TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
BỘ MÔN HỆ THỐNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THÔNG
GIÁO TRÌNH

THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT BIÊN SOẠN: ĐOÀN HÒA MINH
2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH
 Giáo trình có dùng để tham khảo ở những ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự
động hóa của các trường đại học kỹ thuật.
 Từ khóa: Linh kiện công suất, chỉnh lưu, ổn áp một chiều, điều khiển công
suất, biến tần gián tiếp, biến tần trực tiếp, lập trình mô phỏng, MATLAB,
PSIM, mạch tạo xung kích.
 Yêu cầu kiến thức trước khi học về môn này: đã học lý thuyết về Điện tử công
suất.
 Chưa xuất bản 2

CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN

Tất cả các mạch thí nghiệm đều sử dụng trực tiếp nguồn điện xoay chiều 220V. Do đó
khi thực tập sinh viên phải luôn cảnh giác giữ an toàn về người lẫn thiết bị thí nghiệm.
Để bảo đảm an toàn sinh viên phải tuyệt đối chấp hành các qui định sau đây:
1. Không được chạm vào mạch điện khi đã mở nguồn cấp điện.
2. Khi mắc điện xong, phải báo cáo cho cán bộ hướng dẫn kiểm tra, có sự đồng ý của
cán bộ hướng dẫn mới được mở nguồn cấp điện.
3. Khi đo điện áp, dòng điện hoặc xem dạng sóng cần phải:
− Sử dụng đúng giai đo.
− Đặt que đo đúng chỗ, đúng cực.
− Khi xem dạng sóng ở những điểm có điện thế cao phải dùng bộ điện cực
(probe) có giảm áp.
4. Sắp xếp thiết bị và dây dẫn điện ngăn nắp, gọn gàng, thao tác chính xác, tập trung
làm bài, không đùa giỡn.
5. Không được di dời các thiết bị thí nghiệm từ bài này sang bài khác.
6. Khi thực tập xong phải tắt điện, sắp xếp gọn gàng các thiết bị trước khi ra về.

1.3.1. BJT: 12
1.3.2. MOSFET 12
1.3.3. SCR 13
A. Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20): 13
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21): 13
1.3.4. TRIAC 14
A. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.22): 14
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.23): 14
1.4. THIẾT BỊ: 15
1.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 15
BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN 16
2.1. MỤC ĐÍCH 16
2.2. NỘI DUNG 16
2.2.1. DIODE: 16

4
2.2.1.1. Mô hình toán học [6]: 16
2.2.1.2. Thực hành: 17
2.2.2. TRANSISTOR 17
2.2.2.1. Mô hình toán học [6]: 18
Trong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện I , I
C B
, I
E
được

xác định bởi
các biểu thức sau: 18
2.2.2.2. Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11] 19
2.2.3. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 20

5
b. Câu hỏi: 33
4.3.2. CHỈNH LƯU 3 PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN 34
a. Chương trình mẫu 2: 34
b. Câu hỏi: 36
4.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 38
BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PSIM 39
5.1. MỤC ĐÍCH: 39
5.2. KIẾN THỨC NỀN: 39
5.3. THỰC HÀNH: 41
5.3.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ: 41
5.3.2. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ: 42
5.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 43
BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU 44
6.1. MỤC ĐÍCH 44
6.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT 44 T
6.2.1. Ổn áp tuyến tính 44
6.2.2. Ổn áp ngắt mở 45
6.3. PHẦN THỰC HÀNH 47
6.3.1. Ổn áp tuyến tính 47
6.3.2. Ổn áp ngắt mở: 49
6.3.2.1. Vi mạch KA3842 có sơ đồ chân: 50
6.3.2.2. Sinh viên khảo sát mạch và thực hiện các công việc sau: 50
6.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 51
6.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 51
BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC 52
7.1. MỤC ĐÍCH: 52
7.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT: 52
7.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 53
A. Câu hỏi lý thuyết : 53

BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP 69
9.1. MỤC ĐÍCH 69
9.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT 69 T
9.2.1. Mạch công suất: 69
9.2.2. Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích): 69
9.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH 71
A. Câu hỏi lý thuyết: 72
B. Câu hỏi thực hành 73
1. Khảo sát mạch tạo xung kích: 73
2. Khảo sát mạch công suất: 73
9.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM: 74
9.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO: 74

7LỜI NÓI ĐẦU Năm 2001, Bộ môn Viễn thông và điều khiển tự động, Khoa Công nghệ
thông tin & truyền thông, Trường Đại học Cần Thơ, đã thực hiện thiết kế lại
các bài thí nghiệm Điện tử công suất. Các bài thí nghiệm này đã được thiết kế
bao gồm thiết bị thí nghiệm và giáo trình, phục vụ cho các chuyên ngành Điện
tử, Viễn thông, Tự động hóa, Kỹ thuật điện,…
Giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất được thực hiện lần này là sự bổ sung
và cải tiến giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất năm 2001. Giáo trình được
biên soạn gồm 9 bài thực tập cho học phần 2 tín chỉ, thời lượng là 60 tiết thực

nhắc lại một số vấn đề cơ bản.

