Trang 1/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
Môn học ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT II A
THIẾT KẾ - ĐIỀU KHIỂN - ỨNG DỤNG)

TÀI LIỆU THAM KHAŒO
- Power Electronics : Converters , Applications , and Design , NED MOHAN ,
New York, John Wiley, 3 rd edition 2003 .
- Electric drives, Ion Boldea, CRC, 2
nd
edition 2005
- Modern Power Electronics and AC Drives, B.K.Bose, Prentice Hall,
Englewood Cliffs, N. J., 2003
- Điều chỉnh Tự động Truyền động điện, Bùi Quốc Khánh và một số tác giả khác,
NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà nội, in lần 2, 2001
- Điều khiển số động cơ điện, Vũ văn Doanh, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà nội,
1999

CHƯƠNG TRÌNH
Chương một : Các ngắt điện bán dẫn
Tính chọn và bảo vệ – Mạch lái ngắt điện.
Chương hai : Bộ nguồn một chiều bán dẫn
Các bộ nguồn một chiều điều khiển pha : Sơ đồ khối - phạm vi ứng dụng – Các
bước thiết kế – Tính toán mạch lọc
Mạch phát xung điều khiển pha
Hệ thống điều khiển nhiều vòng.
Cấp điện đóng ngắt: Sơ đồ khối – Khảo sát cấp điện dùng bộ biến đổi loại Flyback. –
Mạch điều khiển.
Chương ba: Hệ thống điều khiển động cơ một chiều dùng bộ biến đổi
Các vấn đề của truyền động điện tự động dùng bộ biến đổi
Sơ đồ hệ thống chỉnh lưu động cơ và các chế độ làm việc – Giới thiệu bộ biến đổi đảo
chiều và truyền động điện đảo chiều quay.

- Chọn theo hệ số khuếch đại, Darlington
- MosFET: AF (ít gặp), SW (thông dụng), dòng < 60A (dòng đònh mức giảm
nhanh khi áp khóa tăng).
- IGBT: có thể xem là nối tầng MosFET + BJT, chỉ có công dụng đóng ngắt,
chế tạo ở dòng lớn (> vài chục A).
2.Đònh mức áp: V
DRM
> k
atV
* V
lvmax

V
lvmax
: Áp làm việc max. V
DRM
: Áp khóa.
k
atV
: hệ số an toàn áp ≥ 2.
3. Đònh mức dòng:
Cơ sở cho việc tính chọn đònh mức dòng làsự phát nóng của linh kiện khi làm việc.
Điều kiện:
Nhiệt độ mối nối θ
J
< Nhiệt độ cho phép θ
cp

- Sự truyền nhiệt từ tinh thể bán dẫn ra môi trưòng xung quanh:
mối nối

CH
: điện trở nhiệt vỏ – tản nhiệt (Heatsink)
+ R
HA
: điện trở nhiệt tản nhiệt – môi trường (Ambience)
Giải mạch ĐTCS => tổn hao công suất ΔP
Tính toán nhiệt => θ
J
.
Nếu θ
J
< θ
cp
thì nâng đònh mức linh kiện (giảm
R
JC
) hay cải thiện điều kiện tản nhiệt (giảm R
HA
, R
CH
).
- Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng tải:
Lực ép và bề mặt tiếp xúc linh kiện – tản nhiệt.
Nhiệt độ môi trường.
Chế độ tản nhiệt: trong buồng kín, đối lưu tự
nhiên, cưỡng bức.

Cách lắp linh kiện công suất vỏ
TO220AB vào tản nhiệt
- Phương pháp tính gần đúng: Chọn theo dòng trung bình hay hiệu dụng + kiểm tra


Trang 4/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
II. BẢO VỆ LINH KIỆN VÀ BBĐ:
1.Bảo vệ dòng:
+ Bảo vệ dòng cực đại ( ngắn mạch – quá dòng tức thời):
Cầu chì tác động nhanh: thông sốø
∫
T
2
dti (tích phân dòng bình phương): bảo
vệ linh kiện công suất.
Cầu chì thông thường: Tách rời phần hư hỏng, hạn chế lan truyền.
CB ( ngắt mạch tự động – Aptomat ): như cầu chì thông thường
+ Bảo vệ quá tải ( quá dòng có thời gian ):
CB ( ngắt mạch tự động – Aptomat )
Rơ le nhiệt
Mạch hạn dòng của bộ điều khiển vòng kín.
2. Bảo vệ áp: (quá áp dạng xung)
(4)
260v
IRF450
T
FR105
C
103
10k
R4

