CHƯƠNG 3. KHẢO SÁT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN ÁP
BẰNG CÁCH THAY ĐỔI ĐỘ RỘNG XUNG.
I. Bộ băm điện áp một chiều.
1. Giơi thiệu.
Bộ băm xung một chiều có thể coi như là bộ biến đổi
DC/DC mà điện áp biến đổi được đảm nhận bằng các linh kiện
bán dẫn công suất. Nhiệm vụ chính của nó là thay đổi điện áp ra
theo yêu cầu điều chỉnh hoặc ổn đònh điện áp ra tải. Băm xung
một chiều được sử dụng nhiều trong các thiết bò như động cơ
điện một chiều, các bộ phận nung đốt bằng diện trở, các cơ cấu
điện từ, mạch ổn áp dải rộng Van thích hợp với băm xung một
chiều là các loại mà điều khiển được cả quá trình mở và khoá
van, do đó thường dùng Transistor (lưởng cực, MOSFET, IGBT).
Khi cần công suất ra tải lớn (dòng điện và điện áp cao) ta phải
dùng đến Tiristor. Vì Tiristor là một linh kiện bán dẫn công suất
có thể chòu được dòng điện qua nó rất lớn và cho phép điện áp
ngược đặt lên nó khá cao.
Để mạch băm xung hoạt động thì các phần tử đóng vai trò
là van đóng mở phải được điều khiển bằng các xung kích trong
thời gian thích hợp. Trong hầu hết các linh kiện đóng mở bán
dẫn công suất, việc đóng cắt được thực hiện bằng cách đưa tín
hiệu thích hợp vào chân điều khiển. Đối với thyristor thì điều
này không thể thực hiện được vì cực cổng chỉ có tác dụng trong
việc kích mở thyristor mà thôi. Để tắt thyristor khi đã dẫn trong
nguồn DC, ta phải thêm vào các phần tử chuyển mạch để có
được các diều kiện tắt là đặt điện áp ngược trên hai đầu
thyristor hoặc làm cho dòng chạy qua nó bò triệt tiêu.
Bộ băm xung một chiều có thể chia thành ba loại cơ bản :
– Bộ băm có van mắc song song tải còn điện cảm mắc nối
tiếp với tải (kiểu song song).
– Bộ băm đảo dòng.

/T là tỷ số
chu kỳ của bộ băm.
T
t
o
Hình III.1
Theo biểu thức trên ta thấy để điều chỉnh được điện áp ra
tải có thể thay đổi độc lập t
o
, T hoặc đồøng thời cả hai tham số
này, thông dụng nhất là phương pháp thay đổi t
o
trong khi giữ
chu kỳ Tcố đònh. Như vậy từ điện áp nguồn không đổi và liên
tục, bằng cách “băm” nó ra thành các xung, ta có thể điều chỉnh
được điện áp ra.
Để thiết kế hay khảo sát một bộ băm xung, người ta thường
quan tâm đến các chế đo
ä dòng điện. Theo nguyên lý hoạt động,
trong khoảng thời gian van khóa, nguồn bò ngắt khỏi tải, tuy
nhiên do tải có tính điện cảm nên dòng điện tải vẫn tiếp tục
chảy quẩn qua điôt D
2
nhờ năng lượng tích lũy ở điện cảm này.
Căn cứ vào các tham số R, L, E
d
(sức điện động bên trong tải)
và khoảng thời gian ngắt nguồn (T-t
o
) mà dòng điện tải có thể

gh
, thì dòng điện gián
đoạn, ngược lại t
o
> t
gh
, dòng điện sẽ liên tục.
b. Theo trò số trung bình dòng điện tải giới hạn I
gh
:
0
.
1
.
1
1
1
1
,
);
1
1
.(
t
L
R
T
L
R
gh

b
aEE
dgh



Nếu E
d
> E
dgh
thì dòng điện gián đoạn.
Nếu E
d
< E
dgh
thì dòng điện liên tục.
Các biểu thức tính toán ở chế độ dòng điện liên tục :
Điện áp trung bình ra tải :
U
t
= D.E
Dòng điện trung bình qua tải :
R
EED
I
d
t


.

L
R
d
e
a
ba
R
E
R
EE
ti
.
1
11
1
1
1.
)(






Giai đoạn từ t
0
đến T:
.
1
1

R
E
a
b
R
E
tiI
d





Giá trò cực tiểu dòng điện tải I
min
:
R
E
a
aba
R
E
tiI
d




1
111

1
T
t
R
E
aTR
babL
R
E
I
d
D





Trò số ûtrung bình dòng điện qua van :
TR
Et
a
bab
TR
L
T
t
R
E
I
d

0 t
o
T t
i
t
i
n
I
max
0 t

i
T
t
o
0 t
Điện áp trung bình ra tải :
)1(
0
T
t
EE
T
t
U
n
dt

Trong đó t
n

t


Quy luật biến thiên dòng điện tải i
t
:
Giai đoạn từ 0 đến t
0
:
)1()(

1
t
L
R
d
e
R
EE
tt




Giai đoạn từ t
o
đến T (hay đến t
n
) :
t

1
1max



 b
R
EE
I
d
giá trò dòng điện cực tiểu I
min
tất nhiên bằng không.
2.
Giới thiệu bộ băm xung một chiều tắt cưỡng bức bằng điện
áp.
Hình III.6
a. Vai trò của các linh kiện trong mạch (hình III.6) :
S
1
là SCR chính có nhiệm vụ nối hoặc ngắt nguồn với tải.
XK1 : mạch kích cho SCR1.
S
2
là SCR phụ, tham gia vào việc ngắt (khoá) S
1
.
XK2 : mạch kích cho SCR2.
LC làm nhiệm vụ dao động, D
1

= -E làm S1 ngưng dẫn (trạng thái chuyển từ hình III.b
hình III.a).
Gọi chu kỳ băm là T: T = T
1
+T
2
.
Thời gian đóng mạch của S
1
là T
1
: T
1
= T.
Thời gian ngắt mạch của S
1
là T
2
=T –T
1
và tỷ số chu kỳ là
D = T
1
/T.
Gía trò trung bình của điện áp tải :
DUUdt
T
U
DT
t

c
được xác lập dần dần. Qua
một vài chu kỳ dòng i
c
sẽ biến động giữa hai giá trò I
1
và I
2
.
E i
I
2
E I
1
0 T
1
T
2

pha quá độ t 0 T
t
Ký hiệu bộ băm điện áp là: Đ
ERi
dt
di
L
c
c

Khi Đ đóng ta có phương trình :