1.2.1. BJT công suất:
Về cấu tạo, nguyên lý họat động cơ bản vẫn giống như BJT công suất nhỏ. Sau đây
là các đặc tính riêng của BJT công suất mà ta cần lưu ý:
B
C
I
I
=
β
 Hệ số khuếch đại dòng điện
của BJT công suất thường khá nhỏ (khoảng
vài chục).
 Khi dùng BJT như một chuyển mạch, các điểm cần quan tâm là: thời gian chuyển
mạch (thời gian chuyển từ trạng thái dẫn bão hòa sang trạng thái ngưng dẫn và
ngược lại) càng ngắn càng tốt; ở trạng thái đóng, mạch kích phải tạo dòng I
B
đủ
lớn (trong thực tế I
B
lớn từ 2 đến 5 lần I
B BSAT
) để bảo đảm BJT dẫn điện tốt. Tất
nhiên, ta phải thiết kế sao cho BJT hoạt động không vượt quá các định mức.
 BJT là lọai linh kiện công suất có thể kích ngắt.
Ví dụ:
a) Tải đặt ở chân E (Hình 1.1)
∞→=
C

Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản
I
C

# I
L
•
•
•
2
1
V
i
R
L
V
o
I
L
R
B
SW
Hình 1.1
B+

1
dẫn bảo hòa, SW ở trạng thái ON
* R
3
nối mass ⇒ Q
3
, Q
2
, Q
1
ngưng, SW ở trạng thái OFF
Trong hai trường hợp trên B+ chỉ cần khoảng vài volt

1.2.2. MOSFET công suất:
 Bài thí nghiệm này khảo sát MOSFET loại tăng (E-MOSFET) chế tạo dưới dạng
V-MOSFET (Vertical MOSFET) hay D-MOSFET (Double-diffused MOSFET)
 MOSFET kênh N dẫn khi V
GS
> V > 0 và V
GS(th) DS
> 0.
 MOSFET kênh P dẫn khi V
GS
< V
GS(th)
< 0 và V
DS
< 0.
 Ở MOSFET kênh N do V
GS

>V (Hình 1.6)
K

- SCR không dẫn điện khi V
AK
còn nhỏ, khi tăng V
AK
(bằng cách tăng V
AA
) đến
trị số V
BO
(điện thế quay về) thì SCR chuyển sang trạng thái dẫn, lúc này V
AK
giảm
xuống còn khoảng 0.7V và hoạt động như Diode chỉnh lưu. Điện áp V
BO
thường khá lớn
(từ vài chục volt đến vài trăm volt tùy SCR).
- Thực tế người ta thường tạo dòng kích I
G
để SCR có thể dẫn điện ngay mà
không chờ điện thế cao. Dòng kích I
G
tối thiểu và tối đa tùy thuộc vào mỗi SCR nhưng
nói chung các dòng này càng lớn (từ vài mA đến vài chục mA) khi SCR có công suất
càng lớn.
- Khi SCR đã dẫn, nếu ta bỏ dòng kích thì SCR vẫn tiếp tục dẫn điện (không thể
tắt SCR bằng cực cổng).
c. Khi phân cực nghịch: V

Hình 1.7
 Triac còn được gọi là SCR lưỡng hướng.
>V
 Khi V
T2 T1
, Triac dẫn điện từ T
2
sang T
1
khi kích bằng dòng cổng I
G
dương
(V
GT1
>0)
 Khi V
T1
>V
T2
, Triac dẫn điện từ T
1
sang T
2
khi kích bằng dòng cổng âm.
 Khi Triac ⏐V
T2T1
⏐# 0,7V

của Q
11.3.2. MOSFET:
Mạch thực tập có dạng (Hình 1.19): Hình 1.19
a) Đo V
D
chỉnh V
R
xác định điện thế thềm V
GS
(th)
b) Đo V
D
chỉnh V
R
đến khi MOSFET bảo hòa. Xác định thị số tối thiểu của V

Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 12
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản
1.3.3. SCR
A. Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20): a) Lần lượt bật SW về vị trí 1, 2, 3 quan sát led (được mắc song song với tải, khi
SCR dẫn led cháy sáng). Giải thích kết quả.
b) Đặt SW về vị trí 2 quan sát tải, xong bật về vị trí 1. Nhận xét giải thích.
c) Đổi cực của nguồn V , lập lại câu a, giải thích kết quả.
i