RC nối tiếp mắc song song (1), Varistor là loại điện trở giảm nhanh khi áp lớn hơn trò
số ngưỡng (2), và các bộ lọc nhiễu nguồn(3) gồm các mắc lọc LC hình π. Có thể chống các

/K
I
với K
I
= 100 300

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

b. Ghép quang:
Mục đích: cách ly Điều khiển - Động lực
Trang 5/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
Dùng OPTRON (Optocoupler) transistor

Hướng dẫn sử dụng OPTRON họ MOC
(của Motorola) để lái TRIAC.

c. Ghép biến áp:
Nguyên tắc biến áp xung (BAX): Khi đặt hàm nấc vào sơ cấp BAX, dòng từ hóa sơ
cấp và từ thông lõi thép tăng theo hàm mũ và ở thứ cấp sẽ có áp cảm ứng tỉ lệ với đạo hàm
từ thông lõi thép này. Khi áp sơ cấp bằng 0 (hết xung), dòng từ hoá của BAX cần có đường
phóng điện (thường qua D phóng điện song song ngược sơ cấp).
Trang 6/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
Mạch lái xung hẹp:

Dạng xung dòng, áp
VCC
D2
D1
3k3
3k3
3k3
Q1
BAX
3.3 ohm
D2
47n
100

3.3
C22
2u2
R37
100
SCR
Q1
3k3
3k3
D19
24VXMạch sử dụng chuỗi xung
2. Mạch lái Transistor:
a. Dạng xung điều khiển tối ưu:
- Thí nghiệm đóng ngắt tải R và RL:

VCC
VCC
C
i
C
i
C
E
v
CE
v
Q


Dạng dòng cực B tối ưu cho đóng ngắt

B
i
Q
R2
VBB
C
D
R
R1
mạch Snubber
Đểø giảm tối thiểu tổn hao công suất nhằm nâng tần số làm việc lên cao:
+ Dùng mạch hỗ trợ chuyển mạch (ví dụ như mạch Snubber cho quá trình ngắt)
+ Dùng mạch lái tạo dòng cực B tối ưu để transistor có thể chuyển mạch nhanh.
Tụ mối nối BE có ảnh hưởng lớn đến quá trình đóng ngắt của BJT. Dòng I
B
tối ưu
phải có khảnăng nạp và xảnhanh tụ điện này.
I
cb
là trò số dòng điện cưỡng bức nạp tụ để BJT đóng nhanh, I
dt
là dòng điện vừa đủ
duy trì sự bảo hòa của transistor (không bảo hòa sâu) và I
ng
là dòng xả tụ, giúp tắt nhanh.
b. Sơ đồ ghép trực tiếp:
- Tác dụng RB, tụ gia tốc.(a)
Trang 8/ chuong 1.doc Dàn bài Điện tử công suất II A
3. Mạch lái MosFET và IGBT:
- Điều khiển bằng áp.
- Các thông số:
Ngưỡng điện áp điều khiển 3 – 5 V
Tiêu biểu 0 – 10 V (hay 15 V)
+/- 10 V (hay 15 V)
Giới hạn hư hỏng cực cổng (thông
thường) +/- 20 V
- Mạch lái:
Tần số thấp: lái trực tiếp từ vi mạch 12V
G
S
D
0 15volt
C4
330p
Dz7v2
R11
510/3W22K
D4
47

Mạch lái MOSFET 5 – 7 A làm việc ở BBĐ
Flyback 50 kHz.
Tần số cao: Mạch lái tương tự BJT nhưng cấp điện 15 – 20V.
4. Mạch lái MOSFET công suất có bảo vệ dòng:
Hình 4.19 được trích từ một tạp chí điện tử công nghiệp để tham khảo một mạch lái

ferrite
i
o
C
OPTRON
1 2
4 3
330
10K
1k
1nF
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
trò cho phép. Như vậy khi có quá dòng,
MosFET sẽ bò 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 4.19.c:
4: ngỏ ra cổng NAND 4, là tín hiệu
điều rộng xung từ mạch điều khiển, qua
optron.

kích ngắt I
A
/-I
G
< 10 nhờ –Vbias.
• Snubber có C lớn khắc phục
nhược điểm du/dt thấp
• Xung – I
G
có biên độ lớn do C
phóng điện, - I
A
/I
G
< 10 .
- Mạch ví dụ.

