Bài giảng điện tử công suất

Bộ biến đổi: Điện tử công suất ĐTCS, tên tiếng anh là Power Electronics Điện tử công suất lớn, còn được gọi “Kỹ thuật biến đổi điện năng“, là một bộ phận của điện tử công nghiệp, có đối

Chương 1: MỞ ĐẦU

I.1 KHÁI NIỆM CHUNG:

1 Bộ biến đổi:

Điện tử công suất (ĐTCS), tên tiếng

anh là Power Electronics (Điện tử công suất

lớn), còn được gọi “Kỹ thuật biến đổi điện

năng“, là một bộ phận của điện tử công

nghiệp, có đối tượng là các mạch biến đổi

các dạng của năng lượng điện để cung cấp

cho các tải công nghiệp như sơ đồ khối hình

I.1.1, trong đó:

- Nguồn ở đây có các dạng quen thuộc

như xoay chiều (lưới điện một pha, ba pha)

hay một chiều (ắc qui), có thông số không

đổi

MẠCH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

ĐIỀU KHIỂN

BỘ BIẾN ĐỔI

Hình I.1.1 : Sơ đồ khối thiết bị ĐTCS

- Mạch ĐTCS, còn gọi là mạch động lực, sẽ biến đổi điện nguồn thành dạng có thông số (điện áp, tần số) sao cho thích hợp với tải công nghiệp hay để kiểm soát dòng năng lượng cung cấp cho chúng Nhờ đó ta có thể nâng cao chất lượng hay điều khiển hoạt động của tải công nghiệp này Mạch ĐTCS và khối điều khiển nó tạo nên Bộ Biến Đổi (BBĐ - converter) Trong thực tế, để khảo sát mạch điện tử công suất, ta chỉ cần biết quy luật điều khiển các linh kiện điện tử tác động tạo nên mạch này Với một mạch động lực có thể có nhiều sơ đồ điều khiển để tạo ra những đặc tính ngỏ ra khác nhau

Tải của các BBĐ có nhiều loại, có thể là động cơ điện (một chiều hay xoay chiều); các thiết bị điện nhiệt như đèn có tim, lò điện trở, hay các cuộn dây của lò cảm ứng; thiết bị điện hóa như thiết bị điện phân, xi mạ … Tất cả đều có thể quy đổi về các phần tử cơ bản của mạch điện như R, RL, RLE, RC…

Có các loại BBĐ sau:

- BBĐ AC – DC ( xoay chiều – một chiều ) : là các bộ chỉnh lưu, cung cấp áp một chiều từ nguồn xoay chiều

- BBĐ AC – AC ( xoay chiều – xoay chiều ) : bao gồm các bộ biến đổi điện áp xoay chiều và biến đổi tần số ( biến tần )

- BBĐ DC – DC ( một chiều – một chiều ) : mạch biến đổi điện áp một chiều

- BBĐ DC – AC ( một chiều – xoay chiều ) : mạch nghịch lưu

2 Ngắt Điện Điện Tử (NĐĐT) hay Bán Dẫn (NĐBD):

Vì là BBĐ năng lượng điện, ngoài yêu cầu về đặc tính của ngỏ ra, hiệu suất là yếu tố quan trọng Vì vậy mạch ĐTCS giới hạn ở các sơ đồ sử dụng linh kiện điện tử tác động làm việc

ở chế độ đóng ngắt, tương ứng hai trạng thái:

ON : đóng mạch (ví dụ transistor ở chế độ bảo hòa), dòng qua mạch cực đại, sụt áp trên linh kiện công suất bé nhất

OFF : ngắt mạch (ví dụ transistor ở chế độ khóa), dòng qua mạch bằng không khi áp trên

linh kiện công suất lớn

Kết quả của chế độ hoạt động này là tổn hao năng lượng trên linh kiện điện tử công suất là rất bé dẫn đến hiệu suất của mạch ĐTCS luôn rất cao : lớn hơn 90 %, khác hẳn ở các mạch điện tử dùng trong xử lý tín hiệu hay thông tin

Để việc khảo sát các mạch ĐTCS có giá trị tổng quát, người ta quy các linh kiện điện tử được sử dụng trong ĐTCS về ba dạng linh kiện lý tưởng gọi là Ngắt Điện Điện Tử hay Ngắt Điện Bán Dẫn (NĐBD - vì các linh kiện này chủ yếu làm bằng bán dẫn) Đó là : diod, SCR và ngắt điện bán dẫn một chiều (NĐBD1C), có các đặc tính như hình I.1.2 Các đặc tính này rất lý tưởng: sụt áp khi dẫn điện bằng không, hở mạch khi khóa Ngắt diện bán dẫn không tiêu thụ năng lượng điện làm cho hiệu suất của BBĐ bằng 1 nếu ta không có thêm phần tử thụ động trong mạch Sự lý tưởng hóa này giúp cho việc khảo sát mạch ĐTCS trở nên đơn giản, dể dàng Trong

đa số trường hợp nó không ảnh hưởng đến kết quả tính toán

NĐBD còn được gọi là ngắt điện công suất (power SWitch), các khóa hay van

Hình I.1.2: Các loại ngắt điện bán dẫn

- DIODE (chỉnh lưu): Phần tử dẫn điện một chiều có hai trạng thái:

ON : khi phân cực thuận: VAK > 0, có thể xem sụt áp thuận VF = 0, dòng qua mạch phụ thuộc nguồn và các phần tử thụ động khác

OFF : khi phân cực ngược: VAK < 0, có thể xem như hở mạch

- Ngắt điện bán dẫn một chiều (NĐBD1C), gọi tắt là ngắt điện hay TRANSISTOR có hoạt động như sau:

OFF : Ngắt mạch khi không có tín hiệu điều khiển : G = 0 Cũng như các transistor, NĐBD1C không cho phép phân cực ngược (VS luôn luôn > 0)

ON : NĐBD1C trở nên dẫn điện (đóng mạch) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và trở về trạng thái ngắt mạch khi mất tín hiệu G

NĐBD1C có hai loại chính : BJT tương ứng tín hiệu G là dòng cực B, và MOSFET công suất với G là áp VGS

- SCR (Silicon Controlled Rectifier – Chỉnh lưu có điều khiển): Đây là linh kiện thường gặp trong mạch ĐTCS, cũng có hai trạng thái:

OFF : Có thể ngắt mạch cả hai chiều (VAK > 0 và VAK < 0) khi không có tín hiệu điều khiển : G = 0

ON : SCR trở nên dẫn điện (đóng mạch) khi có tín hiệu điều khiển: G ≠ 0 và phân cực thuận VAK > 0 Điểm đặt biệt là SCR có khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện: nó không cần tín hiệu điều khiển G khi đã ON, SCR chỉ trở về trạng thái ngắt khi dòng qua nó giảm về 0

G

Để ý các NĐBD trên chỉ làm việc với một chiều của dòng điện, trong khi các linh kiện điện tử công suất thực tế có thể dẫn điện cả hai chiều, lúc đó nó sẽ được biểu diễn bằng tổ hợp các NĐBD trên

Vì các ngắt điện chỉ có hai trạng thái, luật điều khiển chúng có thể biểu diễn bằng một hàm logic, chỉ có hai trạng thái ON – OFF hay Low – High

GHi NHỚ - NĐBD: chỉ có hai trạng thái: ON (đóng) và OFF (ngắt) phụ thuộc vào tín

hiệu điều khiển và tình trạng mạch điện lúc đó

- NĐBD: là các linh kiện điện tử công suất lý tưởng, cần lưu ý hiệu chỉnh số liệu tính toán khi áp dụng vào thực tế

3 Sơ lược về sự phát triển của ĐTCS:

Các bộ chỉnh lưu tĩnh (không phải là máy điện) đã xuất hiện từ khi có lưới điện xoay chiều để làm nguồn cho tải một chiều Khi đó, người ta sử dụng các chỉnh lưu dùng oxit kim loại hay selen ở áp thấp và các đèn chân không hay hơi kim loại ở áp cao Sau đó, với sự xuất hiện của đèn chứa khí (thyratron), các khảo sát về chỉnh lưu và chỉnh lưu điều khiển pha đã hoàn chỉnh Tuy nhiên với sự xuất hiện của diod bán dẫn dùng silic và SCR thì ứng dụng điện tử công suất mới bùng nổ cùng với sự phát triển của công nghiệp điện tử Việc sử dụng các bộ chỉnh lưu SCR để điều khiển tốc độ động cơ một chiều cùng với các bộ điều khiển đo lường dùng transistor hay vi mạch đã làm cơ sở cho việc tự động hóa các máy móc công nghiệp trong những năm 60 –

70 Sau đó sự phát triển của transistor (BJT và MosFET, IGBT) cùng với vi mạch có độ tích hợp cao cho ta khuôn mặt của điện tử công suất ngày nay với việc sử dụng rộng rãi bộ biến tần điều khiển động cơ xoay chiều trong công nghiệp và các bộ cấp điện một chiều theo nguyên lý đóng ngắt trong hầu hết các thiết bị điện tử

I.3 KHẢO SÁT MẠCH ĐTCS:

Đầu vào khảo sát : Mạch ĐTCS + tín hiệu điều khiển các NĐBD + đặc tính phụ tải Cùng

sơ đồ mạch động lực, hoạt động của mạch sẽ thay đổi với tín hiệu điều khiển hay tải khác nhau

Đầu ra: Hoạt động của mạch theo thời gian: bao gồm trạng thái của các NĐBD, dạng áp,

dòng trên các phần tử trong mạch (NĐBD, các phần tử thụ động, tải) Từ các hàm số theo thời gian này, ta có thể suy ra các đặc trưng áp, dòng, năng lượng qua các phần tử và đánh giá được chất lượng hoạt động của mạch

1 Các đặc trưng áp, dòng: Bao gồm:

Vì các linh kiện tác động của mạch ĐTCS chỉ làm việc trong chế độ đóng ngắt, điện áp, dòng điện qua các phần tử không có dạng chuẩn (một chiều phẳng hay hình sin) mà là những dạng xung có chu kỳ, cần có những đặc trưng thích hợp Gồm có:

- Giá trị cực đại: U MAX , I MAX : Là giá trị tức thời lớn nhất, dùng để tính chọn định mức một số phần tử thụ động ( ví dụ áp trên tụ điện ), hay phần tử tác động ( áp phân cực ngược chỉnh lưu ) hay bảo vệ ( dòng cực đại )

- Giá trị trung bình U O , I O: Là số đo căn bản của điện áp (dòng điện) một chiều Nó cho biết tác dụng trung bình của điện áp (dòng điện) trên tải khi quan hệ này là bậc 1, ví dụ điện

lượng là hàm bậc 1 của dòng điện: q = i.t, sẽ tỉ lệ với dòng trung bình qua mạch I O, momen

động cơ một chiều M O sẽ tỉ lệ với dòng trung bình qua phần ứng I O…

- Giá trị hiệu dụng U R , I R: Là số đo liên quan đến tác dụng trung bình của điện áp (dòng điện) trên tải khi quan hệ là bậc 2 Tác dụng Joule (phát nhiệt) của dòng điện trên điện trở là ví

dụ cơ bản của quan hệ bậc 2 Giá trị hiệu dụng cũng được nhắc đến khi đặc trưng tổng thể một tín hiệu xoay chiều

