuếch uv R1 uC2 đại thuật toán A Tín hiệu khống chế làm việc sơ đồ xung điện áp đầu D1,2 A urc mạch phát sóng chủ đạo, + đưa qua mạch vi phân C1 đến R2 -Ucc cực gốc Transitor Tr Các diode D1, D2 dùng để bảo vệ đầu vào khuếch đại thuật Hinh 4.9 toán Các phần tử lại tương tự mạch tạo điện áp cưa xét uv b/- Nguyên lý hoạt động sơ đồ Do có tụ C1 với điện dung nhỏ mắc mạch cực gốc Tr nên Transitor Tr làm việc khoảng sườn tăng xung vào, sau tụ C1 nạp đầy nên Tr khoá lại Đến thời điểm xung vào tụ C1 phóng uC1 t1 Tck t2 t1 t2 t t3 t4 t3 t4 t t4 t ur c t2 Hình 4.10 điện qua điện trở R1 đến không để chuẩn bị cho mở lần Tr xuất xung vào Ta chọn mốc xét (t= 0) thời điểm bắt đầu xuất xung vào, thời điểm Tr mở khoảng thời gian ngắn đủ để tụ điện C2 phóng hết điện tích nạp giai đoạn trước uC2=0 Sau khoảng thời gian mở ngắn Tr tụ C1 nạp đầy xung vào nên Tr khoá lại, tụ C2 nạp điện Như biết xem dòng vào A khơng dịng nạp C2 có giá trị dòng qua điện trở R I=Ucc/R2=const, điện áp tụ tăng dần theo qui luật tuyến tính: u C2=I.t/C2 =Ucc.t/(R2.C2) Đến thời điểm t=t1 (thơng thường t1=Tck/2, với Tck thời gian chu kỳ xung vào) xung vào, tụ C1 phóng điện qua R1 đến điện áp khơng Đến thời điểm t 2=Tck lại xuất xung vào tụ C1 lại nạp, Tr lại mở nên tụ C2 phóng nhanh qua Tr đến điện áp khơng, sau Tr khố lại tụ C2 lại nạp Các chu kỳ làm việc sơ đồ diễn tương tự Điện áp cưa đầu sơ đồ điện áp tụ C2 Đồ thị minh hoạ làm việc sơ đồ hình 4.10 IV.3.2.4 Các mạch khác Để có mạch phát xung điều khiển đầy đủ ngồi mạch phát sóng chủ đạo, mạch tạo điện áp cưa nêu ta cần phải có số mạch điện khác như: Mạch so sánh; Mạch sửa xung; Mạch khuếch đại xung; Thiết bị truyền xung Các phần mạch có nguyên lý hoàn toàn tương tự mạch sử dụng hệ thống điều khiển BBĐ xoay chiều-một chiều BBĐ xoay chiều-xoay chiều Vì ta khơng nghiên cứu mạch IV.3.2.5 Một hệ thống điều khiển BBĐ chiều-một chiều ứng dụng phương pháp điều chỉnh xung rộng a/- Sơ đồ nguyên lý (hình4.11) Trong sơ đồ mạch phát sóng chủ đạo dùng IC 555 Tín hiệu mạch phát sóng chủ đạo chia làm đường: Đường thứ đưa đến đầu vào mạch sửa khuếch đại xung để có xung điều khiển cho T (uđkT1); đường thứ hai đưa đến mạch tạo điện áp cưa gồm khuếch đại thuật toán A1, Transitor Tr4 phần tử thụ động khác như: C3, C4, R9, R10, dùng để phát xung điều khiển cho T2 (uđkT1) Kênh phát xung cho T1 gồm mạch sửa xung dùng Tr 2, tụ C5, R5 R6, mạch khuếch đại xung Transitor Tr3 Tr4 ,đầu máy biến áp xung BAX Kênh phát xung cho T mạch tạo điện áp cưa nghiên cứu sơ đồ cịn có: mạch so sánh khuếch đại thuật toán A 2, mạch sửa xung dùng mạch R13-C6 kết hợp với Transitor Tr5 mạch khuếch đại xung, tầng khuếch đại công suất xung cuối dùng Tr6 mạch sử dụng máy biến áp xung BAX2 +Ucc1 R1 R2 C1 +Ucc2 Điện áp điều khiển có giá trị C3 84 555 R3 C2 C4 Tr R9 u®k - - + A1 R10 R14 R12 R11 + A2 D1,2 