Bài giảng điện tử công suất doc

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 1
GIỚI THIỆU MÔN HỌC
1. Tên môn học: - Điện Tử Công Suất
2. Số đơn vị học trình: - 02 (30 tiết)
3. Trình độ: - Trung cấp
4. Đánh giá, tính điểm: - ĐTBMH = [Điểm trung bình kiểm tra +Điểm Thi]/2
5. Thang điểm: - 10.
6. Phân bổ thời gian:
- Lên lớp: 30 tiết
- Lý thuyết: 25 tiết.
- Bài tập: 5 tiết.
7. Điều kiện tiên quyết:
Học sinh cần nắm vững về lý thuyết mạch điện, kiến thức cơ bản về điện tử.
8. Mô tả vắn tắt nội dung học phần:
Học phần bao gồm các phần chính: khái niệm & các đại lượng đặc trưng; linh kiện bán
dẫn công suất; bộ chỉnh lưu; bộ biến đổi điện áp xoay chiều; bộ biến đổi điện áp 1 chiều; bộ
nghịch lưu - biến tần
9. Nhiệm vụ của sinh viên:
- Đi học đúng giờ, thực hiện đúng các quy định, quy chế của nhà trường
- Dự lớp: Trên 80% tổng số buổi lên lớp
- Bài tập: làm các bài tập ở lớp và ở nhà. Hoàn thành bài thi và các bài kiểm tra.
10. Tài liệu học tập:
- Sách, giáo trình chính.
[2]. Điện tử công suất _ Nguyễn Bính _ NXB khoa học và kỹ thuật
- Sách tham khảo.
[1]. Điện tử công suất _ Hoàng Ngọc Văn _ ĐH sư phạm kỹ thuật TP HCM
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 2

[2]. Trang bị điện tử công nghiệp _ Vũ Quang Hồi _ NXB Giáo Dục
[3]. Giáo trình điện tử công suất 1_ Nguyễn Văn Nhờ_ NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM
[4]. Điện tử công suất _ Nguyễn Tấn Phước _ NXB TP HCM
11. Mục tiêu của học phần:
Môn học trang bị cho sinh viên nắm bắt được nguyên lý chuyển đổi tín hiệu năng lượng
điện AC – AC, AC – DC, DC – DC, DC – AC. Từ đó giúp cho sinh viện khảo sát phân tích
các bộ biến đổi công suất cơ bản: bộ chỉnh lưu; bộ biến đổi điện áp xoay chiều – một chiều;
nghịch lưu – biến tần.
12. Nội dung chi tiết học phần:
Ch ươ ng 1: LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT
1.1. Diode
1.2. Transistor công suất
1.3. Thyristor ( SCR )
1.4. Các linh kiện thuộc họ SCR
Ch ươ ng 2: BỘ ĐỔI ĐIỆN XOAY CHIỀU THÀNH ĐIỆN MỘT CHIỀU
2.1. Chỉnh lưu 1 pha
2.1.1. Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ
b. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ
c. Chỉnh lưu cầu
2.1.2. Chỉnh lưu 1 pha có điều khiển
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ
b. Chỉnh lưu cầu đối xứng
c. Chỉnh lưu cầu không đối xứng
2.2. Chỉnh lưu 3 pha
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 3
2.2.1. Chỉnh lưu hình tia không điều khiển
2.2.2. Chỉnh lưu hình tia có điều khiển

2.2.3. Chỉnh lưu cầu không điều khiển
2.2.4. Chỉnh lưu cầu có điều khiển
2.3. Bộ lọc
2.3.1 Mạch lọc dùng tụ.
2.3.2 Mạch lọc dùng LC.
Chương 3: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH MỘT CHIỀU
3.1. Bộ converter flyback
3.2. Bộ converter forward
3.3. Bộ converter push-pull
Chương 4: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH ĐIỆN XOAY CHIỀU
4.1. Sơ đồ nữa cầu dùng nguồn đôi.
4.2. Sơ đồ cầu
4.3. Sơ đồ đẩy kéo
4.4. Đổi điện một chiều ra điện xoay chiều dạng sin
4.5. Đổi điện một chiều ra điện xoay chiều 3 pha
Chương 5: BỘ BIẾN TẦN
5.1. Cấu trúc bộ biến tần
5.2. Hướng dẫn sử dụng một số biến tần thông dụng

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 4
Chương 1: LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT
A. Mục tiêu :
Sau khi học xong chương này, học sinh phải :
- Nhận dạng được linh kiện
- Nguyên lý hoạt động của từng loại linh kiện công suất
- Vẽ được đường đặt tuyến của từng loại linh kiện.
B. Nội dung :
1.1. DIODE

Chỉ dẫn điện theo một chiều từ Anôt đến Catôt. Điện áp U
AK
gọi là điện áp
thuận, U
KA
gọi là điện áp nghịch đặt lên diode, tùy từng loại mà chúng có các gía trị
khác nhau. Điện áp thuận U
AK
của diode Silic là 0,7V, của diode Gemani là 0,3V.
Điện áp nghịch đặt lên diode mà nó có thể chịu được tùy từng loại, có thể từ hàng trăm
vôn đến hàng ngàn vôn. Dòng điện mà diode chịu được cũng tùy theo từng loại có thể
từ vài trăm mA đến hàng trăm A. Diode thường được sử dụng trong chỉnh lưu .






