Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NGHỊCH
LƯU
1.1. Giới thiệu về nghịch lưu độc lập:
Bộ nghịch lưu độc lập hay ôtônôm là thiết bị biến đổi từ tĩnh từ dòng điện
một chiều sang xoay chiều có tần số bất kỳ.
Căn cứ vào phương pháp điều khiển các bộ nghịch lưu, ta có thể chia
chúng thành 2 nhóm:
a) Tự kích: Đó là hệ thống nghịch lưu, trong đó các tín hiệu mở tiristo
được tạo nên do bộ điều khiển lấy từ điện áp ra. Nghịch lưu này có hệ thống
điều khiển đơn giản và có khả năng tự động thay đổi tần số ra.
b) Bộ nghịch lưu có kích thích độc lập: Đó là những bộ nghịch lưu mà ở hệ
thống điều khiển của nó có chứa một máy phát xung có dạng bất kỳ.
Các dạng nghịch lưu kích thích độc lập có độ ổn định và điều chỉnh tần số ra
tốt, vì nó được xác định bởi một máy phát xung độc lập với tải và với điện áp
nạp cho mạch lực.
1.2: Phân loại nghịch lưu:
Có thể chia các loại nghịch lưu thành 2 nhóm nghịch lưu lớn:
- Nghịch lưu áp
- Nghịch lưu dòng
a) Nghịch lưu điện áp:
Nghịch lưu điện áp có đặc điểm sau:
-) Điện áp ra có dạng hình chữ nhật, có giá trị không đổi, còn đường
cong của dòng phụ thuộc loại tải.
-) Nguồn điện cung cấp làm việc như máy phát suất điện động, vì vậy
trong thực tế cần phải mắc song song một tụ điện lớn.
-) Khi tải có tính cảm kháng nhất thiết phải sử dụng điôt ngược để đảm
bảo sự cân bằng năng lượng cảm kháng.
-) Đặc tính tải Utải = f(Itải) có dạng nằm ngang.

xoay chiều.
5. Có thể làm việc ở chế độ không tải.
6. Có khả năng nhận được dạng điện áp ra gần hình sin nhất.
7. Không bị dao động khi nạp động cơ dị bộ hoặc đồng bộ.
8. Có độ phi đối xứng giữa các pha nhỏ khi tải phi đối xứng.
9. Đơn giản và có số lượng van ít.
10. Có hiệu suất biến đổi năng lượng lớn.
11. Có khả năng thay đổi thứ tự pha.
1.4. Nghịch lưu điện áp:
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:2
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

1.4.1: Nghịch lưu 1 pha dùng Tranristor:
Q1
Q2
Q3
Q4
R1
V1

U =
2
1
.E d
π
θ
θ
π

V1
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:4
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

(Sơ đồ thay thế)
• Sơ đồ hoàn chỉnh (sử dụng cho nguồn áp, có thêm mạch điều khiển
khóa cưỡng bức):
T1 T2
T3T4
R1
V1
C1
C2
C3
C4
L1
L2
L3L4
L5
D1
D4
D2
D3
(L1, L4; L2, L3 được quấn trên 1 lõi thép, cùng số vòng)
Sơ đồ cầu 1 pha dùng thyristor có các phần tử chuyển mạch, các phần tử L, C.
L1 = L2 = L3 = L4 = L
C1 = C2 = C3 = C4 = C
L1 và L4 quấn trên cùng một lõi sắt từ; L2 và L3 quấn trên cùng một lõi từ

D4
D2
D3
Q1
Q4
Q2
Q3
R1
L1
C1
Để hạn chế chuyển mạch ở nửa chu kì, người ta mở 1 van nào đó.
+ Nửa chu kì (+): mở Q3
→
Q1 đóng khi tín hiệu hình sin lớn hơn
tín hiệu tam giác
+ Nửa chu kì (-): mở Q4
→
Q2 đóng khi tín hiệu hình sin nhỏ hơn
tín hiệu âm tam giác
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:6
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

* Nhận xét:
+ Tần số sóng mang (
∆
) càng cao
→
dòng càng gần hình sin.

Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

Bộ nghịch lưu dòng có quá trình chuyển mạch cưỡng bức được áp dụng
cho tải tổng quát.Trong trường hợp tải mang dung kháng, bộ nghịch lưu có thể
sử dụng với quá trình chuyển mạch phụ thuộc và sử dụng linh kiện bán dẫn như
thyristor.
1.5.1. Nghịch lưu nguồn dòng 1 pha:
(Sơ đồ 1)
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:8
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Q1
Q2
Q3
Q4
C1
R1
L1
V1
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

BA
R1
T1 T2
C1
V1
(Sơ đồ 2)
1.5.2. Nghịch lưu nguồn dòng 3 pha:
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:9

T2
T3
T4
T5
T6
D2D4 D6
D5D3D1
C1
C2
C3
C4
C5
C6
L1
R1 R2
R3
V1
(Sơ đồ hoàn chỉnh)
1.6. Yêu cầu công nghệ:
- Biến đổi được nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều để sử dụng với các
mục đích khác nhau.
- Đảm bảo tính lien tục và chất lượng, tin cậy.
1.7. Phạm vi ứng dụng:
- Là bộ phận chủ yếu của các bộ biến tần, các thiết bị là cảm ứng trung tần,
thiết bị hàn trung tần.
- Làm nguồn điện xoay chiều cho nhu cầu gia đình, làm nguồn liên tục UPS,
điều khiển chiếu sáng…
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:11
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất

+ Dòng điện qua tải, nạp tụ C
→
iC giảm dần, itải tăng dần.
+ Khi dòng qua tụ iC = 0, mở Q2, Q4.
+ Dòng điện đảo chiều qua tải và tụ xả điện, dòng điện từ tụ C
→
tải
→
tụ C.
iC = id + itải
Khi xả hết, tụ C lại nạp, dòng điện lại qua tụ C và qua tải.
id = iC + itải
iC giảm dần, itải tăng dần.
2.1.2. Nghịch lưu nguồn áp dùng Tranzitor
Q1
Q2
Q3
Q4
R1
C1
L1
V1
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:13
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

U =
4 1 1
(sin sin 3

từ nguồn 12VDC lên 220VAC.Cách đơn giản nhất là nghịch lưu không điều
khiển tức là không khống chế(điều khiển được điện áp ra).Phức tạp hơn là điện
áp ra được điều khiển và giữ ở một giá trị ổn định.Đại diện cho cách điều khiển
này là phương pháp PWM.
PWM là phương pháp biến điệu (Thay đổi) độ rộng xung điều khiển từ
đó làm thay đổi điện áp ở đầu ra.PWM có thể điều khiển phía trước biến áp
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:14
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

xung hoặc là điều khiển sau biến áp xung.Tùy theo người thiết kế chọn lựa theo
cách điều khiển nào.Em xin trình bày sơ đồ nghịch lưu đơn giản như sau:
*Giải thích sơ đồ:
- Nguồn DC 12V : Cung cấp nguồn điện cho toàn bộ hệ thống điều khiển
- CD4047: Tạo cặp xung dạng chữ nhật lệch pha nhau
- Khuếch đại xung 1 : Khuếch đại xung từ CD4047
- Mosfet đẩy kéo : Mạch 2 Mosfet đóng mở theo chu kì xung(Mắc kiểu
đẩy kéo)
- Phối hợp biến áp : Kết hợp biến áp và mạch đóng cắt Mosfet
- Cầu chỉnh lưu : Chỉnh lưu điện áp xoay chiều từ thứ cấp biến áp thành
nguồn 1 chiều có điện áp cao(Vài trăm volt)
- Cầu H Mosfet : Tạo ra dòng xoay chiều có điều khiển
- Điều khiển góc mở: Nhận tín hiệu giá trị điện áp đầu ra để đưa ra lệnh
điều khiển phù hợp.Bộ này bao gồm các Opamp, bộ phát xung 50Hz
- Khối khuếch đại xung 2:Khuếch đại tín hiệu để điều khiển cầu H
- Ngoài các khối trên thì hệ thống còn có mạch bảo vệ, mạch cảnh báo….
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:15
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Nguồn cấp 12VDC