Các biểu thức cho dòng điện trung bình và hiệu dụng:

[ ]( )

1

)

(

T R

T I

dt t i T

Các biểu thức cho điện áp U O , U R cũng có dạng tương tự

Các biểu thức cho điện áp VO, VR cũng có dạng tương tự

Ví dụ I.3.1: Tính thời gian t để nạp được điện lượng

Q = 6 Ah (ampe giờ) cho một accu từ dòng điện dạng xung hình

vd.I.2.1

Giải: 6 Ah = 6 * 3600 = 21600 coulomb ( ampe.giây ) V ì

dòng điện i = 1 A trong thời gian có dòng ton = 6 sec và bằng 0

trong thời gian còn lại của chu kỳ T = 10 sec, biểu thức cho điện

lượng Q T nạp trong một chu kỳ T là :

t ( sec ) 10

0 T T T

Q= ⋅ O ⋅ = O⋅ Điện lượng Q bằng tích dòng trung bình Io và thời gian nạp t Tính bằng số:

I = ∫ i dt⋅ = ∫ ⋅dt= A và t = Q / Io = 36000 sec hay 10 giờ

Theo ví dụ trên, vì điện lượng có quan hệ bậc nhất với dòng điện nên tác dụng của dòng điện một chiều i(t) có dạng xung hình vd.I.2.1 có thể được tính toán nhanh hơn khi sử dụng giá trị trung bình Io của nó

Ví dụ I.3.2: Tính công suất trung bình trên tải điện trở R có dòng điện có dạng hình vd.I.2.1 chảy qua

Giải: Biểu thức tính công suất trung bình cho một chu kỳ :

2

P = ⋅ khi để ý đến công thức <I.3.1> để tính R I dòng hiệu dụng I R

Vậy khi dòng thay đổi có chu kỳ, công suất trung bình trên tải R tỉ lệ với giá trị điện trở R và bình phương giá trị hiệu dụng dòng điện , không phụ thuộc dạng dòng Ta cũng có thể chứng minh dễ dàng là công suất trung bình trên tải R bằng bình phương hiệu dụng điện áp chia cho giá trị điện trở, giống như các quan hệ quen thuộc của điện một chiều hay xoay chiều hình sin

GHi NHỚ - Trị trung bình là số đo đặc trưng của điện một chiều trong khi trị hiệu dụng

là số đo đặc trưng của điện xoay chiều

- Tuy nhiên, công suất tiêu thụ của điện trở lại tỉ lệ với bình phương trị hiệu dụng dòng, áp qua nó, không phụ thuộc dạng

- Đối với tín hiệu một chiều phẳng, trị trung bình bằng trị hiệu dụng

2 Sóng hài bậc cao và hệ số hình dáng:

Dạng dòng, áp ra cũng là thông số rất quan trọng Các tải công nghiệp được thiết kế với nguồn là một chiều phẳng hay hình sin trong khi các dạng áp, dòng cung cấp từ mạch điện tử công suất là những dạng xung có chu kỳ Các dạng áp dòng này đặc trưng một cách đầy đủ bằng các thành phần Fourier

a Định nghiã các phành phần Fourier:

Một cách tổng quát, dòng áp của mạch ĐTCS là một dạng sóng có chu kỳ, có thể được biển diễn chính xác bằng khai triển Fourier

Hình I.3.1 Phân tích các thành phần Fourier (sóng hài) của tín hiện răng cưa (o) Các sóng hài bậc

1 (cơ bản) (a), bậc 2 (b), bậc 3 (c) và tổng của chúng (d) = (a)+(b)+c) Nhận xét: nếu chỉ sử dụng 3 thành phần đầu tiên của khai triển Fourier, sai số giữa (d) và (o) còn khá lớn trong trường hợp này

Các thành phần Fourier của một tín hiệu u(t) có chu kỳ T bao gồm thành phần một chiều

Uo là giá trị trung bình và các sóng hài un(t) – là những hình sin có tần số là bội số của tín hiệu

gốc như phân tích sau:

n

n n

trong đó : U 0 : trị số trung bình ( thành phần một chiều ) của u(t)

ω : tần số góc của u(t) gọi là tần số cơ bản, có chu kỳ T=ω/2π

u n : sóng hài bậc n – có tần số nω

A n , B n : các thành phần sin, cos của sóng hài bậc n

U n , ϕn : biên độ và lệch pha của sóng hài bậc n

U R : Trị hiệu dụng của u(t)

b Thành phần hữu dụng và đặc trưng dòng, áp:

Tải công nghiệp thường chỉ sử dụng một trong các thành phần Fourier của áp, dòng qua nó, gọi là thành phần hữu dụng:

- Thành phần hữu dụng đối với tải một chiều là thành phần một chiều hay trung bình, ký

hiệu là U O hay I O Đôi khi ta dùng chỉ số tb hay ave ở các ký hiệu

- Thành phần hữu dụng đối với tải xoay chiều là sóng hài bậc 1 của phân tích Fourier hay

thành phần cơ bản Đó chính là thành phần hình sin có tần số là tần số hoạt động của BBĐ

Các thành phần còn lại là không mong muốn

Độ sai lệch dạng sóng ngỏ ra so với dạng sóng mong muốn có thể được đánh giá qua hệ

số hình dạng (form factor) KF, là tỉ số giữa giá trị hữu dụng và giá trị hiệu dụng

Người ta thường tính hệ số hình dáng cho ngỏ ra BBĐ có ngỏ ra xoay chiều:

U

U 1R : trị số hiệu dụng sóng hài bậc 1 (cơ bản) áp ra

U R : trị số hiệu dụng áp ra

Hệ số méo dạng (biến dạng) toàn phần (THD - Total harmonic distortion): là tỉ số giữa thành phần không mong muốn và mong muốn, đối với BBĐ có ngỏ ra xoay chiều:

R

U

U R : trị số hiệu dụng áp ra

Và hệ số méo dạng toàn phần = R2− o2

- Công suất tác dụng P o: biểu thị năng lượng sử dụng trong một đơn vị thời gian

- Công suất biểu kiến S: tính bằng tích số giá trị hiệu dụng dòng và áp, biểu thị công suất

tác dụng của tải thuần trở có cùng dòng hiệu dụng

- Hệ số công suất HSCS hay cos ϕ : cho biết hiệu quả sử dụng năng lượng của nguồn Khi

tải là thuần trở sẽ có HSCS bằng 1

Có nhiều biểu thức tính công suất trong mạch ĐTCS, phụ thuộc vào mục đích sử dụïng:

1

1 2 1

1( ) ( ) ( ) ( )

cos

cos

ϕϕ

p: Công suất tức thời

P 1 :Khi quan tâm đến thành phần cơ bản của

ngỏ ra (hình sin tần số ω), có điện áp và dòng

điện biên độ U 1 , I 1 , góc lệch ϕ1

P DC: công suất một chiều (tải điệân một chiều)

với U 0 , I 0 là các trị số áp, dòng trung bình

Đôi khi P o còn được gọi là công suất (trung bình) toàn phần vì nó bao gồm thành phần

một chiều P DC và sóng hài bậc cao 1

2 1

Trong thực tế tính toán ta hay sử dụng các kết quả sau:

Hệ luận 1: khi dòng điện chỉ có thàmh phần một chiều I o thì P o = P DC = U o I o do các sóng hài dòng điện I n bằng 0 Vì thế trong khảo sát mạch điện tử công suất giả thiết “dòng tải

phẳng – liên tục”thường được sử dụng để các tính toán trở nên đơn giản

Ở các BBĐ ngỏ ra áp một chiều, U o , I o , P DC là các thành phần mong muốn, sóng hài bậc

cao (các thành phần hình sin) là không mong muốn, chỉ tạo ra các tác dụng phụ

Hệ luận 2: Khi áp nguồn hình sin hiệu dụng U, dòng không sin thành phần cơ bản i 1 có giá trị hiệu dụng là I 1R thì hệ số công suất của mạch:

(xem bài tập số 6 cuối chương)

Từ kết quả này, ta suy ra chỉ có trường hợp

dòng hình sin đồng pha với áp nguồn hình sin là

có HSCS bằng 1

4 Phương pháp nghiên cứu mạch:

Hình I.3.2: Trường hợp nguồn hình sin, dòng là xung vuông HSCS không thể bằng 1

u

D2

io o u

D1

R

L

Mạch chỉnh lưu bán sóng

có diod phóng điện D2, u là

nguồn xoay chiều

io

L

o u

Khi D2 dẫn điện, D1 không dẫn: u<0 và dòng i O > 0

Hình vdI.3.3: Các sơ đồ mạch tuyến tính tương ứng sơ đồ chỉnh lưu một diod có diod phóng điện Mạch điện tử công suất khác với các mạch điện tử khác là nó có rất nhiều ngắt điện Khi trạng thái các ngắt điện thay đổi, mạch điện cũng thay đổi theo Vì vậy để giải mạch ĐTCSù, cần phải tìm ra trạng thái của các ngắt điện, suy ra sơ đồ mạch

Ví dụ I.3.3: Mạch chỉnh lưu một diod (bán sóng) có diod phóng điện hình (a) có thể là các mạch hình (b), (c), (c) tùy thuộc vào diod nào dẫn dòng điện tải i O

Có thể nói là mạch điện tử công suất = tổ hợp nhiều mạch tuyến tính thay đổi theo trạng

thái của các ngắt điện

a Giải trực tiếp QTQĐ mạch ĐTCS bằng PT vi phân hay biến đổi Laplace:

Với điều kiện đầu được biết ở thời gian t = 0, ta giải mạch điện theo t khi lưu ý trạng thái

của các ngắt điện Kết quả thu được các phương trình mô tả dòng , áp các phần tử mạch theo t

Ví du I.3.4: Khảo sát mạch chỉnh lưu 1 diod tải RL có D phóng điện của ví dụ 1 Áp nguồn

sin

u= 2U wt , điều kiện đầu t = 0, i O = 0

Giả sử ta đóng nguồn ở t = 0 : u > 0, D1 dẫn điện, mạch điện tương đương hình (b): phương trình vi phân mô tả mạch điện là:

-Hình vdI.3.4: Quá trình quá độ của sơ đồ chỉnh lưu một diod có diod phóng điện.