Hình 1.1 Ký hiệu và hình dạng diode


A
K
A
K
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 5
1.2. TRANSIST OR CÔNG SUẤT
Có hai loại : Transistor thuận viết tắt là PNP và transistor nghịch viết tắt là NPN.

Chúng làm việc ở hai chế độ:
- Chế độ khóa: ngắt hoặc dẫn bảo hòa.
- Chế độ khuyếch đại.
Trong điện tử công suất, transistor làm việc ở chế độ khóa. Thông số quan trọng
nhất của transistor là hệ số khuyếch đại dòng điện  = I
C
/ I
B
. Để cho transistor dẫn
bảo hòa sâu ta phải cấp một dòng I
B
= kI
B
sat, với k là hệ số, I
B
sat là dòng cực B khi
transistor bảo hòa. Khi bảo hòa điện áp U
BE
≡ 0,7V; U
CE
= 0,2V



Hình 1.2: Ký hiệu và hình dạng một sô loại transistor

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 6
1.3. THYRISTOR ( SCR )

Có 3 cực: Anôt, Catôt và Gate (cực cổng).
Điều kiện cần và đủ mở SCR - UAK > 1V
- Ig ≥ Igst Igst là giá trị ghi trong sổ tay tra cứu
Điều kiện SCR khoá: Khi đã mở, SCR không tự khoá mặc dù xung dòng điều khiển đã
hết.
Để khóa SCR có hai cách:
- Giảm dòng làm việc I
AK
xuống dưới giá trị dòng duy trì I
H
,
- Đặt một điện áp ngược lên SCR (biện pháp thường dùng).
Điện trở SCR ở trạng thái ngắt cỡ hàng trăm kΩ, ở trạng thái mở còn khoảng
0,01Ω0,1Ω
Thời gian mở hoặc khóa SCR cỡ vài chục µs



Hình 1.3: Ký hiệu SCR và hình dạng vài loại SCR thông dụng

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 7
1.4. TRIAC
Triac giống hai SCR mắc song song ngược nhau. Triac có thể dẫn dòng theo hai
chiều tùy theo cách kích cực G, vì vậy triac không còn có khái niệm anôt và catôt thay
vào đó là T1 (hoặc B1) và T2 (hoặc B2) với ký hiệu T1 gần cực G.

Hình 1.4: Cấu tạo và ký hiệu triac
Phương pháp kích triac (mở triac).

+ Khi T2 có điện áp dương, kíck cực G bằng triac xung dương thì triac dẫn theo chiều
từ T2 đến T1
+ Khi T2 có điện áp âm, kíck cực G bằng xung âm thì triac dẫn theo chiều từ T1 đến
T2



Hình 1.5: Các phương pháp kích triac.
C. Câu hỏi ôn tập
Câu 1: Trình bày nguyên lý hoạt động của Diode, Transitor, thyristor, triac.
Câu 2: Vẽ đường đặt tuyến của Diode, Transitor, thyristor, triac.

-
T1
T2
-
T1
+
-
Z
-
T2
T1
Z
+
T2
+
G
-
+ +

T1
T2
G
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 8
Chương 2: BỘ ĐỔI ĐIỆN XOAY CHIỀU THÀNH ĐIỆN MỘT CHIỀU
A. Mục tiêu :
Sau khi học xong chương này, học sinh phải :
- Trình bày được vai trò của điện một chiều.
- Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch chỉnh lưu không điều khiển và
chỉnh lưu có điều khiển.
- Vẽ lại được mạch lọc và dạng sóng ngõ ra của mạch lọc dùng tụ và mạch lọc
LC. Nêu được ý nghĩa của bộ lọc.
B. Nội dung :
Trong kỹ thuật điện tử, buộc phải sử dụng điện một chiều để phân cực cho
transistor. Nhưng điện một chiều như pin, accu và máy phát một chiều quá tốn kém.
Có một cách đơn giản hiệu quả là chuyển điện xoay chiều đang có sẵn từ lưới điện
thành điện một chiều. Bộ đổi điện xoay chiều thành điện một chiều người ta còn gọi là
bộ chỉnh lưu.
Cấu trúc của một sơ đồ chỉnh lưu.
1 – Máy biến áp (MBA): Máy biến áp dùng để thay đổi mức điện áp của lưới điện phù
hợp với điện áp cần sử dụng.
2 – Chỉnh lưu: Là sơ đồ chỉnh lưu thực hiện chức năng biến đổi điện xoay chiều thành
điện một chiều.
3 – Mạch lọc: Gồm các phần tử phản kháng như tụ điện, cuộn cảm làm chức năng san
phẳng điện áp chỉnh lưu, giảm độ mấp mô.
4 – Mạch phản hồi: Làm chức năng đo lường tín hiệu như dòng điện, điện áp ở lối ra
mạch chỉnh lưu đưa đến mạch điều khiển.
5 – Mạch điều khiển: Dùng để điều khiển các thyristor trong chỉnh lưu có điều khiển.