+V
- Vbias
R1
R2
D1 D2
SW2
C1
D3
E
SW1
T
GTO


10 mA
15v
Q3
330
R3
C
103
220
R5
3k3
R4
OPTO
1 2
4 3
IGBT ha
y
MosFET
1k
R2

10 mA
15v
MosFET
Q1
1k
R4
OPTO
1 2
4 3
330

+
_
Đối tượng
p
hản hồi
Điều khiển

Hình II.4.1
Hệ thống điều khiển tọa độ có sơ đồ khối như hình II.4.1, bao gồm:
- đối tượng điều khiển là nhiều khối quán tính
nối tiếp (trên hình là hai khối nối tiếp P1
và P2), thường là BBĐ (ngỏ vào là tín hiệu điều khiển), tải của nó và các máy sản xuất. Ngỏ ra
của các khối này sẽ là những thông số cần điều khiển, thường là các biến trạng thái của đối
tượng điều khiển, ở hình trên là x1, x2.
- Bộ điều khiển hay hiệu chỉnh (HC) nối tiếp có số lượng bằng số khối của đối tượng, có
phản hồi âm là các biến trạng thái của đối tượng, thường được gọi là bộ điều khiển các biến
tương ứng. Ngỏ ra của bộ HC vòng ngoài là tín hiệu đặt cho vòng trong. Vậy ta đã có HTĐK
hai vòng trên hình II.4.1 và nếu đối tượng có n khối nối tiếp tương ứng n biến trạng thái cần
điều khiển, HT sẽ có n vòng với n bộ hiệu chỉnh nối tiếp.
HTĐK tọa độ cho phép điều khiển được cùng lúc các biến trạng thái x1, x2 trong quá
độ cũng như xác lập. Chất lượng quá độ (động học) của HT được đảm bảo bằng quá trình hiêïu
chỉnh các vòng và chất lượng tónh (xác lập) của các biến trạng thái có được khi các tín hiệu
đặt của chúng không đổi (điều này xảy ra khi bộ HC vòng ngoài bảo hòa).
HTĐK tọa độ còn là cơ sở cho việc ứng dụng các BBĐ (có bộ hiệu chỉnh bên trong) vào
cơng nghiệp, người sử dụng sẽ thay đổi các thơng số bộ hiệu chỉnh để ứng dụng có chất lượng
mong muốn.
Trang 20/ chuong 2 Điện tử công suất II A
Ví dụ: Với bộ nguồn DC, hai biến trạng thái cần
điều khiển làdòng điện I = x1 (vòng trong) và điện áp
V = x2 (vòng ngoài). Đây là 2 thông số của mặt phẳng

ĐKTĐ. Tuy nhiên, với cách nhìn thục tế, trong phần này ta sẽ mô tả một thuật toán đơn giản,
có thể dùng cho hầu hết các BBĐ công nghiệp.
Quá trình chỉnh đònh thông số các bộ hiệu chỉnh làm sẵn của BBĐ dùng trong công
nghiệp cũng tiến hành tương tự: tiến hành chỉnh đònh các vòng từ trong ra ngoài.
Với nhận xét là hầu hết các đối tượng công nghiệp bao gồm các khối quán tính (chỉ có
cực ở phần âm trục hoành), HTĐKù nhiều vòng có thể sử dụng bộ hiệu chỉnh PID với phương
pháp khử cực – zero để đưa hệ thống về các kiểu mẫu (model) với chất lượng biết trước.
a. Hai HT mẫu (model):
- HT Tối ưu module: Hàm truyền vòng hở phản hồi đơn vò sau hiệu chỉnh có dạng:

)1(2
1
)(
+⋅⋅⋅⋅
=
sTsT
sW
h

HT vô sai với ngỏ vào hàm nấc, có dự
trữ pha 65
O
, dự trữ biên là vô cùng (giản đồ
Nyquyist không cắt trục thực). Quá trình quá
độ có dạng bậc hai tới hạn, vọt lố POT =
4.3% , thời gian lên 4.7T và thời gian đạt
95% biên độ xác lập là 7 T.