Khi ωt = π, dòng =i o Io 0 phóng qua diod phóng điện D2 Thực vậy, nếu D1 tiếp tực dẫn điện sẽ >

làm D2 cũng dẫn điện: vô lý D2 dẫn điện làm D1 phân cực ngược và mạch điện trở thành (c):

Chu kỳ kế tiếp điễn ra tương tự với dòng ban đầu qua tải I 1 > 0 Sau một thời gian quá độ

hệ thống đạt trạng thái tựa xác lập: dạng dòng áp trong mạch lập lại theo chu kỳ

Nhận xét: Phương pháp này cho ta cái nhìn chính xác hoạt động của mạch nhưng không thể cho ta phương trình dòng áp qua các phần tử ở chế độ tựa xác lập

b Giải chu kỳ tựa xác lập mạch ĐTCS bằng PT vi phân hay biến đổi Laplace:

Đặc tính mạch điện ở chế độ tựa xác lập có thể được tính khi ta khảo sát hoạt động trong một chu kỳ với giả sử các giá trị ban đầu của biến trạng thái của mạch được biết Kết quả cho ta một hệ phương trình để tính các giá trị ban đầu này khi cho giá trị đầu bằng giá trị cuối

Ví dụ I.3.5: Giải tiếp tục ví dụI 2 ở chế độ tựa xác lập

Giả sử ta đóng nguồn ở t = 0 : D1 dẫn điện, phương trình vi phân mô tả mạch điện là:

Nhận xét: Phương pháp này cho phép ta tính đặc tính mạch trong chế độ xác lập, nhưng việc rút ra các đặc trưng dòng, áp của mạch rất khó khăn, đòi hỏi tích phân những hàm có hàm lượng giác và hàm mũ

c Khảo sát dòng áp trên tải bằng nguyên lý xếp chồng:

Nguyên lý xếp chồng dựa trên đặc tính của hệ tuyến tính, được phát biểu như sau: Tác dụng của một tín hiệu có chu kỳ trên hệ thống tuyến tính có thể được xác định bằng tổng các tác dụng trên hệ này của các thành phần Fourier hợp thành tín hiệu đó

Vậy nguyên lý xếp chồng cho thấy ý nghiã của các thành phần Fourier và cho ta một phương pháp khảo sát các mạch điện tử công suất ở chế độ xác lập, ví dụ dòng tải có thể tính như sau:

- Giá trị trung bình dòng qua tải có thể xác định bằng cách đặt lên tải một điện áp một chiều bằng giá trị trung bình áp trên tải

- Mỗi một sóng hài bậc cao của điện áp nguồn sẽ tạo ra thành phần dòng điện hình sin tương ứng

Và dòng điện thực sự chạy qua mạch sẽ là tổng của các thành phần này Trong thực tế, ta không thể tính hết tác dụng của tất cả thành phần Fourier và độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào khối lượng tính toán Thông thường người ta chỉ xét tác dụng của những thành phần có ảnh hưởng lớn mà thôi

C R2 R1

u

Hình vdI.3.6: Mạch RC cung cấp bằng xung vuông

Ví dụ I.3.6: Tính dòng và áp trung bình qua điện trở R2 của mạch điện hình Vd2 áp nguồn

u có dạng trên hình VdI.3.6.a, U = 200 Volt, R1 =R2 =100 ohm

Tù mạch tương đương hình VdI.3.6.b, tính được trị trung bình dòng ra

I O = (200/3)/200 = 1/3 A và trị trung bình áp trên mỗi điện trở tải U Co = Uo/ 2 = 33.3 V

Hình VdI.3.6.a: dạng áp nguồn tính bằng số

Hình VdI.3.6.b: Mạch tương đương với thành phần một chiều

e Khảo sát mô hình toán mạch ĐTCS bằng máy tính (dùng chương trình mô phỏng) hay khảo sát mô hình thực tế trong phòng thí nghiệm:

Thuật toán tổng quát để khảo sát mạch ĐTCS bằng máy tính:

Bước mở đầu: Xác định dòng áp qua các phần tử ở thời gian t = 0+

Bước 1: Dựa vào tín hiệu điều khiển và dòng, áp qua các ngắt điện,

tìm ra các ngắt điện ON (nối mạch)

Bước 2: Thành lập phương trình mô tả mạch

Bước 3: Giải phương trình mô tả mạch để tìm ra dòng áp qua các

phần tử ở t = t + Δt

Bước 4: Khai thác các số liệu tìm được, tăng thời gian hiện tại t Å t + Δt

Bước 5: Kiểm tra điều kiện kết thúc khảo sát:

nếu thỏa thì qua bước 6, nếu không trở về bước 1

Bước 5: Dừng chương trình

Nhận xét: Việc khảo sát bằng máy tính ứng dụng phương pháp số để giải phương trình vi phân cho ta dòng áp qua các phần tử theo từng sai phân thời gian Δ t, chính là thực hiện giải mạch theo dòng thời gian (mục a.) một cách tự động

I.4 TÍNH CHỌN NGẮT ĐIỆN ĐIỆN TỬ:

Trong BBĐ, các ngắt điện có vai trò quan trọng và chiếm tỷ trọng lớn trong giá thành Vì vậy việc chọn đúng linh kiện rất cần thiết để tránh hư hỏng nhưng không làm tăng cao giá thành

Các thông sốá của ngắt điện: chủng loại, định mức áp, định mức dòng (công suất) và cách lắp đặt

1 Chủng loại linh kiện bán dẫn công suất: gắn liền với 2 yếu tố: công dụng linh kiện và

tần số đóng ngắt Loại linh kiện phải thích hợp với mục đích sử dụng và tần số làm việc của sơ đồ

Ví dụ MosFET và BJT công suất đều là ngắt điện bán dẫn một chiều, MosFET công suất làm việc ở tần số cao hơn nhưng ngươì ta chỉ chế tạo đến khỏang 100 A, ở dòng điện cao hơn phải dùng BJT hay IGBT

Tóm tắt một số loại linh kiện bán dẫn thông dụng

1 Diod 1N4007

FR207 1N4148

Chỉnh lưu (Rectifier) Phục hồi nhanh Tín hiệu (máy tính)

Dòng lớn, tần số công nghiệp Dòng lớn, tần số cao

Dòng bé (mA), tần cố cao

Tần số cao

tần số công nghiệp tần số cao (thời gian tắt bé)

2 Tính chọn định mức áp linh kiện:

Tất cả linh kiện điện tử đều chỉ có thể chịu được một điện áp khoá giới hạn (phân cực ngược hay thuận), khi vượt qua sẽ xảy ra hiện tượng gãy các mối nối làm hư hỏng tức thì

3 Tính chọn định mức dòng và công suất linh kiện:

a Sự phát nóng và tính chọn công suất: Như các linh kiện công suất khác, khi làm việc linh kiện công suất tiêu tán năng lượng và phát nóng, sẽ hư hỏng khi nhiệt độ lớn hơn giá trị cho phép Mục đích của tính toán nhiệt là kiểm tra nhiệt độ mối nối θJ của miếng tinh thể bán dẫn

phải bé hơn giá trị cho phép θJmax , có trị số từ 125 200 O C

Việc giải bài toán nhiêt này bao gồm :

- Tính công suất tiêu tán trung bình trên linh kiện trong chu kỳ T:

T

Δ =∫ ( ) ( ) ; trong đoÙ u(t), i(t) là giá trị tức thời dòng, áp qua kênh dẫn điện Có thể tra cứu ΔP trong tài liệu của nhà sản xuất, theo hai thông số: trị số trung bình và dạng của dòng điện hay có thể tích phân trực tiếp từ quan hệ dòng áp

- Tính toán truyền nhiệt từ tinh thể bán dẫn(mối nối) ra môi trưòng xung quanh:

mối nối Ỉ vỏ Ỉ tản nhiệt Ỉ môi trường

Bài toán này có thể được đơn giản hóa khi cho rằng trong chêù độ xác lập, chênh lệch nhiệt độ trên đường truyền θ1 , θ2 tỉ lệ với công suất tiêu tán ΔP và thông số đặc trưng của môi trường

truyền – gọi là điện trở nhiệt R12:

12 2

1−θ =ΔP⋅R

Áp dụng vào tính toán tản nhiệt cho bán dẫn công suất:

)RR

R(

A

với các điện trở nhiệt:

+ R JC : thể hiện khả năng tản nhiệt của linh kiện,

cung cấp bởi nhà sản xuất, được cung cấp trực tiếp hay

thông qua công suất định mứcΔP (ký hiệu P diss trong các

tài liệu tiếng Anh), xác định bằng nhiệt độ mối nối cho

phép θJmax và nhiệt độ vỏ bằng giá trị môi trường qui định

θA = 25 O C

max( 25o )

diss JC J

Điều này cũng có nghiã là rất khó sử dụng được

P diss này

+ R CH : điện trở nhiệt khi truyền từ vỏ của linh kiện

qua tản nhiệt, giảm khi áp lực tiếp xúc, độ nhẵn bề mặt

tăng Người ta còn có lớp đệm bằng cao su đặc biệt vừa

làm cách điện và tăng tiếp xúc, hay dùng keo (paste)

silicon làm kín các khe hở giữa hai bề mặt khi sử dụng

mica làm tấm đệm

Hình I.4.1 Cách lắp linh kiện công suất vào tản nhiệt

+ R HA : điện trở nhiệt khi truyền từ tản nhiệt ra môi trường xung quanh, là bộ phận chủ yếu cho tản nhiệt hệ thống, tỉ lệ nghịch với diện tích tản nhiệt Có thể giảm R HA khi làm đen bề mặt (tăng khả năng bức xạ nhiệt), hay dùng quạt để tản nhiệt cưỡng bức Ở các hệ thống công suất rất lớn, có thể làm mát bằng cách bôm nước qua tản nhiệt để giảm kích thước bộ tản nhiệt, tránh choán chỗ

Để ý là khi không sử dụng tản nhiệt, điện trở nhiệt từ vỏ linh kiện công suất ra môi trường rất lớn (vì diện tích tiếp xúc với không khí của linh kiện rất bé) dẫn đến khả năng tiêu tán công suất lúc này rất bé so với giá trị định mức

b Tính chọn định mức dòng và quan hệ công suất tiêu tán: Cũng như điện áp, đòng qua linh kiện trong trạng thái dẫn cũng bị giới hạn Linh kiện bán dẫn có hai giá trị giới hạn dòng không thể vượt qua: Dòng cực đại( có thể dài hạn hay ngắn hạn với thời gian và chu kỳ quy định) và dòng định mức

- Dòng định mức liên quan chặc chẻ đến điều kiện tản nhiệt, thường được sử dụng thay cho tính toán nhiệt vì nó đơn giản và sau đó bài toán nhiệt độ linh kiện được kiểm tra thực tế hay qua tính toán Có thể có hai giá trị:

Dòng làm việc trung bình IO nhỏ hơn giá trị trung bình định mức IAVE hay

Dòng làm việc hiệu dụng IR nhỏ hơn giá trị hiệu dụng định mức IRMS

Cũng giống như định mức áp, định mức dòng cũng được chọn với hệ số an toàn dòng, thường chọn từ 1.2 đến 2 lần Việc tính chọn theo hiệu dụng thường cho kết quả phù hợp hơn vì dạng dòng mạch điện tử công suất thường là dạng xung Với các chỉnh lưu (Diod hay SCR), quan hệ giữa hai giá trị này cho các linh kiện chỉnh lưu bằng:

Hình I.4.2: Dòng trung bình cho phép theo nhiệt độ vỏ linh kiện

Quan sát: Hai đồ thị trên cho thấy:

- nhiệt độ vỏ linh kiện < 75o C sẽ không làm giảm khả năng tải của linh kiện

- Cùng nhiệt độ vỏ, dòng trung bình cho phép qua mạch bị giảm theo độ rộng xung Điều này cho thấy chọn theo dòng trung bình không chính xác