nhắm tạo ra điện áp ổn định xoay chiều tần số 50 Hz.
2.2.1-Tính toán cho mạch trước biến áp(Mạch điều khiển)
Ta thực hiện tính toán theo chiều từ mạch đầu ra quay ngược về mạch
đầu vào.
Theo đề bài yêu cầu thì công suất ra là 220V-1500VA,như vậy thì phần
sơ cấp của máy biến áp cũng phải có khả năng cung cấp 1 công suất cực đại là
1500W(nếu coi việc truyền công suất là 100%).Nhưng thực tế thì khả năng
truyền công suất không bao giờ đạt đuợc 100%, do vậy công suất làm việc phía
sơ cấp thường lớn hơn.Để tăng hiệu suất máy biến áp ta dùng máy biến áp
xung.Với loại biến áp này thì lõi từ làm từ ferait cho nên có khả năng làm việc
với 1 tần số rất cao( vài trăm Khz) và kích thước nhỏ gọn.Còn biến áp thường
có lõi làm từ tôn silic thì dải tần công tác hẹp hơn và hiệu suất không cao và
kồng kềnh.
Với công suất đầu ra là S
2
=1500W, U=220V -> dòng thứ cấp là
( )
AI 82.6
220
1500
2
==
ta sử dụng biến áp xung với công suất 95%, như vậy công
suất phía thứ cấp là
( )
W
H
S
S 1579
95.0

phải chú ý tới nhiệt độ làm việc của ăcquy (thường là 20 độ là thích hợp và
nhiệt độ cho phép không quá 50 độ). Nếu nhiệt độ làm việc bị tăng, sẽ gây ra
hiện tượng tiêu hao dung lượng một cách vô ích, mặc dù ăcquy không nối với
tải tiêu thụ .Acquy chính là yếu tố để tạo ra đặc tính không gián đoạn. Và để
tăng thời gian duy trì cung cấp điện cho tải, ta cần tìm cách để tăng năng lượng
dự trữ .
Thực tế nếu acquy quá no hoặc trong quá trình làm việc lâu thì điện áp
trên 2 đầu acquy có sự thay đổi.Ta cần chọn giới hạn làm việc cho nó.Cụ thể
em chọn như sau:Điện áp lớn nhất trên 2 cực acquy khi no ~ 13.6(V), điện áp
thấp nhất trên 2 cực acquy cho phép làm việc là 11.5(V).Như vậy acquy làm
việc trong đoạn [11.5V ; 13.6V], ta cần có sự điều chỉnh sao cho điện áp ra gần
như không đổi.Có 2 cách để chọn lựa điều khiển theo điện áp.Thứ nhất là ta căn
cứ vào điện áp đầu ra của bộ chỉnh lưu rồi lấy đó làm cơ sở điều khiển độ rộng
xung.Với cách này thì cho độ chính xác cao nhưng phải làm việc với điện áp
cao.Thứ hai là ta căn cứ trực tiếp vào điện áp trên 2 cực của acquy mà đưa ra
phương án điều khiển.Cách này thì không chính xác cho lắm nhưng điều khiển
dễ dàng và làm việc với điện áp thấp.
*Giới thiệu về CD4047
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:17
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:18
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

Cấu tạo bên trong như sau:
Ý nghĩa các chân:

Tần số tạo ra là:
)(50~
1
9
Hzf
−
=
10 x 1000 x 45.2 x 4.4

Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:20
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

* Ta có sơ đồ kết nối như sau:
R 3 4
1 . 5 k
R 3 5
4 . 7 k
C 1 3
1 0 0 n F
d u t y ~ 5 0 %
R 7 2
3 9 k
5 0 h z
U 5
4 0 4 7
A S T
5
A S T

Tín hiệu từ đầu ra của CD4047 cần được khuếch đại để có thể mở
Mosfet sao cho mosfet làm việc trong vùng bão hòa.Cấu trúc sơ đồ này dùng
chung cho tất cả các mạch khuếch đại xung trong hệ thống( có thể giá trị linh
kiện thay đổi chút ít)
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:21
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