Hình II.4.3 Giản đồ Bode Wh của HT tối ưu
module

Để giảm vọt lố, cần sử dụng tín hiệu đặt là hàm dốc hay qua khâu quán tính.
b. Hiệu chỉnh PID (vi tích phân tỉ lệ):
- PID đơn giản, dể thực hiện bằng mạch điện tử và chương trình số, rất hay gặp trong
công nghiệp:
(1)(1)
/
ab
pi d
i
Ts Ts
HC K K s K s
Ts
+
+
=+ + =
trong đó:
K
p
, K
i
, K
d
: là các hệ số khuếch đại tương ưng với các khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân, các
hệ số có thể bằng 0 tương ứng với điều khiển P, PD, I, PI.
T
a
, T
b
, T
i

và P để có tối ưu module
- Đối tượng bậc 3 có và không có tích phân:
()()()
()()
123
12
111
11
K
W
Ts Ts Ts
K
W
sTs Ts
=
+++
=
++
T
1
> T
2
> T
3

Hiệu chỉnh PID để có tối ưu module

Hiệu chỉnh PID để có tối ưu đối
xứng, và PD để có tối ưu module
Nhận xét:

(.1)(.1) ( 1)(.1)(.1)( .1)
h
nn
n
n
KK
W
Ts Ts Ts Ts Ts Ts
=
++ + ++ +
∑
∏
 trong đó T
n
là các thời
hằng bé.
Tương tự, khâu trễ thời gian T cũng tương đương với quán tính bậc 1 thời hằng T.
3. Các mạch điện thường dùng:
a. Bộ hiệu chỉnh PID dùng 1 OPAM:

U
7
3
2
4
6
R2
R1
C2C1
Vi
c. Mạch hạn chế biên độ:
(c)
Tỉ lệ
Vi phân
Tích phân
+
Vi Vo

Vì ngỏ ra của bộ hiệu chỉnh vòng ngoài là tín hiệu đặt của bộ hiệu chỉnh vòng trong,
mức bảo hòa của bộ hiệu chỉnh vòng ngoài sẽ xác đònh giới hạn của biên độ ngỏ ra của vòng
trong. Các mạch thay đổi mức bảo hòa (hạn chế biên độ) ngỏ ra KĐTT thường dùng.

Vo
U
7
3
2
4
6
D1
R1Vi
V
POT1

Hình II.4.6 (a) Mạch hạn chế biên độ
ngỏ ra dùng diod (bảo hòa ở V1 > 0)
Vi
R1

Hình
II.4.7

wđ
wđ
0
t
kđ t
Hình 5 : tín hiệu đặt hàm RAMP

(a)
t
v(t)
Đồ thò tốc độ đặt của truyền
động nâng hạ buồng thang
máy
(b) (c)
R1
D1 R3
Vo
U1
7
3
2
4
6
U2
7
3
2

Phản hồi áp
- Ufh
Ifh
Phản hồi dòng
Tạo hàm dốc
Điều khiển áp Điều khiển dòng
D2 D3
D4
Q4
Q5
M1
-
+
R7
R9
R18
RUN / STOP1
R16
R8
C1
POT
R11
R10
R12
C4
C5
R17
R13
U1C
10

= 0 tương ứng ngỏ ra bộ hiệu chỉnh dòng
là cực đại:
k = - (k1 - Vcc)
Khi k1 Ỉ VCC, k Ỉ0

Mạch
ĐKP
đồng
bộ
k1
kích
S
C
R
k
10
9
8
R
POT1
- Vcc
R

Hình II.4.9 mạch dời mức
Lọc nhiễu và cách ly
: Trong Hình
II.4.8, các bộ lọc hình T dùng RC lọc nhiễu
ở đầu vào và cách ly giữa các tầng để chống
các khả năng cài hay dao động của khuếch
đại thuật toán.