Bài tập: Từ đồ thị tải xung vuông, tính xem dòng hiệu dụng qua mạch cho phép của tải sẽ tăng hay giảm theo độ rộng xung, khi giữ nhiệt độ vỏ trong khoảng 60 - 70 o C

CHÚ Ý - Tản nhiệt luôn cần thiết khi sử dụng linh kiện công suất

- Nên tản nhiệt để có nhiệt độ vỏ linh kiện ở 60 – 70 O C Khi điều kiện này bị

vi phạm, nên thay đổi điều kiện tản nhiệt hơn là tăng định mức linh kiện

4 Cách lắp đặt (vỏ – case), chế độ tản nhiệt (SCR), chế độ cách điện với vỏ

5 Phân loại theo chất lượng:

Loại hàng không, quân sự (Millitary) là có chất lượng cao nhất do được kiểm tra, thử nghiệm chặc chẻ Kế đó là loại công nghiệp (Industrial) và cuối cùng là loại thương mại (Commercial) được bán lẻ trên thị trường Nhiệt độ môi trường làm việc cho phép cũng thu hẹp dần theo thứ tự

I.5 BẢO VỆ BỘ BIẾN ĐỔI VÀ NGẮT ĐIỆN BÁN DẪN:

1.Bảo vệ dòng:

+ Bảo vệ dòng cực đại ( ngắn mạch ): Bảo vệ dòng cực đại làm việc ngay khi có hiện tượng dòng điện vượt quá giá trị qui định, thường là rất lớn so với giá trị định mức Bảo vệ dòng cực đại còn gọi là bảo vệ ngắn mạch, xuất hiện ở ngỏ ra hay bên trong bộ biến đổi, là nguyên nhân gây ra quá dòng điện rất lớn cần loại bỏ ngay, tránh hư hỏng ngắt điện bán dẫn và đảm bảo hoạt động bình thường của nguồn điện

- Cầu chì tác động nhanh được sử dụng để bảo vệ quá dòng cho linh kiện bán dẫn, có thể đặt ở đầu vào bộ biến đổi hay nối tiếp linh kiện được bảo vệ Thông số đặc trưng của cầu chì là dòng, áp định mức và tích phân dòng ngắn mạch để cầu chì chảy ∫T

2

dt

i Tích phân này cần phải bé hơn tích phân tương tự để ngắt điện bán dẫn bị hư hỏng khi quá dòng (ngắn mạch), lấy ở sổ tra cứu từ nhà sản xuất Đối với chỉnh lưu, thời gian tích phân T thường là nửa chu kỳ lưới Loại cầu chì thông thường không thể bảo vệ linh kiện điện tử công suất, nó chỉ có khả năng ngắt mạch khi có sự cố dòng tăng cao vì tác động chậm

- CB ( ngắt mạch tự động – áptomat ) thường gặp ở ngỏ vào các bộ biến đổi làm các nhiệm vụ: đóng ngắt, bảo vệ quá tải và ngắt mạch bị sự cố ra khỏi lưới điện CB không có khả năng bảo vệ các phần tử bán dẫn công suất khi có ngắn mạch

+ Bảo vệ quá tải ( quá dòng có thời gian ):

Quá tải là trường hợp dòng điện qua mạch lớn hơn giá trị tính toán một lượng không lớn, nếu kéo dài sẽ gây hư hỏng do quá nhiệt ở các phần dẫn điện Như vậy đặc tính quá tải có dạng hyperbol, dòng quá tải càng lớn , thời gian cho phép càng ngắn

Bảo vệ quá tải được thực hiện bằng rơ le chuyên dùng (gọi là rơ le nhiệt), tác động vào thiết bị đóng ngắt tự động (contactor) ở đầu vào CB luôn có tích hợp sẵn rơ le nhiệt Ở các bộ biến đổi, bộ điều khiển thường tích hợp cả bộ phận hạn dòng, tác động tức thời ở 120 % đến 200

% giá trị định mức thiết bị, làm cả nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho ngắt điện bán dẫn

CHÚ Ý - CB hay cầu chì thông thường không bảo vệ được linh kiện công suất khi có

dòng ngắn mạch đi qua

2 Bảo vệ áp:

Với việc chọn định mức áp của linh kiện bán dẫn công suất tối thiểu bằng hai lần áp khóa cực đại, ngắt điện bán dẫn thường không phải bảo vệ quá áp khi làm việc Bảo vệ áp được đặt ra để chống lại các xung áp cảm ứng trên dây dẫn nguồn do sét xảy ra ở vùng lân cận hay do cảm ứng trên hệ thống khi có đóng ngắt

260v

IRF450

T FR105

C 103 10k

R4

(4)

Hình I.5.1: các phần tử có thể bảo vệ xung áp cho BBĐ và linh kiện công suất

Người ta thường dùng ở đầu nguồn: RC nối tiếp mắc song song (1), Varistor là loại điện trở giảm nhanh khi áp lớn hơn trị số ngưỡng (2) và các bộ lọc nguồn(3) gồm mắc lọc LC hình π

Mạch RC song song với các ngắt điện (mạch snubber) có thể bảo vệ linh kiện khỏi các

xung áp trong mạch Trong nhiều trường hợp, người ta thêm diod tác động nhanh vào mạch để tăng tính chọn lọc, tăng hiệu quả của mạch (4)

GHi NHỚ - Người ta chỉ bảo vệ NĐĐT khỏi quá áp xung vì dự trữ áp (hệ số an tòan) đã

chọn là khá lớn để linh kiện không bị hỏng do sử dụng quá áp

I.6 TÓM TẮT CÁC Ý CHÍNH:

Sau khi học chương I, cần nắm vững các nội dung sau:

- Công thức tính toán trị trung bình, hiệu dụng của dòng điện (điện áp) và ý nghiã của nó

- Nguyên lý tính chọn các linh kiện công suất cũng như tản nhiệt

- Nguyên lý bảo vệ quá áp, quá dòng và quá tải các BBĐ cũng như linh kiện công suất

1a Xây dựïng công thức tính hiệu dụng của

dạng sóng tam giác i(t) có chu kỳ T, trị trung

bình Io, biên độ nhấp nhô ΔI và thời gian cạnh

Đặt i = I sin wt là phương trình phần

dòng điện hình sin Tính trị trung bình:

2sin2

2

2cos12

0

22

Suy ra : IRMS / IAVE = π / 2 = 1.57

3 Tính tỉ số giữa trị hiệu dụng và trị trung bình

của dạng sóng hình bên

Hướng dẫn:

[ ] / 6 60

6 / 0

T I T

/ 0

6 / 0

2

T T I T

T

IRMS / IAVE = 6

4. Tính trị trung bình dòng qua cuộn

dây R = 10 ohm; L = 0.1 henry có áp

qua nó có dạng hình bên

Đáp số: 1A; tự cảm L và tần số xung

chỉ ảnh hưởng dạng dòng

5 Dòng ngỏ vào i và

áp nguồn u của bộ

biến đổi (BBĐ) có

dạng hình bên u có

dạng hình sin tần số

góc w biên độ U và i

có dạng xung vuông

đối xứng biên độ I có

cùng tần số và pha

a Hãy tích phân trực tiếp để tính công suất tác dụng của BBĐ tiêu thụ

b Tính trị hiệu dụng dòng nguồn và suy ra hệ số công suất của BBĐ

c Làm lại câu a và b khi dòng i lệch pha góc α với áp nguồn u

6 Vẽ dạng dòng, áp ra và tính trị trung bình

dòng qua mạch nạp accu hình bên, cho biết

( ) 12 2 sin(100 )e t = πt và giả sử diod không

,

7 Tính và vẽ dạng dòng i O qua tải Cho biết quá trình

làm việc của mạch như sau:

- t = 0: khóa K đóng với dòng ban đầu qua tải i O = 0

- Sau khi K đóng đủ lâu để dòng qua tải i O xem như đạt

R v

v

L D

Áp nguồn một chiều e = E

8 Tính và vẽ dạng dòng qua tải i O , áp trên tụ v C theo

thời gian trong các điều kiện đầu (khi K đóng):

a L và C không tích trữ năng lượng

R v L v

o

v =

+_

C v

R

L C

9 Giải lại bài 8 khi có diod D nối tiếp với

nguồn, R đủ nhỏ để dòng áp có tính dao

L D

10 Giải lại bài 8 khi có diod D song song ngược với

RLC Khảo sát thêm trường hợp c:

c v C (0) = - E; i O (0) = I 1 khi khóa K đóng

R đủ nhỏ để dòng áp có tính dao động e = E

R v L v

o

v =

+ _

C v

R

L

C

D

12 Cho mạch điện hình bên với e là dạng áp

xoay chiều có biên độ V = 230 (V), R = 15 ohm,

L1 = 100mH, L2 = 50 mH, tần số góc w = 100π

1 Tính giá trị hiệu dụng của sóng hài bậc 1 và 3

của áp nguồn e và dòng tải i o khi khóa K mở

2 Với khóa K đóng, tính điện dung C để sóng hài

bậc 3 của dòng dòng tải i o còn bằng ¼ trường hợp

câu 1

3 Dùng một chương trình mô phỏng để quan sát

dòng tải i o trong hai trường hợp

o

i C

e

L2

R

K u

L1

C

12 Mạch tương đương của bộ ổn áp xung dùng vi mạch LM257x (hình 1) được cho trên hình 2 là

một nguồn e(t) có dạng hình 3 với mạch lọc ngỏ ra L = 330 uH, C = 1000 uF, tải R = 5 ohm Nguồn e(t) có tần số f = 52 kHz, biên độ U = 16 V và độ rộng xung tương đối α = 0.4

e(t) U

α

t

hình 1 hình 2 hình 3

Tính biên độ sóng hài bậc 1 của nguồn e(t) và ngỏ ra u o (t) (Có thể tính gần đúng)

13 Câu hỏi ngắn:

a Trong mạch điều khiển, khi ta lọc thông thấp điện áp ngỏ ra để phản hồi về bộ hiệu chỉnh, ta được đặc trưng nào của ngỏ ra? Giá trị trung bình hay hiệu dụng?

b Theo bạn, đặc tính của rơ le bảo vệ quá tải sẽ tính bằng giá trị hiệu dụng hay trung bình?

c Hãy liệt kê những trường hợp sử dụng giá trị trung bình và hiệu dụng của dòng điện

Xxl

bđ

x(t)

(b)

Hình PL0.1: Sơ đồ mạch điện (a) và đồ thị dạng dòng i o (t) theo thời gian (b)

Trong phụ lục này, ta khảo sát quá trình quá độ dòng điện mạch RL khi đóng vào nguồn một chiều, có sơ đồ hình PL0.1.a (Vẽ cho trường hợp tổng quát RLE , tải RL tương đương E = 0)

Tại t = 0, khóa K đóng Phương trình mạch điện là:

o o

L o là sụt áp qua tự cảm Đây là phương trình vi phân tuyến

tính bậc 1 có các hệ số dương và vế hai khác không, có điều kiện ban đầu là dòng điện qua mạch ở t = 0:

i với τ= L / R <PL0.2> A và B là hai hằng số

A xác định theo vế hai, B là giá trị xác định theo điều kiện ban đầu

i o → o → Thế vào <PL0.1>:

R.A = U hay A = U / R Vậy A là dòng điện xác lập i o( )∞

Khi t = 0, ( ) ( )

τ

−

=+

dt

di , B A 0

R

Tóm lại : i o( )t có dạng hàm mũ i t o( )=U R(1−e−t /τ) <PL0.4> Dạng dòng điện được vẽ trên hình PL0.1.b

Tổng quát kết quả trên, phương trình vi phân

tuyến tính bậc 1 có các hệ số dương và vế hai hằng số:

xl

X dt

Dạng x(t) được vẽ trên hình PL0.2

Để ý Xxl là giá trị xác lập của biến x , khi

Xxl

bđ

x(t)

Hình PL0.2

CHÚ Ý: − Trong mạch ĐTCS, ta có thể gặp trường hợp vế hai của phương trình vi phân trên là hàm sin, lời giải có

dạng tương tự nhưng phức tạp hơn

− Nếu mạch có sức phản điện (E ≠ 0) trong hình PL0.1, phương trình <PL0.1> trở thành

o o

di

dt

⋅ + = − <PL0.1*>

các kết quả đã khảo sát vẫn áp dụng được khi thay U bằng U – E, ví dụ như khi dòng điện ban đầu qua

mạch bằng không i o ( 0 )=0:

( ) U E(1 t )

i t = − −e− /τ <PL0.4*>

- Nhận xét là dòng qua tải không thay đổi đột ngột, có thể giải thích theo hai cách:

1 uL = L.diL/dt, sụt áp qua L tỉ lệ với đạo hàm dòng qua nó => sự thay đổi dòng qua L bị hạn chế bổ áp nguồn cấp điện

2 Năng lượng tích trữ trong cuộn dây tỉ lệ với dòng qua nó; 1 2

.2

E= L i suy ra dòng không thể thay dổi tức thời vì năng lượng hệ thống phải có thời gian tích trữ hay tiêu hao

Lý luận này rất thường được dùng trong lý giải mạch điện tử công suất

GHi NHỚ - Dòng qua cuộn dây và điện áp tụ điện trên không thể thay đổi tức thời

=> L : phần tử làm phẳng (lọc thông thấp) dòng điệnø C: phần tử làm phẳng (lọc thông thấp) điện áp

I.6 CÁC TẠP CHÍ VÀ WEBSITE CỦA CÁC TỔ CHỨC KHKT QUỐC TẾ:

Chương 2: LINH KIỆN CÔNG SUẤT

Trong chương 2, ta sẽ khảo sát đặc tính của các linh kiện điện tử công suất thông dụng, bao gồm diod, transistor, SCR và các linh kiện cùng họ Với những linh kiện đã được khảo sát chi tiết trong mạch điện tử, chương này chỉ bổ sung những nội dung liên quan đến hoạt động đóng ngắt là đặc tính được sử dụng trong các bộ biến đổi năng lượng điện

II.1 DIODE:

1 Đặc tính – phân loại:

Diod là linh kiện điện tử quen

thuộc, cấu tạo bằng một mối nối bán dẫn

p-n Diod có khả năng dẫn điện một

chiều – khi được phân cực thuận V AK > 0

Khi bị phân cực ngược, diod có dòng rò

ngược, thường có trị số không đáng kể

và khi V AK có trị số lớn hơn V BR , có hiện

tượng gảy ngược (Reverse Breakdown)

làm hư hỏng linh kiện Trong mạch điện

tử công suất, ta sử dụng diod công suất,

gồm các loại sau:

- Diod dùng vật liệu silic thông

thường, gồm hai loại: diod dùng trong

các sơ đồ làm việc ở tần số lưới điện và

diod phục hồi nhanh làm việc ở tần số

cao, sụt áp thuận V F từ 0.7 đến 1 volt

Hình II.1.1: Ký hiệu

Hình II.1.2: Đặc tính Volt – Ampe của diod

- Diod Schottky được khuếch tán nhiều chất dẫn điện nên có thể làm việc tần số cao, sụt áp thuận thấp (khoảng 0.2 – 0.4V) Nhưng vì thế mà diod Schottky chỉ có thể chịu áp khóa thấp

2 Đặïc tính phục hồi (recovery) của diod:

Đặc tính phục hồi của diod thuộc về một trong hai đặc tính động (dynamic) mô tả quá trình quá độ, chuyển đổi giữa hai trạng thái đóng hay dẫn điện (ON) và ngắt (OFF) của diod Nó mô tả quá trình chuyển từ trạng thái dẫn điện sang trạng thái khóa như trong 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 là thời gian

phục hồi ngược t rr (rr: reverse recovery) tương ứng với việc xả và nạp ngược lại các điện tích

của mối nối p-n Thời gian phục hồi ngược t rr tính từ khi dòng qua diod đảo chiều cho đến khi nó

còn bằng 25% giá trị dòng ngược cực đại I RR (hình II.1.3) Thời gian này khá lớn (vài chục micro sec) ở diod tần số công nghiệp, bé hơn nhiều (nhỏ hơn microsec) ở diod phục hồi nhanh (fast recovery)

- Điện tích phục hồi ngược: Qua khảo sát, đặc tính phục hồi ngược của diod phụ thuộc vào điện tích phục hồi ngược

RR

Q = ∫ i dt của mối p – n diod Điện tích này phụ thuộc vào công

nghệ chế tạo diod và dòng dẫn điện thuận trước đó I F Từ hình II.1.3, ta có quan hệ sau khi cho dòng điện qua diod tăng, giảm tuyến tính:

Công thức này cho phép ta tính dòng điện ngược cực đại I RR theo điện tích phục hồi

ngược Q RR và tốc độ tăng dòng ngược di/dt Q RR được cho trong các sổ tay tra cứu của nhà chế

tạo, di/dt quyết định bởi mạch điện

- Ảnh hưởng của điện tích phục hồi ngược: Sau khi dòng ngược đạt giá trị cực đại, dòng qua diod giam về zero trong thời gian t b Thời gian này chỉ phụ thuộc đặc tính diod, có trị số khá

nhỏ, làm tốc độ giảm dòng ngược di/dt lúc này rất cao, các tự cảm có trong mạch điện có thể

gây ra quá áp Quá trình này có thể mô tả trên hình II.1.4.a khi thay diod bằng điện trở R có trị

số thay đổi sao cho dòng giảm về zero trong thời gian t b theo qui luật đường thẳng:

Hình II.1.3: Ảnh hưởng của đặc tính phục hồi ngược của diod và tác dụng của mạch snubber:

Như được khảo sát trong phần tiếp theo, thyristor cũng gặp vấn đề tương tự

Diod Silicon Carbide:

Từ 2001, người ta đã chế tạo các diod Schottky dùng vật liệu Silicon Carbide với các đặc tính: áp ngược cao hơn diod Schottky truyền thống rất nhiều (1KV), nhiệt độ hoạt động cho phép có thể vượt qua 200o trong khi hầu như không

có quá trình phục hồi ngược (hình II.1.4)

Điều này có thể làm tăng hiệu suất đáng kể

các BBĐ flyback (chương 4) khi làm giảm tổn

hao của quá trình đóng ngắt và tăng được tần

số làm việc của mạch

Gần đây các mosFET dùng công nghệ

SiC đã ra đời với nhiểu đặc tính vượt trội:

chịu áp cao với Ron rất thấp, tần số và nhiệt

độ làm việc cao… cho thấy công nghệ Silicon

Carbide hứa hẹn làm tăng hiệu suất các bộ

biến đổi lên một bậc nữa, như trường hợp

thay đổi từ BJT qua mosFET công suất trước

đây

Hình II.1.3: So sánh quá trình phục hồi của diod SiC và diod Si phục hồi nhanh

II.2 TRANSISTOR CÔNG SUẤT:

Transistor là nhóm linh kiện điều khiển

làm việc ở nguồn một chiều, bao gồm BJT khi

điều khiển bằng dòng cực B và MosFET hay

IGBT với áp cực cổng G Trong mạch ĐTCS, ta

sử dụng các linh kiện công suất lớn, là các

transistor chịu được dòng, áp cao, làm việc

trong chế độ đóng ngắt Transistor công suất

gồm có:

- BJT: transistor hai mối nối, là linh kiện

điều khiển bằng dòng cực B, mạch điện tử

công suất sử dụng hai chế độ làm việc:

- I B = 0 => BJT khóa, không dẫn điện

- I B đủ lớn (I B >> I C / β) BJT bảo hòa,

dẫn dòng tải I C chỉ phụ thuộc mạch tải

Hình II.2.1: Cấu tạo của BJT công suất: Cực B phân bố đều trên toàn bộ diện tích, cung cấp khả năng điều khiển hiệu quả hơn (hệ số khuếch đại lớn, tốc độ đóng ngắt nhanh)

Như vậy chế độ khuếch đại chỉ tồn tại trong quá trình quá độ giữa 2 trạng thái này Một lưu ý là trong chế độ bảo hòa, hệ số khuếch đại dòng của BJT giảm đáng kể (còn từ 10 -20), đặc biệ là khi dòng, áp cao Để giảm dòng điều khiển linh kiện, các nhà sản xuất chế tạo các transistor Darlington với hệ số khuếch đại dòng β từ vài trăm đến hàng nghìn

G C

E G

C

E

Transistor Darlington MosFET kênh n và ký hiệu quen dùng Ký hiệu IGBT Mạch nguyên lý IGBT

Hình II.2.2: Ký hiệu các transistor (ngoài BJT)

- MosFET: là transistor trường có cực cổng cách điện, bao gồm kênh dẫn điện DS được kiểm

soát bởi cực cổng G cách điện bằng lớp oxit kim loại (hình II.2.2) MosFET là transistor trường loại tăng (enhancement), nó dẫn điện khi có áp phân cực cổng VGS Giống như BJT, mạch ĐTCS sử dụng MosFET ở hai chế độ:

- V GS ≤ 0 : transistor khóa, kênh dẫn điện DS hở mạch

- V GS > V TH (điện áp thềm V TH từ 3 5 volt): mosFET bảo bòa - điện trở kênh dẫn điện

r Don rất bé (sụt áp thực tế từ 1 – 2 volt ở dòng điện định mức)

- IGBT (Insulated Gate BJT): Công nghệ chế tạo MosFET không cho phép tạo ra các linh kiện có định mức dòng lớn, IGBT có thể xem là sự kết hợp giữa MosFET ở ngỏ vào và BJT ở ngỏ ra (hình II.2.2) để có được linh kiện đóng ngắt dòng một chiều đến hàng nghìn Ampe, điều khiển bằng áp cực cổng G Như vậy mosFET và IGBT có cùng phương pháp điều khiển

Transistor nói chung không cho phép phân cực ngược nên người ta hay nối một diod song song ngược để bảo vệ Trong nhiều trường hợp diod song song ngược là có sẵn trong MosFET hay IGBT (gọi là diod ký sinh tạo ra trong qúa trình chế tạo) Tuy nhiên, các diod ký sinh này thường có đặc tính đóng ngắt không tốt, người ta vẫn phải thay thế bằng các diod phục hồi nhanh để đãm bảo BBĐ làm việc tốt Trên thị trường, các nhà sản xuất đã chế tạo ra những module gồm transistor và các phần tử phụ làm thành một ngắt điện hoàn chỉnh, để tiện dụng khi thực hiện BBĐ công suất lớn