B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21):
a) Chỉnh V
R
quan sát tải. Giải thích.
b) Chỉnh V
R
, dùng dao dộng nghiệm quan sát điện áp hai đầu tải, vẽ lại dạng
sóng ở một vị trí nào đó của V
R
khi SCR dẫn. Giải thích.
c) Tại sao bán kỳ âm SCR không dẫn.
d) Chức năng của diode D
1
.
e) Làm cách nào để tăng công suất của SCR trong mạch điện xoay chiều? Hình 1.21
Hình 1.23

a. Giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch (nêu rõ chức năng các linh kiện
trong mạch điều khiển pha).
, quan sát tải, vẽ lại dạng sóng hai đầu tải.
b. Chỉnh V
R
c. Thử nêu vài ứng dụng của mạch này.

Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 14
Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản
1.4. THIẾT BỊ:
1. 01 Mạch thí nghiệm (board lớn).
2. 01 oscilloscope
3. 01 VOM

1.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[2]. TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn
Thông & Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.
[3]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông &
Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 15
Bi 2: Mụ phng linh kin cụng sut c bn
BI 2: Mễ PHNG LINH KIN CễNG SUT C BN

2.1. MC CH


(b)
+
Hỡnh 2.1

2.2.1.1. Mụ hỡnh toỏn hc [6]:
















t
= 0,026 Volt
Giỏo trỡnh thớ nghim in t cụng sut Trang 16
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
Khi phân cực thuận, dòng điện qua diode tăng nhanh, vì thế phải hạn chế dòng điện qua
diode để nó không bị đánh thủng. Khi diode dẫn diện, điện áp phân cực thuận V=0,3 Volts
đối với diode Ge và V=0,7 Volts đối với diode Si. Do đó, V/V
t
> 10 và exp(V/V
t
) >>1.
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
≈
t
S
V
V
expII

Suy ra:
Công thức trên chỉ đúng khi dòng điện qua mối nối khá lớn. Với dòng điện nhỏ (vài
mA trở xuống) dòng điện qua diode là:
I ≈ I
(a)
•
I
C
I
R
V
BC
BE
I
B
I
F

I
EC
(I
CS
)

(c)
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 17
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản

2.2.2.1. Mô hình toán học [6]:
, I , I
Trong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện I
C B E
được

xác
định bởi các biểu thức sau:
I
c
= α I
F ES
[exp (V
BE
/V
t
)-1]-I
CS
[exp(V
BC
/V
t
)-1]
I
E
= -I

EC
được điều khiển bởi I
F
và I
R
như sau:
I
=I
F CC
/α
F
I =I
R EC
/β
R
I
CC
=α I
F ES
[exp(V
BC
/V
t
)-1]=α I
F F
I
EC
=α I
R CS
[exp(V

/V
t
)-1]
I
CC
=I [exp(V
S BE
/V
t
)-1]
Dựa vào kết quả này, ta có thể biểu diễn transistor theo mô hình vận chuyển
(transport model) như trong hình 2.3.a .

α
R
)
S
(I
/
α
F
)
I
E
E
•
•
C I
CC
•

(a)
•

I
C
I
EC
B
•

•
•

Hình 2.3
(b)
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 18
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản

và αNói chung các tham số α
F R
thường không được dùng để mô hình hóa
transistor, người ta thay thế bằng các tham số thân thiện hơn, đó là:
=α
β
F F
/(1-α ) và β
F R
=α /(1-α
R R
)
và ββ
F R
lần lượt là độ lợi dòng điện thuận và độ lợi dòng điện ngược của transistor
mắc cực E chung. Mô hình Ebers-Moll có thể được thay đổi bằng cách thay thế I
CC
và I
EC

bởi một nguồn dòng duy nhất có biểu thức như sau:
I

biến thiên từ 0 đến 24V và V
BE
biến thiên từ 0 đến 0.7V . Chạy thử
chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
4) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc
tuyến ngõ vào và đặc tuyến ngõ ra của BJT, so sánh với kết quả ở câu 1, câu 2 và
câu 3. Cho nhận xét.