v
V
o
o
I
o
C
S1
D1
+
_
LHình II.5.2 Ổn áp đóng ngắt
BBĐ áp một chiều làm việc ¼ mặt phẳng tải + lọc LC tải có thể thay thế các ổn áp
tuyến tính quen thuộc với các đặc điểm:
- Ưu: hiệu suất cao, kích thước bé, giá hạ khi công suất đủ lớn.
- Nhược: có nhấp nhô áp ra, mạch điều khiển phức tạp.
Hai nguyên lý điều khiển:
- Điều rộng xung (cần điều khiển vòng kín để ổn đònh ngỏ ra).
- Dùng so sánh có trễ , áp ra dao động quanh giá trò đặt nhưng tần số làm việc thay đổi
theo tải.

k
ĐB
Dao động tam giác
u

Hình II.5.4 (a)mạch động lực (phần nghòch lưu)
Trang 25/ chuong 2 Điện tử công suất II A
Sơ đồ điều khiển có dạng hình
bên, gồm bộ điều rộng xung làm việc ở
tần số ngỏ ra, dùng T FF (chia 2) để
tách ra hai xung luân phiên (đẩy kéo)
đóng ngắt hai ngắt điện.
(Xem tài liệu tham khảo về vi
mạch TL 494)
k
u
ĐB
S1
S2
Dao động tam giác
1
2
3
4
5
6
2
CLK
Q
- Q

(b) mạch điều khiển điều rộng xung dẩy kéo (dùng điều
khiển nghòch lưu trong cấp điện đóng ngắt)


= 20 A.
Chọn dòng trung bình qua D là k
at
. I
o
= 1.5 * 20 = 30 A; áp qua D > 10 V, chọn 25 V,
loại Schotky.
Hiệu dụng cuộn dây thứ cấp
20 / 2 14 A=
, hiệu dụng cuộn dây sơ: 14 / 12.3 = 1.2 A
Chọn ngắt điện nghòch lưu theo biên độ dòng qua nó, bằng 20 /12.3 = 1,6 A => Ngắt
điện 5 A / 600 V.
b. Tính toán mạch lọc:
Khai triển Fourier dạng sóng điều rộng xung, giả sử dòng tải BBĐ là liên tục:

(
)
()
1
2
1
2
1cos ; sin /1cos
1cos2.; sin2./1cos2.
n
n
hay

V
non onon

Trang 26/ chuong 2 Điện tử công suất II A
Pha 2: Ngắt điện ngắt (OFF). Cuộn dây chuyển (phóng) năng lượng qua tải và nạp năng
lượng vào tụ điện.
v
C
v
L
L
i
C
i
i
s
V
C
v
v
L1
L1
i
C
i
V
n:1
i
L2
L
i
i
s

_
Io
D
C
S1
T
L1
L2
+
S1
Io
D
C
_
L
S1
S2
D
D
+
_
IoCHình II.5.5: Các sơ đồ BBĐ dạng Flyback:
Như vậy, nguyên tắc hoạt động bộ biến đổi loại FLYBACK đối nghòch với các bộ băm
điện áp (chopper), khi tải được nối nguồn khi ngắt điện đóng (ON) và sử dụng năng lượng tích
trữ khi ngắt điện khóa.
Có 4 sơ đồ được trình bày trên hình II.5.5:
(a) : Bộ biến đổi đảo cực tính: được dùng cho khảo sát cơ bản vì có số phần tử là ít nhất.

là giá trò ban đầu, khi

II.5.1
L
V
Lbđ
L
bđ
V
on L on on bđ
L
V
L L on bđ on
L
di
VL i tI
dt
It
tt it t I
IIit I tHình II.5.6: Dạng áp, dòng BBĐ hình II.5.5.a
Diod D không dẫn điện vì phân cực ngược: anod có điện thế âm trong khi catod dương.
C phóng điện qua tải:
0
:() ()
=− ⇒ =− + =
==−+⇒Δ=Δ=−=<>
là giá trò ban đầu, khi

CL
VI
; :trên trình phươngvế hai bìnhtrung Lấy
t
I
LV
t
V
CIoI
L
C
C
L
Δ
Δ
=
Δ
Δ
+=