GHi NHỚ - Mạch ĐTCS chỉ sử dụng transistor trong chế độ đóng ngắt

- MosFET và IGBT có cùng phương pháp điều khiển

a Đặc tính đóng ngắt của transistor:

Làm thí nghiệm với các mạch điện trên hình II.2.3, nguồn VBB có dạng sóng trên hình II.2.4.a và biên độ đủ lớn đế transistor Q bảo hòa, ta có những nhận xét sau:

- Khi đóng (chuyển từ khóa sang bảo hòa) BJT mất thời gian t ON cótrị số khoảng 1 micro

giây, và thời gian t OFF có trị số vài micro giây để khóa (dạng sóng hình II.2.4.a)

Hình II.2.3: mạch thí nghiệm quá trình đóng ngắt của

BJT

Hình II.2.4.a và b:

- Quá trình chuyển trạng thái khóa – bảo hòa

không xảy ra tức thời, có thời gian để áp v CE và i C thay đổi

trị số (tương ứng chế độ khuếch đại) Ví dụ khi tải trở:

v CE = V CC – R t i C

áp v CE của BJT tăng dần theo quá trình giảm của i C

trong quá trình khóa

Như vậy có thời gian, dù rất bé, BJT làm việc trong

chế độ khuếch đại với dòng lớn và áp cao, dẫn đến có tổn

hao ΔP trong BJT khi đóng ngắt (hình II.2.4.b) Ví dụ khi

áp trên BJT bằng 200 volt và dòng 20 ampe, công suất tức

thời trên mối nối CE lúc đó là 200*20 = 4000 watt so với

vài chục watt khi dẫn bảo hòa

Hình II.2.5: cụm BJT đóng ngắt với các linh kiện phụ

Hiện tượng này đặc biệt nghiêm trọng khi tải là RL và có diod phóng điện (hình II.2.3):

dòng qua tải cuộn dây không thay đổi tức thời trong khi diod phóng điện D chỉ dẫn điện khi BJT tắt hẵn Kết quả là mối nối CE sẽ chịu nguyên dòng tải cho đến khi v CE = V CC.(hình II.2.4.c) Như vậy tổn hao trong quá trình đóng ngắt tải RL sẽ cao hơn trường hợp tải R (dạng dòng áp trên hình II.2.4.a)

Tổn hao trong quá trình đóng ngắt sẽ trở nên đáng kể khi transistor làm việc ở tần số cao, trong thực tế nó là nguồn nhiệt chủ yếu làm phát nóng transistor công suất và điều này giới hạn tần số làm việc của mạch

Để hạn chế sự phát nóng do đóng ngắt, cần chọn đúng loại transistor đóng ngắt (loại SWitching), dùng mạch cải thiện quá trình đóng ngắt hỗ trợ và sử dụng mạch lái hiệu quả

Mạch cải thiện quá trình khóa transistor có dạng của mạch snubber (bảo vệ các chỉnh lưu) bao gồm diod D, điện trở R và tụ điện C trên hình II.2.5 gọi là mạch snubber một chiều Khi BJT chuyển sang trạng thái khóa, tụ C được nạp qua diod D bằng dòng tải của transistor [dạng áp (1) trên hình II.2.4.c] Nhờ vậy sẽ không có trường hợp dòng tải bị cưỡng bức chảy qua BJT trong quá trình khóa Điện trở R hạn dòng phóng qua CE khi BJT dẫn điện trở lại Diod D ít gặp trong thực tế, giá trị điện trở R từ 33 đến 150 ohm và điện dung C có giá trị trong khoảng 0.1 nF đến 10

nF phụ thuộc điện áp và tần số làm việc

b Đặc tính đóng ngắt mosFET, IGBT

Không như BJT bao gồm hai mối nối pn, mosFET là một kênh dẫn điện có kiểm soát, tương đương với một điện trở thay đổi nên quá trình đóng ngắt mosFET, IGBT diễn ra nhanh hơn BJT có cùng dòng tải Thời gian đóng ngắt của các linh kiện này vào khoảng trên dưới micro giây so với ít nhất vài micro giây ở BJT Tuy nhiên ta vẫn gặp lại ở mosFET, IGBT những vấn đề của BJT: tổn hao khi đóng ngắt sẽ trở nên chủ yếu khi làm việc ở tần số cao Biện pháp cải thiện cũng giống như với BJT: sử dụng mạch snubber và mạch lái thích hợp

Bài tập: Tính dòng qua mạch lái mosFET có tụ C GS = 10 nFđể làm cho mosFET trở nên dẫn điện trong 1 micro giây

Giải: Giả sử dòng qua mạch lái là không đổi trong quá trình quá độ và mosFET dẫn điện hoàn toàn ở U GS = 10V ta có dòng qua mạch lái I:

6 6

Hình II.2.7 Quỹ đạo của điểm làm

việc của transistor khi có snubber

Là vùng chứa các điểm làm

việc (I C , V CE ) cho phép của BJT

khi đóng ngắt, giới hạn bởi:

V CE

Hình II.2.6: Vùng làm việc an toàn khi phân cực (cực B) thuận (FBSOA) của transistor GE-D67DE

- Các giá trị cực đại VCEmax, ICmax

- Đặc tính gảy thứ cấp (second breakdown) của mối nối, là trường hợp BJT bị hư hỏng do

phát nóng cục bộ làm tăng dòng I C trong khi áp vẫn cao, phân biệt với gảy sơ cấp (primary) do quá áp ở phân cực ngược Hiện tượng này là kết quả của nhiều nguyên nhân phức tạp, thường xảy ra trong quá trình đóng ngắt với tải RL Điều này nhấn mạch tác dụng bảo vệ của mạch snubber đối với transistor Khi có mạch này, điểm làm việc của transistor sẽ di chuyển trong vùng hoạt động an toàn như ở hình II.2.7

II.3 SCR VÀ THYRISTOR:

SCR (Silicon Controlled Rectifier) còn gọi là chỉnh lưu có điều khiển, là linh kiện quan trọng nhất cũng là đại diện của họ linh kiện bán dẫn công suất lớn có nhiều hơn 3 lớp p–n gọi là thyristor Cũng vì lý do này mà nhiều tài liệu còn gọi SCR là thyristor

SCR có đặc tính khác biệt với transistor nên được lấy làm một trong 3 ngắt điện điện tử đã được định nghĩa trong chương 1

1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:

Hình II.3.1: Cấu tạo một SCR dòng lớn tỉ lệ thực (a) và phóng to mảnh tinh thể bán dẫn (b); Ký hiệu SCR (c )

SCR thực tế làm việc hoàn toàn giống như SCR của ngắt điện điện tử được giới thiệu

trong chương mở đầu, với tín hiệu điều khiển là dòng i G chạy từ G qua K:

- Khi mới cấp điện, i G = 0 : SCR

khóa thuận và ngược, dòng I A là dòng điện

rò, rất bé, cở mA với VAK ≠ 0

- Khi SCR phân cực thuận: VAK > 0,

và có tín hiệu điều khiển: IG > 0, SCR

chuyển sang trạng thái dẫn điện và có khả

năng tự giữ trạng thái dẫn điện cho đến khi

dòng qua nó giảm về 0

p-n-+ Lớp 2-3 đảm bảo khóa điện áp thuận V AK > 0, Lớp 1-2 đảm bảo khóa điện áp ngược V AK < 0 nên SCR không dẫn điện bất chấp dòng điều khiển I G

+ Khi điện áp V AK > 0 (phân cực thuận) I G > 0 (có dòng kích) sẽ được khuếch đại

bởi Q1 Vì dòng cực thu Q1 cũng là dòng cực B của Q2, tác động khuếch đại của Q2 sẽ làm tăng dòng cực nền Q1 Sự phản hồi dương này sẽ làm cả hai BJT cùng bảo hòa: SCR dẫn điện Điều này cũng giải thích được khả năng tự giữ và tỉ số dòng điện Anode IA trên dòng điều khiển IG khá cao của SCR Khi IA giảm về 0, SCR mất trạng thái dẫn, trở về trạng thái khóa

Hiện tượng phản hồi dương dòng I G này chỉ xảy ra khi I G đủ lớn ứng với một điện áp phân

cực V AK xác định nhờ đặc tính phi tuyến của các transistor, nghĩa là SCR chỉ chuyển sang trạng thái dẫn khi I G đủ lớn

Bài tập II.3.1: Tính dòng I A của SCR theo I G và hệ số khuếch đại dòng b 1 và b 2 của hai BJT Q1 và Q2 trong hình II.3.2:

GHi NHỚ - SCR = diod + khả năng điều khiển (kích dẫn)

- SCR có khả năng tự giữ trạng thái dẫn nên có thể điều khiển bằng xung

THỰC HÀNH Dựa vào mô hình hai BJT, ta có thể kiểm tra SCR bằng VOM ở chế độ đo

điện trở:

- Các đầu AK và AG có điện trở vô cùng

- GK là mối nối p-n có điện trở nối song song Điện trở này làm tăng khả năng chịu áp và chống kích nhầm (do nhiễu) Có thể quan sát được mối nối và điện trở song song này khi dùng VOM ở tầm Rx1: Đo điện trở GK khi đảo chiều que đo sẽ cho ra giá trị khác nhau

Với VOM đo ohm bằng 2 pin, có thể dùng tầm Rx1 vừa phân cực vừa kích để thấy được SCR dẫn điện và giữ

2 Đặc tính tĩnh (volt – ampe):

Mô tả quan hệ I A (V AK ) với dòng I G khác nhau

Trên hình II.3.3 cho ta sơ đồ thí nghiệm và đặc tuyến volt – ampe của SCR, trong đó E A

thay đổi được và dòng I G điều khiển nhờø biến trở VR Đặc tính tĩnh SCR gồm các miền:

* V AK < 0 : Khóa ngược: Chạy qua SCR là dòng rò ngược, cở mA Khi V AK < - V RB ta có

hiện tượng gãy ngược, dòng | I A | tăng rất cao trong khi V AK vẫn giữ trị số lớn => SCR bị hỏng

* V AK > 0 và I G = 0 : Khóa thuận: Ta có là dòng rò thuận, cũng cở mA Khi VAK > VFB ta có hiện tượng gãy thuận: SCR chuyển sang vùng dẫn điện do dòng rò thuận đã đủ lớn để trở thành dòng điểu khiển, kích dẫn SCR

Ta phải chọn định mức áp của SCR lớn hơn các giá trị gãy này, hệ số an toàn điện áp thường chọn lớn hơn hay bằng 2

Hình II.3.3 Đặc tính Volt-Ampe và mạch thí nghiệm.