Gợi ý:
Dựa vào mô hinh cấu trúc này ta tìm được:
= I (V
I
C S BE
/V
t
)-exp(V
BC
/V
t
)]-I /β [exp(V
S R BC
/V
t
)-1]
I
= I /β [exp(V
B S R BC
/V
t
)-1]+ I /β [exp(V

/V
t
)-1]

Thay V
BC
=V
BE
-V
CE
, suy ra:

I = I /β [exp(V
B S R BC
/V
t
)-1]+ I /β {exp(V
S R BE-
-V
CE
)/V
t
]-1}
Phương trình đặc tuyến ngỏ ra của transistor:
I
=f(V
C CE
)|I
B
I = I (V

Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 19
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
I = I (V
C S BE
/V
t
)-exp(V
BC
/V
t
)]-I /β [exp(V
S R BC
/V
t
)-1]
Thay V
BC
=V
BE
-V
CE
ta được:
I
= I {(V
C S BE
/V
t
)-exp[(V
BE
-V

(I =0) lúc này chỉ có một dòng rỉ rất nhỏ chạy qua.
D D
Khi V
GS
>0 một điện trường được tạo ra ở vùng cổng. Do cổng mang điện tích
dương nên hút các điện tử trong nền P
_
(là hạt tải điện thiểu số ) đến tập trung ở mặt đối
diện của vùng cổng. Khi V
GS
đủ lớn, lực hút mạnh các điện tử đến tập trung nhiều và tạo
thành một thông lộ tạm thời nối liền giữa hai vùng nguồn S và thoát D. Điện thế V
GS
mà
từ đó dòng điện thoát I
D
bắt đầu tăng được gọi là điện thế thềm cổng nguồn V
GS
(th). Khi
V
GS
tăng lớn hơn V
GS
(th), dòng điện thoát I
D
tiếp tục tăng nhanh.
.
Dòng điện thoát I được xác định theo từng điều kiện sau:
D
I

th GS
>V and V
th GS
-V
DS
<=V
th
Với β=k (W/L) gọi là tham số độ hỗ dẫn
P Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 20
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản

 Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11]

1) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến ngõ ra của MOSFET
kênh N bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình
thường, với V
DS
biến thiên từ 0 đến 24V và V
GS
= -2V; -1V; 0V; 1V; 2V; 3V;
4V; 5V; 6V. Chạy thử chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc
tuyến lý thuyết đã học.
2) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của
MOSFET kênh N bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ
bình thường, với V
GS
biến thiên từ 0 đến 10V và V

sau: V
≤ 0 .
AK
2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của SCR là:
- Dòng điện thuận định mức: I
n
(A)
(V)
- Điện áp ngược cực đại V
inmax
- Điện áp rơi ΔV (V)
(V)
- Điện áp điều khiển V
G
- Dòng điện điều khiển I
G
(mA).
- Tốc dộ tăng dòng điện di/dt (A/μs)
- Tốc dộ tăng điện áp dv/dt (V/μs)
- Dòng điện rỉ I
CO
(mA)
2.2.4.2. Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11]
1) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của SCR bằng
ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình thường. Chạy thử
chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc
tuyến ngõ ra và đặc tuyến truyền của SCR, so sánh với kết quả ở câu 1. Cho
nhận xét.


<0, V <0, I
d/. V
D G G
<0
Triac ít nhạy nhất trong trường hợp c/.
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 22
Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
2.2.5.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là:
- Dòng điện định mức: I
n
(A)
- Điện áp điện mức V
n
(V)
- Điện áp rơi ΔV (V)
(V)
- Điện áp điều khiển V
G
- Dòng điện điều khiển I
G
(mA).
- Tốc dộ tăng dòng điện di/dt (A/μs)
- Tốc dộ tăng điện áp dv/dt (V/μs)
- Dòng điện rỉ I
CO
(mA)
2.2.5.2. Thực hành:
1) Xây dựng mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của
TRIAC bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình
thường, với V

www.mathworks.com
[11]. http://
[12]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 –
UTM.JB – 2003

Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 23
Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN
Tham gia thực hiện: KS Ngô Trúc Hưng

3.1. MỤC ĐÍCH
- Khảo sát mạch chỉnh lưu không điều khiển dùng Diode công suất.
- Khảo sát mạch chỉnh lưu dùng SCR.
- Kết hợp SCR và Diode để chỉnh lưu và điều khiển công suất ở ngõ ra bằng cách
thay đổi góc mở (góc trễ) α.

3.2. CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN
3.2.1. Sinh viên ôn lại:
- Các nguyên tắc cấu tạo của diode và SCR, các mạch chỉnh lưu dùng diode và
SCR.
- Nguyên tắc điều khiển góc mở.
- Chỉnh lưu một pha bán điều khiển.
- Chỉnh lưu một pha điều khiển hoàn toàn.

3.2.2. Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích:
Board tạo xung kích dùng để tạo và cấp xung kích cho board công suất tại những thời
điểm mong muốn.
Hoạt dộng của nó được mô tả bằng giản đồ dạng sóng tín hiệu trong hình 3.1.
Sơ đồ mạch thí nghiệm được trình bày trong hình 3.2 ở cuối bài thí nghiệm này.