−−
ΔΔ Δ=−
==<>
Thế các giá trò , vào, để ý , ta nhận được:
; II.5.3
on
LC on
ton
T
CL

ON
/ T, nhấp nhô áp ra chỉ phụ thuộc dòng tải Io và tụ lọc C, nhấp nhô dòng ra phụ
thuộc áp vào V và cuộn dây L.
Trường hợp dòng gián đoạn
:
Giả sử ta giữ t
ON
không đổi khi giảm Io.
Δ
I
không đổi trong khi
L
I giảm theo Io. Dòng i
L
không
đổi dạng nhưng biên độ thấp dần. Khi
2
I
tT
T
L
IoI
on
Δ
−
≤= ta có trường hợp dòng qua L
gián đoạn (hình II.5.7).:
Trong khoảng t
ON
, dòng qua L được nạp từ 0

X
– t
ON
) làm cho các quan hệ điện
áp và dòng trung bình thay đổi:
ton
T
V
Io.L.
ONx
tt
T
on
L
V
I
L
tt
T
tt
)
tont(T
tt
V
L
tt
t
C
tt)(IotI
)(Io)(IoCIoIVV

Một nhận xét khác là giữa trường hợp i
L
phóng điện qua tải, nạp điện cho C và i
L
= 0 còn
có trường hợp C và L cùng cung cấp dòng cho tải. Do đó các tính toán trên chỉ là gần đúng.
2. Các sơ đồ khác:
a. Sơ đồ hình II.5.5(b): Hoạt động hoàn toàn giống như sơ đồ căn bản hình 1.(a) nhưng
áp ra không đảo dấu. S1 và S2 được điều khiển bằng cùng tín hiệu, đóng mạch để nạp năng
lượng vào cuộn dây và khi ngắt, cuộn dây sẽ phóng điện qua hai diod D1 và D2, cung cấp dòng
nạp tụ và cho tải
Io.Cách nối này còn giảm điện áp đặt vào ngắt điện ở trạng thái khóa so với
sơ đồ II.5.5(a).
b. Sơ đồ hình II.5.5 (c)
: Là sơ đồ thường gặp nhất trong các bộ nguồn. Biến áp T có hai
nhiệm vụ: cách ly nguồn và tải, làm cuộn dây tích trữ năng lượng cho bộ biến đổi. T là biến áp
không bảo hòa, tỉ số vòng dây sơ/thứ là
n, L1 và L2 lần lượt là tự cảm cuộn dây sơ và thứ cấp.
Với cùng giả thiết của khảo sát sơ đồ căn bản, các kết qua nhận được cũng có dạng
tương tự. Ta có các quan hệ của biến áp:

2121
2
12
LLLL
vnvInILLn ⋅=== ; ;
- Khi S1 đóng:
0 < t < t
ON
L1 được nạp năng

C
và v
L1
= n v
L2
= n v
C
, thế
các giá trò tương ứng và lấy trung bình:
Hình II.5.8: Dạng áp, dòng BBĐ hình II.5.5(b)
Trang 29/ chuong 2 Điện tử công suất II A
V)(VVLvv
Io)(IIoInCIoiin
tonT
t
n
C
t
I
n
L
C
dt
di
n
L
dt
di
LC
tT

không được lớn quá để biến áp bò bảo hòa, khi mà dòng nạp cuộn dây chính là dòng từ hóa cho
biến áp. Khảo sát trường hợp dòng gián đoạn cũng nhận được những kết quả tương tự.
c. Sơ đồ tăng áp hình II.5.5.(d)
:
Khi biến áp T nối ở dạng tự ngẫu, tỉ số
1:n và nối tiếp với áp vào, ta nhận được sơ đồ
tăng áp. Các thông số:
2121
2
12
LLLL
vvnnIILnL =⋅== ; ; . Chứng minh tương tự
và để ý khi S1 ngắt, cuộn dây phóng điện:
)](n[VVnLVVvVv
tonT
t
C
t
I
CLC
on
L
−Δ
Δ
+=⇒+=⇒+= 12
1
2
:có ta
<II.5.7>
Ta cũng có :

cuộn thứ cấp.
Các cuộn dây có thông số n, L; n
1
, L
2
;
…; n, L là thông số của cuộn sơ cấp.
Các tự cảm quan hệ với nhau:
() () () ()
22 22
123
123