Khi phân cực thuận, nếu I G tăng lên từ giá trị 0, V FB giảm dần Như vậy, ta phải điều

khiển SCR bằng dòng I G đủ lớn để SCR trở thành ngắt điện điện tử: SCR chuyển sang trạng thái

dẫn ngay khi được kích bất chấp điện áp phân cực thuận lúc đó

* Vùng dẫn điện: Ứng với trường hợp SCR đã được kích khởi khởi và dẫn điện, sụt áp qua

SCR V AK = V F khoảng 1 - 2 volt Trong vùng dẫn điện có hai đặc trưng dòng:

+ I L : dòng cài, là giá trị tối thiểu của IA để SCR có thể duy trì trạng thái dẫn khi

dòng cực cổng I G giảm về 0 (do kích SCR bằng xung)

+ I H : dòng giữ, là giá trị tối thiểu của IA để SCR có thể duy trì trạng thái dẫn ( khi không còn dòng cực cổng IG Nếu dòng anode thấp hơn IH, SCR sẽ trở về trạng thái khóa

I L khác I H vì có quá trình lan tỏa của dòng anode từ vùng phụ cận của cực G đến toàn bộ

mảnh bán dẫn khi SCR được kích (có dòng cực cổng), tương ứng mật độ dòng giảm dần, làm cho hệ số khuếch đại dòng điện tăng Quá trình quá độ này còn ảnh hưởng đến giới hạn di/dt, được

giới thiệu trong đặc tính động của SCR

Có thể nhận xét là khi áp nguồn lớn, đặc tính SCR tương tự như đặc tính ngắt điện bán dẫn lý tưởng: sụt áp thuận qua SCR không đáng kể so với áp nguồn và các dòng rò cở mA không đáng kể so với tải công suất

ỨNG DỤNG - SCR có khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện nên có thể điều khiển bằng

xung Bề rộng xung kích SCR phải đủ lớn để dòng qua SCR đạt giá trị cài I L

3 Đặc tính động (đóng ngắt):

Mô tả quá trình chuyển đổi trạng thái của SCR từ khóa sang dẫn điện (turn on) và từ dẫn sang khóa (turn off)

a Đặc tính mở: ( turn on )

Có thời gian trễ t on từ khi cấp dòng kích I G đến khi SCR dẫn t on có trị số khoảng một vài

micro giây t on giảm khi I G tăng

Một thông số khác liên quan quá trình mở là giới hạn tốc độ tăng dòng di A /dt Tốc độ tăng

của dòng qua SCR phải nhỏ hơn giá trị cho phép để SCR không bị hư hỏng vì quá nhiệt cục bộ khi chưa kịp phân bố lại mật độ dòng điện qua nó Người ta thường bảo vệ SCR bằng cách thêm

cuộn kháng nối tiếp với anode, có giá trị khoảng vài chục micro henry để hạn chế di A /dt

Hình II.3.4.a Đặc tính động : mở và khóa của SCR

Hình II.3.4.b Cấu tạo SCR cực cổng có dạng phức tạp, phân bố trên toàn diện tích miếng bán dẫn để tăng di/dt cho phép

Để cải thiện đặc tính động của SCR, người ta phân bố cực cổng G ra toàn diện tích mảnh bán dẫn Hình II.3.4.b so sánh hai cấu tạo cực cổng, (1) là dạng cực cổng cổ điển và (2) là cấu tạo cho phép cải thiện đặc tính động

b Đặc tính khoá: (turn off)

- Mô tả quá trình khóa SCR: Giả sử SCR đang dẫn dòng tải Do đặc tính tải hay một tác

nhân khách quan khác, dòng Anode giảm về không, áp AK từ V F chuyển thành giá trị âm như hình III.3.4.a Dòng Anode có giai đoạn dẫn điện ngược trước khi chuyển sang trạng thái khóa ngược tương ứng với việc giải phóng các điện tích của các mối nối được tích lũy ở chế độ dẫn

Sau đó điện áp V AK dương được đặt trở lại, SCR không dẫn điện trở lại nếu quá trình khóa SCR có kết quả

- Quá trình khóa SCR đặt ra hai yêu cầu quan trọng cho việc thiết kế mạch ĐTCS:

(2) (1)

+ Cần có thời gian đảm bảo tắt t off để SCR phục hồi khả năng khóa trước khi đặt áp dương trở lại toff phụ thuộc công nghệ chế tạo SCR và giảm khi trị số áp âm khi khóa tăng

t off = [ 10 50 ] micro giây với SCR tần số cao

[ 100 300 ] micro giây với SCR chỉnh lưu

t off là thông số quan trọng để tính toán mạch tắt SCR khi sử dụng ở nguồn một chiều

+ Có giới hạn tốc độ tăng du/dt của điện áp phân cực thuận để SCR không tự chuyển sang chế độ dẫn Có thể giải thích hiện tượng này khi xét các tụ điện mối nối Dòng nạp tụ du/dt cũng chính là dòng kích SCR

C2 = 0.05 – 0.1 uF; R2 = 33 – 100 ohm; R1 tăng khi áp SCR tăng và/hay dòng tải giảm, từ 20 – 100 ohm; C1 tăng khi dòng SCR tăng và/hay áp SCR giảm, từ 0.1 – 0.5 uF

Hình II.3.5: Mạch bảo vệ SCR khỏi các chế độ kích dẫn không mong muốn

Giới hạn du/dt của SCR phụ thuộc cấu tạo, tăng theo định mức áp của SCR Mạch RC nối tiếp mắc song song AK của SCR có thể cải thiện du/dt Mạch snubber này cũng có tác dụng

chống việc tạo ra quá áp do quá trình phục hồi ngược của SCR, tương tự như ở diod

RC song song mắc ở cực cổng G có tác dụng hạn chế khả năng SCR tự kích do nhiễu từ ngoài (hình II.3.5)

ỨNG DỤNG - Nếu mạch bảo vệ du/dt không tốt, SCR có thể bị kích dẫn ngay khi đóng

điện nguồn

4 Đặc tính cổng: (hay kích khởi cổng)

Mô tả các quan hệ dòng áp của cực cổng

IG(VGK) của SCR Quan hệ volt – ampe của cực

cổng G là một qua hệ có tính thống kê, được mô tả

bằng 3 đường cong trên hình II.3.6: (1) là đặc tính

tiêu biểu, (2) ứng với điện trở R GK bé, (3) ứng với

điện trở R GK lớn

Các thông số giới hạn (cực đại) của tín hiệu

cực cổng để tránh hư hỏng SCR: dòng I Gmax, áp

Hình II.3.6: Đặc tính cổng SCR

V Gmax và công suất tiêu tán trung bình P Gmax của cực cổng (Công suất tiêu tán này còn phụ thuộc bề rộng xung kích SCR) Và như vậy điểm làm việc của cực cổng SCR phải nằm trong các giới hạn này, vùng được tô trong hình II.3.6

Các sổ tay tóm tắt thường chỉ cung cấp các thông số giới hạn (bé nhất) cho đảm bảo kích:

V GT , I GT Trong thực hành, có thể ước tính I GT bằng cách sử dụng hệ số khuếch đại dòng của SCR tính bằng tỉ số I A định mức chia cho I GT , hệ số này có giá trị từ 100 200 Dòng kích SCR sẽ chọn từ 1.5 5 lần giá trị này, bội số này cao khi cần đóng ngắt tốt, kích bằng xung hay làm việc

ở tần số cao

GHI NHỚ - I GT là dòng đảm bảo kích được SCR, nhưng ta nên kích SCR bằng dòng lớn

hơn trị số này

- Nhớ mắc điện trở vài trăm ohm song song cực cổng SCR

4 Các linh kiện khác trong họ thyristor:

a DARLISTOR:

Là loại SCR có cấu tạo nối tầng (cascade) để tăng hệ số khuếch đại dòng IA / IG khi định mức dòng anode lớn và rất lớn (vài trăm đến vài ngàn ampe) Lúc đó, dòng kích vẫn ở vài ampe Darlistor là tên thương mại, nhái theo transistor nối tầng là Darlington transistor Một sôùù nhà sản xuất vẫn dùng tên SCR hay Thyristor, nhưng chú thích là cực cổng được khuếch đại (Amplified gate thyrirstor) Sơ đồ nguyên lý Darlistor cho ở hình 1.7

Hình II.3.7: Ký hiệu của các linh kiện hay gặp của họ Thyristor

b TRIAC:

Là linh kiẹân phổ biến

thứ hai của họ thyristor sau

SCR, có mạch tương đương là

hai SCR song song ngược,

được chế tạo với dòng định

mức đến hàng ngàn ampe

Mạch tương đương hai SCR

song song ngược hoàn toàn

Hình II.3.8 Đặc tuyến V – I của TRIAC và DIAC

tương thích vơi TRIAC khi khảo sát lý

thuyết, nên chúng thường được dùng

thay thế cho nhau trong các sơ đồ

nguyên lý mặc dù trong thực tế chúng có

nhiều tính chất khác nhau TRIAC có

khả năng khóa theo hai chiều, trở nên

dẫn điện khi có dòng kích và tự giữ trạng

thái dẫn cho đến khi dòng qua nó giảm

về không (Hình III.3.8)

TRIAC có thể điều khiển bằng

dòng G – T1 ( còn gọi là MT1) cả hai

cực tính và ở hai chiều dòng điện tải làm

Hình II.3.9 Hình dạng bên ngoài của một số TRIAC (SCR cũng tương tự )

sơ đồ điều khiển đơn giản hơn mạch tương đương hai SCR rất nhiều

Nhược điểm rất quan trọng của TRIAC là dễ bị tự kích ở nhiệt độ mối nối cao và có giới hạn dv/dt rất thấp, khó làm việc với tải có tính cảm Lúc đó, người ta vẫn phải dùng hai SCR song song ngược

Bài tập: Do V T , I G đều có thể dương hoặc âm, suy ra TRIAC có 4 chế độ kích:

Chế độ I: V T , I G > 0 Chế độ II: V T > 0 , I G < 0

Chế độ III: V T , I G < 0 Chế độ IV: V T < 0 , I G > 0

Hãy dự đoán và sắp xếp giá trị dòng kích I G trong các chế độ từ lớn đến nhỏ Nếu chỉ chọn một dòng kích cho tất cả các chế độ, ta nên chọn dòng kích vào hay ra cực cổng?

c DIAC:

Có nguyên tắc hoạt động tương tự như TRIAC nhưng không có cực cổng G, ngưỡng điện áp gãy rất thấp - thường là 24 V, được dùng trong các mạch phát xung và kích thyristor với dòng xung một vài ampe

d LA SCR ( Light – activated – SCR ): SCR kích bằng tia sáng

Có nguyên tắc làm việc như SCR nhưng được kích bằng dòng quang điện Thay vì cung cấp dòng cực cổng để kích khởi, người ta rọi sáng LA SCR qua cửa sổ hay ống dẫn sợi quang LASCR rất thích hơp cho các ứng dụng cao áp, khi cách điện giứa mạch kích và động lực trở nên vấn đề phức tạp, giải quyết tốn kém

e GTO: ( Gate turn off SCR, SCR tắt bằng cực cổng )

Với khả năng tự giữ trạng thái dẫn điện, SCR không thể tự tắt ở nguồn một chiều nếu mạch không có sơ đồ đặc biệt để dòng qua nó giảm về không GTO cho phép ngắt SCR bằng xung âm ở cực cổng Từ mạch tương đương hai BJT (hình II.3.2), khả năng này có thể được dự đoán Nhưng trong thực tế, SCR không thể tắt bằng cổng vì cực cổng chỉ mồi cho quá trình dẫn, sau đó không còn tác dụng

