Chửụng 2: LINH KIEÄN COÂNG SUAÁT
II.4 MẠCH LÁI NGẮT ĐIỆN BÁN DẪN
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 khieồn.
a. Mạch lái trực tiếp thyristor:
Đây là mạch khuếch đại dòng, vì áp cực cổng VGT
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 C10.1 uF
R52.2 ohm R2220
R3 100 R1100
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
3k3
Q1 BAX
3.3 ohm D2
47n
100 SCR
(b) Hình II.4.5 Mạch kích SCR bằng biến áp xung.
Hình II.4.5.a và (b) trình bày các dạng sóng và mạch khuếch đại xung và ghép với SCR.
Các diod D1, D2 , transistor Darlington Q1 thực hiện hàm OR (hai ngỏ vào) và khuếch đại dòng.
Biến áp xung BAX nối ở cực thu C của transistor qua điện trở hạn dòng 3.3ohm. Nguồn VCC có thể là 24V và tỉ số giảm áp của BAX là 4 :1 (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 SCR P
22 BAX
BAX
Hình II.4.6 (a)
ẹK
Dao động
T1
TRANSCT D23
D25 R36
3.3 C22 2u2
R37 100
SCR
Q1 3k3 3k3 D19
24VX
(b) Dùng optron và nguồn một chiều
phụ có sơ đồ nguyên lý như hình II.4.6.c.
Khi LED của optron có dòng, nó chiếu sáng làm photo transistor dẫn điện. Q1 có dòng cực B đủ lớn, trở nên bảo hòa, nối điện trở 1k xuống 0 volt. Q2 bảo hòa nối nguồn 9v qua điện trở 33 ohm kích SCR.
c. Kích TRIAC bằng optron triac họ MOC:
9V
47n
100 SCR
12 43
6K8 Q1 330
Q2 33 1k
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.