L
LL L
nn n n
====

v
L
L
i
V
V2
V3
V1
L3
L2
L1
+

∑

Từ đó, suy ra ở chế độ dòng liên tục với
i là chỉ số cuộn dây:
- nhấp nhô áp ở mỗi cuộn dây thứ cấp:
i
Ci on
i
I
Vt
C
Δ= ;
- nhấp nhô dòng ở cuộn sơ cấp:
L
on
V
I
t
L
Δ=
- Trung bình áp ra mỗi cuộn dây thứ cấp:
ion
Ci
on
nt
VV
nTt
⎛⎞
=
⎜⎟

tải quá bé.
Ví dụ II.5.1
:
a. Cho sơ đồ hình II.5.5.(c), áp nguồn V = 260 volt, tần số đóng ngắt f = 20 KHz, tải đònh
mức Vo = 5 volt, Io = 5 ampe. Tính các thông số mạch để nhấp nhô áp ra
ΔV = 20 mV, nhấp
nhô dòng qua ngắt điện
ΔI bằng 50 % trò trung bình.
T = 1/f = 50 micro giây, chọn
t
ON
= 0.6 T = 0.6/ 20000 = 30 micro giây.
<II.5.2> suy ra C = Io*t
ON
/ ΔV = 5*30 E -6 / 20 E -3 = 7.5 E –3 = 7500 uF
<II.5.3> suy ra tỉ số biến áp n =(V * t
ON
)/ [(T - t
ON
)* Vo] = 78 và trò trung bình dòng qua
L (trong khoảng nạp điện)
I
L
= (Io * T)/ [(T - t
ON
)* n] = ( 5 * 50) / [(50 – 30)*78] = 0.16 ampe
nhấp nhô dòng
ΔI = 0.16 * 0.5 = 0.08 ampe.
<II.5.2> => L = (260 * 30 E –6) / 0.08 = 0.0975 H.
Dòng cực đại qua ngắt điện S: Imax = I


L
V
Lbđbđ
L
VV
on L on on bđ L L on bđ on
LL
di
VL i tI I t
dt
t t it t I I I it I t

- Khi S ngắt:
có các phương trình
dt
di
Lvv
dt
dv
CIoiIoi
L
CL
C
CL
=−=+=+= ;
điều kiện ban đầu

(
)

dt
dv
Vv −===
maxmin
;
11
000

nghiệm
v
C
có dạng wtBwt
A
v
C
cossin
+
= với LCw /1= , A và B là hằng số tích
phân phụ thuộc hai điều kiện đầu. Có thể tính được:

()
wtVwt
I
I
Zv
oC
cossin
minmax
+
−= với

ZV
obđ minmax
+−= <baitapII.5.3> và
()
oo
Z
V
bđ
IYIIXI +−+−=
max
min
<baitapII.5.4> với X = sinw(T – t
ON
), Y = cosw(T – t
ON
)
Bốn phương trình từ <baitapII.5.1> đến <baitapII.5.4> cho phép ta tính được V
min
, V
bđ
, I
max
, I
bđ
,
viết được biểu thức mô tả dạng sóng áp trên tụ và dòng qua cuộn dây:

()
()
on

()
[
]
onbđonoon
L
V
o
t
L
V
IIXwtIYt
XY
II −=⋅⋅−−
+−
+=
maxmax
; 1
1
1
2
2

Dạng sóng áp trên tụ và dòng qua L có dạng dao động trong khoảng L phóng điện qua C
thay vì đường thẳng như trong khảo sát gần đúng. Trong thực tế, do C thường rất lớn, chu kỳ T
của mạch thường rất bé so với chu kỳ dao động LC, do đó các đường cong có thể xem là đường
thẳng. Các công thức gần đúng có thể suy ra trở l khi khai triển Taylor các hàm lượng giác:
sin x xấp xỉ (x – x
3
/3) cos x bằng 1 – x
2