GTO có cấu tạo khác hơn, cho phép cực cổng kiểm soát kênh dẫn điện của SCR Giá phải trả là hệ số khuếch đại dòng khi kích giảm xuống, còn khá bé - khoảng vài chục Hệ số khuếch đại dòng khi tắt xấp xỉ 10 Người ta đã chế tạo được GTO có dòng định mức đến hàng ngàn ampe

Trong thời gian gần đây, việc sử dụng MOS (bán dẫn có các lớp oxit kim loại) và sự phát triển công nghệ vi điện tử đến đỉnh cao cho phép chế tạo hàng loạt linh kiện mới trong họ Thyristor có khả năng tắt bằng cực cổng hiệu quả hơn GTO Điều này mở ra các hướng mới cho các bộ biến đổi, nhất là các bộ biến đổi dùng nguồn điện lưới

II.4 MẠCH LÁI NGẮT ĐIỆN BÁN DẪN:

Hình II.4.1 Sơ đồ khối bộ điều khiển mạch điện tử công suất

Bộ điều khiển mạch điện tử công suất gồm hai khối: khối điều khiển và mạch lái

Khối điều khiển gồm bộ điều khiển vòng kín xử lý tín hiệu đặt và phản hồi từ tải của bộ biến đổi, thông qua mạch phát xung để điều khiển bộ biến đổi hoạt động theo chế độ được thiết kế Bộ điều khiển vòng kín làm chức năng hiệu chỉnh hệ thống tự động Mạch phát xung xử lý tín hiệu ra của bộ điều khiển vòng kín, có thể là một số (điều khiển số) hay điện áp (điều khiển bằng vi mạch tương tự) thành dạng xung điều khiển các ngắt điện của BBĐ Các bộ biến đổi khác nhau sẽ có sơ đồ phát xung khác nhau nhưng có thể dùng chung sơ đồ điều khiển vòng kín

Mạch lái có các nhiệm vụ:

- Khuếch đại tín hiệu ngỏ ra mạch phát xung để đảm bảo các linh kiện công suất bảo hòa

- Sửa dạng xung cho thích hợp với linh kiện công suất, cải thiện đặc tính đóng ngắt

- Ghép nối giữa mạch điều khiển và mạch động lực Trong nhiều trường hợp, ta cần cách

ly điện giữa hai bộ phận này của bộ biến đổi Sự cách ly này có thể nhằm đãm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị, tăng cường khả năng chống nhiễu khi mạch động lực nối trực tiếp với

lưới điện hay vì các linh kiện công suất không có điểm đất chung

1 Mạch lái BJT công suất:

Đối với BJT công suất, mạch lái có nhiệm vụ:

- Cung cấp biên độ dòng I B ≥ I C /β để bảo hòa

- Cải thiện quá trình đóng ngắt bằng cách:

+ Giảm t ON bằng cách cưỡng bức dòng cực nền cho BJT lúc ban đầu

+ Giảm t OFF khi không cho BJT bảo hòa sâu bằng cách giữ v CE không quá bé

(cung cấp I B vừa đủ) và cung cấp phương tiện giải phóng điện tích mối nối BE đã được nạp khi BJT dẫn điện

Hai yêu cầu trên có thể giải thích khi xem như mối nối BE có một điện dung Tụ điện mối nối này cần được nạp, xả để BJT có thể đóng, ngắt mạch điện

Khi mạch điều khiển nối trực tiếp với mạch động lực, mạch lái BJT là một mạch khuếch đại dòng điện Có thể sử dụng các biện pháp sau để tăng chất lượng đóng ngắt:

* Dùng điện trở cực B (R1 ở hình II.4.2.a):

R1 có hai chức năng: đãm bảo giải phóng điện tích mối nối BE để làm BJT khóa nhanh hơn hay tránh các trường hợp dẫn điện không mong muốn khi không có tín hiệu điều khiển do các điện tích mối nối

Dòng qua R1 được chọn từ 1/10 đến ½ của dòng i B, phụ thuộc khả năng cung cấp dòng của VBB R1 càng giảm thì hiệu quả càng cao nhưng tiêu thụ dòng lớn hơn

R1

R2 D

Q Q2 Q1

1uF

2.2k

Q T

R1

Hình II.4.2 Các dạng mạch lái

* Dùng tụ gia tốc (hình II.4.2.a): Tụ điện C sẽ ngắn mạch R2 ở cạnh lên của VBB, cưỡng bức dòng cực nền của Q làm giảm t ON Khi C được nạp đầy, dòng cực nền giảm xuống – vì điện trở cực B trở thành R3 + R2, chuẫn bị cho quá trình khóa tốt hơn Khi VBB xuống 0, tụ điện C sẽ tạo ra áp âm ở cực nền transistor Q, giải phóng các điện tích mối nối BE Điều này, một lần nữa, cải thiện quá 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 của mạch điều khiển trong khi cần đóng ngắt dòng tải lớn

Ngoài ra, cách nối Darlington còn tự động điều chỉnh dòng cực nền, giữ cho điện áp bảo

hòa của BJT công suất không bé hơn điện thế mối nối pn và như vậy cũng cải thiện quá trình khóa Thực vậy, khi v CE của Q2 bé hơn điện thế mối nối pn, mối nối BC của Q1 sẽ bị phân cực

thuận và rẽ dòng cực B của nó, transistor Q1 không khuếch đại tiếp tục Hình II.4.2.b là sơ đồ đầy đủ của một khối (module) darlington transistor có các phần tử phụ

* Mạch lái tỉ lệ (hình II.4.2.c):

Biến áp T làm hai nhiệm vụ: cách ly mạch điều khiển và mạch công suất, lái transistor Q theo tỉ lệ dòng cực C của nó Biến áp T có một cuộn sơ cấp, nối với mạch điều khiến, một cuộn thứ cấp dùng để lái transistor và cuộn dòng điện có rất ít 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 của biến áp T, dòng này được phản hồi trở lại cực B đảm bảo cung cấp dòng iB Như vậy mạch điều khiển chỉ 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 được lái bởi hai transistor: một cung cấp dòng vào cực B cho kích dẫn và một nối điện áp âm để cuỡng bức tắt Điện áp âm cho khóa BJT thường chọn khoảng 5 volt Mạch này tuy phức tạp nhưng rất hiệu quả, cho phép tăng tần số làm việc của BJT đến tối

đa

* Mạch lái cách ly dùng bộ ghép quang

học (opto – coupler, tên thông dụng là optron):

optron là bộ truyền tín hiệu điện cách ly bằng

quang Khi diod phát quang (LED) có dòng, nó

phát sáng (hồng ngoại) làm linh kiện quang

điện (ở đây là transistor quang) dẫn điện Để

lái BJT, ta cần mạch khuếch đại dòng ghép Hình II.4.2.e Mạch lái cách ly dùng OPTRON

trực tiếp với nguồn độc lập có dạng như những mạch đã được giới thiệu

Có thể thấy là mạch cách ly dùng OPTRON này có thể dùng để truyền tín hiệu xung có độ rộng bất kỳ giữa hai hệ thống cách ly điện với nhau, chỉ có giới hạn do thời gian trể của optron, từ vài micro giây ở linh kiện tốc độ cao (PS521) đến vài chục micro giây ỡ loại thường (PS817)

GHi NHỚ - R BE luôn cần thiết cho transistor ở chế độ đóng ngắt

2 Mạch lái MOSFET công suất và IGBT:

MosFET công suất, IGBT có các ưu điểm: tần số

đóng ngắt cao hơn BJT vì kênh dẫn điện không có mối

nối, mạch lái đơn giản hơn vì điều khiển bằng áp

Để đãm bảo transistor bảo hòa, áp điều khiển cực

cổng cần trên 10 volt (giới hạn gây hư hỏng là 20 volt)

Các linh kiện sẽ tắt với áp điều khiển bằng 0 hay điện thế

âm (- 10V)

4001

1 2 3

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) của optron Khi LED được cấp dòng, nó chiếu sáng transistor quang làm phần tử này dẫn điện, cung cấp áp cao vào cực cổng MosFET Diod ổn áp 12V bảo vệ quá áp cực cổng do ở đây sử 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

optron và mạch lái (lái tích cực với hai nguồn) để đơn giản hóa các sơ đồ lái transistor công suất

R

R13 3k3

R8 3k3 12v

Q2 c945

R9 100 R12

220

Q5

R10 220

Hình II.4.3: (b) Dùng OPTRON để cách ly và đổi mức áp 12V ; (c) Dùng vi mạch lái; (d) Mạch lái tích cực

Để đạt tần số đóng ngắt lớn, mạch lái MOSFET cũng có yêu cầu tương tự như mạch lái BJT do tác dụng của tụ điện cực cổng CGS Tụ điện này cần được nạp đầy khi mở MOSFET và xả về không khi tắt Khác với BJT, mạch lái chỉ có dòng trong chế độ quá độ và áp làm việc cao Hình II.4.3.c nối MosFET với IC điều khiển chuyên dùng cho thấy dòng qua cực cổng MosFET rất được chú trọng Ngỏ ra của vi mạch này cũng là một tầng lái tích cực (tương tự như ở BJT)

Hình II.4.3.d sử dụng các linh kiện rời để thực hiện mạch lái tích cực Q4 cung cấp dòng nạp tụ CGS và Q3 dùng để xả làm cho Q5 đóng ngắt tốt hơn Trong những mạch chất lượng cao hơn, một nguồn âm được sử dụng để có thể xả điện tích cực cổng tốt hơn

Các hãng chế tạo bán dẫn công suất đã chế tạo những module bao gồm linh kiện công suất, mạch lái và bảo vệ làm công việc của nhà thiết kế BBĐ trở nên đơn giản

THỰC HÀNH - Sau khi dùng VOM (thang đo Rx1 hay diod) phân cực thuận cực cổng

MosFET (mối nối GS) hay IGBT (mối nối GE), khi đo tiếp kênh DS (MosFET) hay CE (IGBT) sẽ thấy điện trở xuống thấp Đó là do tụ điện cực cổng vẫn còn lưu giữ điện áp điều khiển, cần phải xả nó đi để phục hồi trạng thái gốc của linh kiện

GHi NHỚ - nên sử dụng transistor Darlington hay MosFET thay cho BJT trong các ứng

dụng đóng ngắt

- Xung biên độ 5V có thể không làm MosFET (IGBT) dẫn điện tốt

3 Mạch lái SCR và thyristor:

Giống như mạch lái transistor, 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 V GT

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?

R C1

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:

(a)

VCC

D2 D1

3k3 3k3

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:

- 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

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

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

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

R -Q

S Q

M D

SHUNT

Q

Imax ĐK

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 i O

7: tín hiệu cực cổng MosFET

t t

t t

4 3

7

o

(c) Hình II.4.8 Mạch lái mosFET có bảo vệ dòng

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):

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

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?

R C1

0.1 uF

R5 2.2 ohm R2

220

R3 100 R1

100

R4 2.2 ohm Q1

C1061