R15 Tr5 R13 C6 D6 R16 R4 -U cc2 R5 D3 R6 C5 R7 D5 * * R8 GT1 u®kT1 D4 Tr1Tr2Tr3Tr6 RL BAX KT1 * * D8 GT2 u®kT2 D7 BAX KT2 Hình 4.11 b/- Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc mạch điều khiển minh hoạ đồ thị hình 4.12 Nguyên lý chi tiết mạch ta tham khảo ux sơ đồ xét trước t1 t4 t2 t3 t a urc Từ đồ thị ta xác định -u ®k urc thời gian chu kỳ đóng b t4 t2 t cắt Tck, thời gian lần u®k Tck đóng tđ thời gian t® t4 t2 t lần cắt tc Cũng từ đồ thị ta c u ®kT t ' t ' thấy chu kỳ đóng cắt tc khơng đổi cịn thời gian d t Hình 4.12 lần đóng thay ddổi việc thay đổi giá trị điện áp điều khiển uđk Trên đồ thị hình 4.12 ux1 xung mạch phát sóng chủ đạo, urc điện áp cưa đầu mạch tạo điện áp cưa, u đkT1 uđkT2 xung điều khiển cấp cho T1 T2 cho BBĐ làm việc IV.4 Bộ biến đổi dùng Tranzitor công suất (tham khảo tài liệu) IV.5 Một số ứng dụng BBĐ xung áp IV.5.1.Tạo nguồn điện áp cho tải BBĐ chiều-một chiều dùng để điều khiển tốc độ động chiều phương pháp: Điều chỉnh điện áp cung cấp cho mạch phần ứng động (có dùng cho loại động chiều) điều chỉnh từ thông động Phương pháp điều chỉnh điện áp mạch phần ứng ứng dụng phổ biến nên phần ta giới hạn nghiên cứu phương pháp Khi sử dụng BBĐ chiều-một chiều mạch phần ứng động chiều để đảm bảo cho động làm việc trạng thái khác sơ đồ nối BBĐ mạch phần ứng động phải thay đổi cho phù hợp để đạt hiệu cao mặt IV.5.1.1 Sơ đồ trạng thái động Trong sơ đồ (hình 4.13) ta sử dụng động chiều kích từ nối tiếp, có ưu điểm có cuộn dây kích từ có điện cảm lớn mắc nối tiếp T1 + mạch phần ứng, điều cho Ud phép ta giảm giá trị điện cảm đưa vào mạch tải BBĐ (giảm khối lượng giá thành) số trường hợp dùng thêm điện uC iC iT1 iD iDo C T2 CK D0 iL L uD D § Hình 4.13 cảm Hoạt động BBĐ trường hợp hoàn toàn làm việc với phụ tải tổng quát chung mà ta xét Nhờ điều chỉnh giá trị trung bình điện áp phần ứng động mà ta điều chỉnh tốc độ động *Chú ý: Ngoài trường hợp sử dụng động kích từ nối tiếp nêu ta sử dụng loại động chiều khác IV.5.1.2 Sơ đồ trạng thái hãm tái sinh Nguyên lý làm việc sơ đồ: Trong + iD trường hợp s.đ.đ động yếu D1 iD1 uC tố tạo nên dòng điện sơ đồ Ta CK giả thiết từ t=0 đến t=t1 Thyristor U uD d iC T1 mở, s.đ.đ động nối ngắn C L mạch qua T1(trong mạch cịn có điện cảm cuộn kích từ động CKT T1 iT1 T2 iT2 § D trường hợp khác cịn Hình 4.14 có thêm điện cảm đưa vào để san dòng phần ứng động cơ) nên dòng điện qua phần ứng động T1 tăng dần, điện cảm mạch phần ứng động tích luỹ thêm lượng Trong khoảng thời gian tụ C nạp đến điện áp: uC=-Ud Tại t=t1 ta truyền xung điều khiển đến T2 để mở T2 khoá T1 Van T2 mở nên tụ C phóng điện qua T2 qua phần ứng động gây nên T1 điện áp ngược làm T1 khoá lại Tụ C sau phóng đến điện áp khơng nạp ngược lại nhờ s.đ.đ động s.đ.đ tự cảm điện cảm mắc mạch phần ứng động Vì mà điện áp tụ đạt giá trị s.đ.đ động (thơng thường ED