Thiết kế bộ biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều theo phương pháp điều chế độ rộng xung

Vấn đề toả nhiệt cho linh kiện công suất

Tuy nhiên do điện trở thuận khi dẫn dòng điện lớn nên MOSFET chỉ phù hợp với dòng điện cỡ 200A trở xuống và điện áp dưới 1000V MOSFET có khả năng đóng cắt dòng điện một chiều lớn như vậy mà nó lại được điều khiển bằng điện áp với dòng cực nhỏ. Đây là ưu điểm rất lớn của MOSFET, nhờ vậy các mạch điều khiển đơn giản rất phù hợp với các mạch điều khiển cho công suất nhỏ (dưới 200A). Hệ số khuyếch đạiβ rất thấp khoảng hàng chục lần.Vỡ thế nhược điểm rừ nhất là khi dùng BJT cho đóng cắt công suất lớn thì mạch điều khiển lớn, phức tạp, tổn hao năng lượng.

IGBT có cực điều khiển bằng điện áp, tần số đóng cắt cao hơn nhiều so với GTO (100KHz) qua đó IGBT là phần tử có tính ưu việt, nó kết hợp được điểm mạnh của MOSFET đó là khả năng đóng cắt nhanh và được điều khiển dễ dàng, cộng với ưu điểm của BJT là khả năng đóng cắt dòng điện lớn. Trong quá trình làm việc, nhiệt độ của bản thân cấu trúc bán dẫn phải luôn dưới ở một giá trị cho phép (khoảng 120- 1500C theo đặc tính kỹ thuật của phần tử), vì vậy nhiệt lượng sinh ra cần phải tiêu tán để đảm bảo yêu cầu kỹ thuật về nhiệt độ và độ bền của linh kiện điện tử. Tuy nhiên phần tử bán dẫn được gắn lên bộ phận toả nhiệt là một môi trường không đồng nhất vì thể tích nhỏ nên khả năng tích nhiệt kém sẽ tăng rất nhanh.

Biểu thức này thường được sử dụng để xác định Rth cần thiết khi biết nhiệt độ giới hạn Tj của phần tử, nhiệt độ làm việc của môi trường Ta và công suất phát nhiệt PT. Theo đó khi nhiệt độ cấu trúc bán dẫn bằng nhiệt độ cực đại cho phép TJ,max thì công suất toả nhiệt sẽ bằng 0, đồng nghĩa với việc phần tử bán dẫn bị phá huỷ. Pth: tổn hao phát nhiệt trong phần tử, được tính toán bởi người sử dụng Rth(j-v): trở kháng nhiệt giữa cấu trúc bán dẫn và vỏ cho bởi nhà sản xuất.

Giá trị Rth(h-a) cho phép chọn được loại toả nhiệt theo yêu cầu dựa vào đặc tính của một số loại toả nhiệt do nhà sản xuất cung cấp.

Mạch chỉnh lu

Để đảm bảo cấu trúc bán dẫn ở một nhiệt độ thích hợp ta phải gắn phần tử bán dẫn lên một cánh toả nhiệt. Rth(h-a): trở kháng nhiệt giữa cánh toả nhiệt và môi trường cho bởi nhà sản xuất ra cánh toả nhiệt. Giả sử UV có chu kỳ dơng với(0ữπ) thì diode đợc phân cực thuận⇒ diode dẫn, có dòng qua tải.

-Mạch chỉnh lu 2 nửa chu kỳ có điện áp trung bình và dòng điện trung bình trên tải lớn gấp hai lần so với chỉnh lu 1/2 chu kỳ. Nh vậy trong mỗi nửa chu kỳ đều có diode dẫn, dòng qua tải xuất hiện ở cả hai nửa chu kỳ và đi theo một chiều nhất định. *Nhận xét: trong từng nửa chu kỳ của điện áp vào, một cặp van có Anode dơng nhất và Katode âm nhất mở cho dòng một chiều qua R, cặp van còn lại khoá và chịu điện áp ngợc cực đại bằng biên độ 2Um.

Mạch lọc bằng quận dây đợc mắc nối tiếp với tải R nên khi dòng điện ra tải biến thiên đập mạch thì trong cuộn dây xuất hiện sức điện động tự cảm chống lại do đó làm giảm các song hài(nhất là các. sóng hài bậc cao). Do đó dòng điện ra tải chỉ là thành phần một chiều I0 và một phân l- ợng nhỏ song hài đó chính là tác dụng lọc của cuộn dây L. Bộ lọc này thích hợp với mạch chỉnh lu công suất vừa và lớn, giá trị quận dây càng lớn thì tác dụng lọc càng tăng.

Tuy nhiên nếu lớn quá khi đó điện trở một chiều của cuộn dây lớn, sụt áp trên nó làm giảm hiệu suất của bộ chỉnh lu.

Cuộn cảm

Hệ số tự cảm là đại lợng đặc trng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua. Cảm kháng của cuộn dây là đại lợng đặc trng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều. Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo đợc bằng đồng hồ vạn năng, thông thờng cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tơng đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.

* Cuộn dây nạp năng lơng : Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lợng dới dạng từ trờng đợc tính theo công thức. Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp ( đa điện áp vào ) và một hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi ferit. Cuộn dao động chỉ có trong biến áp xung dùng cho mạch dao động duy trì.

Về nguyên tắc chung thì các cuộn thứ cấp đếu có thể quấn thuận chiều hay nghịch chiều với cuộn sơ cấp, kể cả cuộn dao động. * Tính toán và thực hiện quấn biến áp xung là việc rất dễ nếu có chỉ tiêu từ thẩm (độ từ thẩm ban đầu.

Tác dụng linh kiện

+ Giả sử trong chu kì tại đầu ra chân 11 ta sẽ có xung dơng, đầu output B ở mức thấp. Tại cuộn thứ cấp biến áp TR2 ta nhận đợc 1 nguồn điện xoay chiều có tần số phụ thuộc vào tần số đóng cắt của đèn Q1 và Q2. Tại đầu ra của biến áp TR2 ta sẽ có nguồn điện áp xoay chiều 24V có điểm giữa qua bộ chỉnh lu cầu ta sẽ nhận đợc nguồn điện áp 1 chiều sau chỉnh lu ±12V.

- Muốn thay đổi điện áp đầu ra sau TR2 tại cuộn thứ cấp của biến áp TR2 thì ta phảI thay đổi tần số đóng cắt của Q1 và Q2. Qua qúa trình tìm tòi và nghiên cứu tài liệu chúng em đã xây dựng đợc sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi AC/ DC. Vì nguồn ổn áp kiểu xung ngắt mở làm việc với khoá chuyển mạch đột biến tạo ra những chuỗi xung hình chữ nhật có biên độ lớn, sinh ra nhiễu hài bậc cao(hàng MHz) có khả năng bức xạ mạnh gây nhiễu cho các thiết bị điện tử khác nên bộ nguồn cần đợc bọc kim.

Tuy vậy vẫn cần có bộ lọc ở đầu vào bộ nguồn nếu không sang cao tần có thể truyền lan ra đờng dây dẫn điện và bức xạ nh một ăng ten phát. Trong bộ biến đổi điện áp thì tần số dao động để khống chế khoá ngắt mở th- ờng nằm trong khoảng 10KHzữ500KHz. IC dao động đợc duy trì bởi nguồn cấp trớc qua biến áp TR1, nắn lọc ổn áp xuèng 12VDC.

Vì số vòng cuộn sơ cấp phụ thuộc vào điện áp một chiều đặt bờn nú và cả từ thụng, diện tớch của lừi pherit.