9. Mạch lái ngắt điện bán dẫn
9.3. Mạch lái SCR và Thyristor
Giống như mạch lái Transistor, mạch lái Thyristor cũng cĩ hai nhiệm vụlà đảm bảo thơng số tín hiệu điều khiển cực cổng (đa số trường hợp là dịng điện) và cách ly mạch động lực – điều khiển.
9.3.1.Mạch lái trực tiếp Thyristor
Đây là mạch khuếch đại dịng, vì áp cực cổng VGTcủa SCR khá bé, khoảng 2-3 volt trong khi dịng kích cổng cĩ thểđến 5 ampe
cho SCR cĩ dịng anod vài trăm ampe. Trên
hình 2.44, ta cĩ mạch theo phát (tải cực phát). Cĩ thể sử dụng thêm các tầng khuếch
đại Transistor ghép trực tiếp và tụ gia tốc khi yêu cầu dịng cực cổng lớn.
9.3.2.Kích SCR xung hẹp bằng biến áp xung
Hình 2.45 Mạch kích SCR bằng biến áp xung.
Hình 2.45.a và (b) trình bày các dạng sĩng và mạch khuếch đại xung và ghép với SCR. Các Diode D1, D2, Transistor Darlington Q1 thực hiện hàm OR (hai ngõ vào) và khuếch đại dịng. Biến áp xung BAX nối ở cực thu C của Transistor qua điện trở hạn dịng 3.3. Nguồn VCC cĩ thể là 24V và tỉ số giảm áp của BAX là 4:1 (biên độ xung ở thứ cấp cịn khoảng 5V)
để giảm dịng qua Transitor và nguồn cấp điện. Tụđiện 47nF và điện trở 100 nối càng gần SCR càng tốt để chống nhiễu khi dây nối mạch điều khiển và SCR dài. Các thơng số trên cĩ thểdùng cho SCR cĩ định mức trung bình dịng đến 250 A.
Khi Q1 bão hịa, áp nguồn VCC cĩ thểxem như đặt vào sơ cấp biến áp. Dịng từ hĩa cuộn
sơ cấp xuất hiện, tăng theo hàm mũ. Từ thơng trong lõi biến áp thay đổi tạo ra điện áp cảm
ứng ở thứ cấp và dịng kích cho SCR. Như vậy, dịng qua cuộn sơ cấp biến áp sẽ gồm dịng từ hĩa và dịng phản ảnh từ thứ cấp. Khi bề rộng xung đủ bé, lõi thép biến áp chưa bão hịa
và ta cĩ điện thếvà dịng điện cảm ứng ở thứ cấp. Khi Q1 tắt, dịng từ hĩa biến áp phĩng qua Diode phĩng điện D2 và giảm về từ từ khơng.
7Uѭӡ QJ& DRÿҷ QJQJ KӅĈ ҳN/ҳ N Trang50
Như vậy biến áp xung chịu từ hĩa một cực tính và cần phải thiết kế sao cho khơng bão hịa. Khi bề rộng xung tăng cao, dịng từ hĩa tăng cao làm lõi thép bị bão hịa và khi dĩ từ thơng khơng cịn thay đổi, áp cảm ứng ở thứ cấp giảm đến bằng khơng. Xung thứ hai của hình 2.23.a cho thấy áp thứ cấp bị giảm và Q1 hết cịn bão hịa khi độ rộng xung tăng lên.
Hiện tượng này cũng xảy ra khi ta cĩ chuỗi xung và dịng từ hĩa chưa về khơng thì đã cĩ
xung kế tiếp.
Như vậy biến áp xung chỉ cĩ 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: Cĩ thể tính tốn và chế tạo BAX như
biến áp thơng thường với một số lưu ý: Chọn mật độ từ thơng thấp và vật liệu từ ít tổn hao
(như ferrite). Chu kỳ của tín hiệu từ hai đến ba lần bề rộng xung. Điện áp cho cuộn dây cĩ thể lấy bằng biên độ xung và nếu truyền chuỗi xung thì độ rộng xung tương đối (Txung /Tchu kỳ) khơng nên lớn hơn 1/3. Cĩ thể phải thay đổi mạch phĩng điện (Diode D2) để tiêu hao
năng lượng dịng từ hĩa nhiều hơn để dịng điện này chĩng về khơng.
9.3.3.Kích SCR bằng xung rộng
Hình 2.46
Trong rất nhiều trường hợp, xung hẹp khơng đáp ứng được các ứng dụng. Cĩ 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, cĩ hai phương án sau:
- Sử dụng SCR phụnhư hình 2.46.a. Biến áp kích xung cơng suất bé cho SCR phụ (dịng 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 2.46.b.
nhưng ở thứ cấp biến áp dùng chỉnh lưu
Diode để biến thành xung rộng trở lại – hình (c). Dịng từ hĩa cũng được tận dụng nhờ
Diode phĩng điện D25. Điều bất lợi của sơ đồ này là sườn lên của xung cực cổng SCR
cĩ độ dốc kém vì cần cĩ tụ lọc C22 ở ngõ ra chỉnh lưu.
Dùng Optron và nguồn một chiều phụ cĩ sơ đồnguyên lý như hình 2.46.c. Khi LED của Optron cĩ dịng, nĩ chiếu sáng làm Photo Transistor dẫn điện. Q1 cĩ dịng cực B đủ lớn, trở
nên bão hịa, nối điện trở 1k xuống 0 volt. Q2 bão hịa nối nguồn 9V qua điện trở 33 kích SCR.
9.3.4.Kích TRIAC bằng optron Triac họMOC
Cĩ thể điều khiển TRIAC cơng suất bé (dịng định mức vài chục A) bằng các optron họ
MOC của hãng Motorola. Ngõ ra Optron là Phototriac cĩ áp khố đến 400 Volt, dịng vài chục mA cho phép kích TRIAC trực tiếp ởđiện 220 VAC
7Uѭӡ QJ& DRÿҷ QJQJ KӅĈ ҳN/ҳ N
Hình 2.47.a Mạch nguyên lý kích TRIAC dịng OPTRON và các thơng số
Hình 2.48.b Đặc tính OPTRON TRIAC họ MOC