Phản hồi dòng
Điều
khiển áp
R-S F F
Q
S
Shunt

Hình 4.13: Bộ điều rộng xung loại dòng điện
khiển áp. Bộ điều khiển áp sẽ tăng tín hiệu đặt dòng qua S có được áp ra cao hơn. Để ý dòng
điện này luôn có quán tính, không thay đổi tức thời (mạch có tính cảm kháng). Trong hình
II.4.13 , cổng OR để RESET Flip Flop từ hai nguồn.
Vi mạch họ 38xx trong phần phụ lục sau cho ta sơ đồ thực tế của bộ điều rộng xung loại
dòng điện.
5. Sơ đồ cải thiện hệ số công suất bộ cấp điện (nguồn) đóng ngắt:
Việc sử dụng chỉnh lưu diod ở ngỏ vào đã cải thiện rất nhiều tình trạng sử dụng lưới
điện của các bộ nguồn một chiều so với khi dùng chỉnh lưu SCR. Tuy nhiên, tổng trở vào của
các bộ cấp điện đóng ngắt không tương đương với điện trở (hệ số công suất nhỏ hơn đơn vò) vì
có tụ điện lọc ở sau chỉnh lưu điod. Khi đó, ngoài dòng xung ban đầu khi đóng vào lưới điện rất
lớn, ở trạng thái xác lập dòng nguồn là những xung nạp tụ, như được vẽ trên hình II.4.14. Khi
đó, hệ số công suất không bằng đơn vò vì BBĐ có tiêu thụ công suất phản kháng cho các hài
bậc cao. Đề hệ số công suất bằng 1, dòng vào bộ nguồn cần có dạng hình sin, cùng pha với áp
(hình II.4.15). Đó là nhiệm vụ của bộ cải thiện hệ số công suất, có sơ đồ khối như sau:
Lưới AC > Chỉnh lưu D > [tụ bé > Mạch cải thiện HSCS >] tụ lớn > BBĐ Áp DC

v
C
i
C


L
= |i
n
|, C1 có giá trò rất bé (dòng qua nó không đáng kể), C2
Trang 33/ chuong 2 Điện tử công suất II A
có giá trò lớn, cấp điện cho BBĐ áp một chiều. Gạch trên đầu các ký hiệu dòng cho biết đây là giá trò
trung bình vì S đóng ngắt ở tần số rất cao.

Phần trong ngoặc vuông [ ] là phần bổ sung vào bộ nguồn xung để cải thiện hệ số công
suất. Mạch điện này có nhiệm vụ nạp tụ điện ở ngỏ vào BBĐ áp một chiều bằng một dòng hình
sin, có biên độ phụ thuộc vào công suất tiêu thụ ở ngỏ ra, S và L là một bộ nguồn Flyback để
nạp tụ C2, sử dụng nguyên lý điều rộng xung loại dòng điện. Để dòng qua L có trò trung bình là
hình sin cùng pha với lưới điện, tín hiệu đặt dòng của bộ điều rộng xung này có dạng hình sin,
biên độ thể hiện yêu cầu áp trên tụ C2.
Hệ số công suất có thể lên đến 0.997 theo tài liệu Switchmode Power Supply Reference
Manual (1999) của hãng ON Semiconductor (trước đây là một bộ phận của Motorola) khi ứng
dụng vi mạch MC34262 của Motorola theo sơ đồ nguyên lý hình II.4.16 sau.
Phần điều rộng xung loại dòng điện tương tự như so đồ vi mạch họ 384x, sự khác biệt
nằm ở phần so sánh áp ra để tạo tín hiệu đặt dòng: ngõ ra của bộ điều khiển áp (khuếch đại sai
số – Error Amp.) được nhân với hình sin nguồn để tạo ra tín hiệu đặt dòng điện. Điện dung
tụ điện nhỏ C1 bằng 1uF và điện dung tụ lọc nguồn chính C2 bằng 220 uF để có được bộ nguồn
DC 230 V/3.5 A từ lưới điện 92 – 135 V AC.
Trang 34/ chuong 2 Điện tử công suất II A hình II.4.16 Mạch cải thiện hệ số công suất dùng vi mạch MC34262.
PHỤ LỤC VI MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ NGUỒN XUNG 3842