D 1 7
1 2 V
Q 5
D 4 6 8
Q 6
B 5 6 2
D 7
D I O D E
R 5
2 . 7 k
1 2 v
Điện trở 2.7k kết hợp với transistor B562 nhằm tăng tốc độ triệt tiêu
điện áp trên cực G của Mosfet khi mất xung điều khiển.
Diode zener 12V bảo vệ điện áp cực G không quá 12V.Nếu quá 12V dễ
gây hỏng mosfet.
-Dùng IC tích hợp:
U 1 2
U L N 2 8 0 3
C O M
1 0
G N D

1 2
O U T 8
1 1
R 3 6
1 0 k
1 2
3
4
5
6
7
8
9
R 3 7
1 k
12
3
4
5
6
7
8
9
1 2 V
1 2 V
Tín hiệu từ Q và
Q
ta đưa trực tiếp vào 2 chân bất kì ở đầu vào, ta lấy
đúng tín hiệu tương ứng ở đầu ra.Đầu ra và đầu vào có trạng thái ngược nhau.
Sơ đồ dùng ULN thì tốn kém về mặt linh kiện nhưng nó lại có hiệu quả

như vậy điện áp cuộn thứ cấp bị giảm rất nhiều.
Ta nên mắc các diode song song với mosfet nhằm hỗ trợ thêm diode nội
của mosfet trong việc ngăn ngừa dòng ngược chảy qua mosfet.
2.2.4. Tính toán biến áp xung
Biến áp là thiết bị dùng để biến đổi điện áp xoay chiều.Nếu lí tưởng, một
máy biến áp có hệ số là K thì điện áp thứ cấp và sơ cấp có quan hệ: U
1
=K.U
2
,
K.I
1
=I
2
.Trong thực tế thì không bao giờ đạt được điều đó mà sẽ tổn thất một
phần năng lượng nhất định.
Biến áp dùng trong trường hợp này thì có thể là biến áp xung hoặc biến áp
thường.Biến áp xung là loại biến áp có lõi làm từ ferait, độ dẫn từ tốt, ít tổn thất
năng lượng, có khả năng làm việc ở tần số rất cao cỡ Khz, hiệu suất có thể đạt
97%.
Còn về biến áp thường thì có lõi làm từ tôn silic, vùng tần số làm việc
có bị hạn chế, tổn hao khá nhiều do dòng fucô và do từ trễ.Tùy vào chất lượng
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:23
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

bộ biến đổi mà người thiết kế chọn dùng loại nào cho phù hợp.Thực tế mà nói
thì đa phần sản phẩm đều dùng biến áp xung cả.Ta đi tính biến áp xung như
sau:

Tiết diện dây quấn
2
)(
I
mmD =
Tiết diện dây quấn sơ cấp là:
( )
05.4
2
8.65
1
==mmD
Tiết diện dây quấn thứ cấp là:
( )
305.1
2
82.6
2
==mmD
Chú ý là cách tính trên là tương đối.Trong khi chạy thử ta cần điều chỉnh
lại số vòng dây.Nếu số vòng dây bé thì tổng trở cuộn dây nhỏ làm tăng dòng
qua Mosfet gây nóng Mosfet.Ngược lại nếu số vòng dây lớn thì tổng trở cuộn
dây lớn làm giảm dòng qua Mosfet, như thế thứ cấp sẽ không đạt đến công suất
yêu cầu.
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:24
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2
Đồ án Điện tử công suất
GVHD: Đoàn Văn Tuân

Thực ra việc tính trên chỉ là tính toán lí thuyết trong thiết kế.Như đã nói

Bốn diode nắn điện áp xoay chiều thành 1 chiều, tụ điện 10uF, 33nF
san bằng điện áp 1 chiều và chống xung gây nhiễu nguồn không mong muốn
trong mạch.Đèn led được bố trí nhằm thông báo có điện áp ở đầu ra.Vì điện áp
có dạng xung chữ nhật liên tục cho nên điện áp chỉnh lưu là rất phẳng.Giá trị
hiệu dụng điện áp xoay chiều sẽ bằng với giá trị điện áp sau chỉnh lưu( bỏ qua
điện áp rơi trên diode).
Như vậy ta đã có điện áp cao 1 chiều 120VDC
Sinh viên: Phạm Văn Thắng Trang:25
Lớp: ĐTĐ51 – ĐH2