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 9






Hình 2.1: Cấu trúc chung của một sơ đồ chỉnh lưu.
2.1. CHỈNH LƯU 1 PHA
2.1.1. Chỉnh lưu 1 pha không điều khiển
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ.
Tải thuần trở R Ở bán kỳ dương diode cho dòng qua tải, U
o
=U
i
. Bán kỳ âm
diode khóa không cho dòng qua tải U
o
= 0. Gía trị điện áp chỉnh lưu trung bình :
Utb=0,45Ui với Ui trị hiệu dụng của điện áp vào.

Hình 2.2: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ và dạng điện ra trên tải
Tải điện trở và điện cảm (R + L): Vì tải có tính cảm nên sẽ sinh ra sức điện
động tự cảm e ngược với chiều biến thiên của dòng điện: e = - L.di/dt, tức là nó có xu
hướng chống lại sự tăng hoặc giảm dòng điện sinh ra nó. Trên hình ta thấy rằng, trong
khoảng 01 dòng id tăng từ từ (vì nó chống lại sự tăng của dòng điện vào), cuộn
cảm L tích lũy năng lượng. Trong khoảng 1   2 dòng vào giảm dần, sức điện động
MBA
Chỉnh
lưu
Lọc
Phản
hồi
Điều
khiền
Tải một
chiều
Ui
R
Uo
0
u
O

U
imax
U
tb
t
u
O

i
R
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 10
tự cảm e sinh một dòng điện cùng chiều với dòng vào (chống lại sự giảm của dòng vào)
vì vậy dù ui đổi chiều nhưng vẫn có dòng qua tải. Trong thực tế đối với mạch tải R + L
người ta dùng một diod Dr mắc song song với tải để dẫn dòng tự cảm hoàn trả năng
lượng, vừa để duy trì được dòng điện tải trong nửa chu kỳ âm của điện áp nguồn vừa
bảo vệ diode. Dòng điện i đạt giá trị cực đại tại 1







Hình 2.3: Sơ đồ chỉnh lưu bán kỳ tải R + L và dạng điện áp, dòng điện ra trên tải
b. Chỉnh lưu 2 nửa chu kỳ (toàn kỳ)
*. Mạch chỉnh lưu hình tia.






Hình 2.4: Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải
Với mạch chỉnh lưu hình tia dùng diode điện áp ra trung bình: Utb = 0,45.Ui. Dòng
trung bình qua tải
R

U
R
U
I
itb
tb
45,0

L
Uo
Dr
D
Ui
R
0
U
O
U
imax
u
O
I
Z

1

2


I

Z
Uin
R
HI
U1
HI
1
4
5
6
8
t
0
U
max
U
tb
u
O
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 11
Sơ đồ hình tia có nhược điểm là điện áp ngược đặt lên Diode lớn gấp đôi nên ít
được dùng.
*. Mạch chỉnh lưu hình cầu.

Hình 2.5: Sơ đồ chỉnh lưu toàn bán kỳ và dạng điện áp ra trên tải
Vào bán kỳ dương D2 và D4 dẫn, dòng điện chạy từ nguồn dương (+) (chân số 1)
qua D2 đến tải R qua D4 và về nguồn âm (-) (chân số 3). Vào bán kỳ âm D3 và D1 dẫn,
dòng điện chạy từ nguồn dương (chân số 3) qua D3 đến tải R qua D1 và về nguồn (chân
số 1).
2.1.2. Chỉnh lưu 1 pha có điều khiển
Chỉnh lưu dùng SCR gọi là chỉnh lưu có điều khiển. SCR chỉ mở cho dòng chảy
qua khi thỏa mãn hai điều kiện: UAK0 và IG  0 và nó tự động khóa lại ở bán kỳ âm
của điện áp, vì vậy cần phải có mạch kích SCR vào thời điểm thích hợp.
a. Chỉnh lưu nửa chu kỳ
*. Trường hợp tải thuần trở:






Hình 2.6:
Mạchh chỉnh lưu một pha dùng SCR và dạng điện áp ra trên tải thuần trở R.
D1
HI
- +
D3
1
4
3
2
Uo
HI
Ui

D4
D2
t
0
U
max
U
tb
u
O
Kích

A
K
U
AC
U
R
0
U
R

t

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 12
Vào bán kỳ dương đoạn từ 0-

SCR được phân cực thuận nhưng vẫn chưa dẫn vì chưa có

xung kích vào cực G. Đoạn từ

đến

SCR dẫn vì đã có xung kích vào cực G. Vào bán kỳ
âm SCR được phân cực nghịch nên SCR ngưng dẫn. Như vậy, tùy thuộc vào vị trí góc mở

mà dạng sóng điện áp ra thây đổi.
Điện áp ra trung bình trên tải:
1 cos
0,45 .
2
tb in
UU



. với

gọi là góc mở tính từ
thời điểm điện áp đổi chiều từ âm sang dương, tức lúc U = 0.
Trường hợp tải R + L: Do tải mang tính cảm nên đường cong dòng điện id kéo dài ra khỏi


khi mà điện áp Ui đã chuyển sang nửa chu kỳ âm

Hình 2.7:
Dạng điện áp và dòng điện trên tải R + L khi chỉnh lưu bán kỳ bằng SCR

là góc tính từ gốc toa độ đến điểm dòng điện iR giảm về 0, gọi là góc tắt dòng.
b. Chỉnh lưu toàn kỳ có điều khiển.
*. Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển.



Hình 2.8:
Mạch chỉnh lưu hình tia có điều khiển và dạng sóng ngõ ra
A
Uo
T1
T2
1
4
5
6
8
R
B
0
u
O
U
max
u
O
I

Z

1






U
max


0
u
O
V
G
0

1

2

3

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 13
Với U

in
= U
AB
ta có điện áp trung bình lối ra:
2
cos1
45,0



intb
UU

Ta có thể kích theo thứ tự từng SCR một, nhưng cũng có thể kích đồng thời hai SCR
vì lúc đó một trong hai SCR bị phân cực ngược do đó không bị ảnh hưởng bởi xung kích.
*. Mạch chỉnh lưu hình cầu có điều khiển.





Hình 2.9: Sơ đồ chỉnh lưu cầu dùng SCR
Dạng diện áp ra cũng giống trường hợp chỉnh lưu hình tia nhưng biên độ gấp đôi.
Điện áp trung bình lối ra: .
2
cos1
9,0




intb
UU

Ngoài sơ đồ chỉnh lưu cầu như ở trên, còn có các mạch chỉnh lưu gọi là không đối
xứng với việc thay hai SCR bằng hai diod.





Hình 2.10: Mạch chỉnh lưu cầu không đối xứng
Giá trị điện áp trung bình trong chỉnh lưu không đối xứng cũng như trường hợp
đối xứng
1 cos
0,9
2
TB in
UU



, tuy nhiên mạch điều khiển đơn giản, dễ sử dụng và giá
thành hạ.

R
T2
T4
T1
T3
Ui

R
D2
D3
T1
T4
Ui
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 14
2.2. CHỈNH LƯU 3 PHA
2.2.1. Chỉnh lưu hình tia không điều khiển
Hoạt động : Trên đồ thị, các điểm 
1
, 
2
,
3
, 
4
…mà tại đó các đường điện áp pha cắt
nhau, gọi là các điểm chuyển mạch tự nhiên.
Trong khoảng 
1
<  < 
2
: u
a
lớn nhất, D1 dẫn, u
O
= u

a
Trong khoảng 
2
<  < 
3
: u
b
lớn nhất, D2 dẫn, u
O
= u
b

Trong khoảng 
2
<  < 
3
: u
c
lớn nhất, D3 dẫn, u
O
= u
c

Điện áp chỉnh lưu thu được là đường bao phía trên của các đường điện áp.
Điện áp trung bình sau chỉnh lưu: U
tb
= 1,17 U
p
, với U
p

là điện áp pha.








Hình 2.11: Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia và dạng sóng ngõ ra

2.2.2. Chỉnh lưu hình tia có điều khiển
Điện áp ra trung bình: Trường hợp :

≤ 30
0
; U
tb
= 1,17 U
p
.cos

, với  là góc tính từ
điểm giao nhau của các đường điện áp pha (phần dương) đến khi có xung điều khiển.
Khi

> 30
0
;














 1
6
cos
2
2.3



Ptb
UU


N
Uo
D1
D3
b
R

D2
a
c
0
u
O
a
b
c

1

2

3
U
pmax



4
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 15

Hình 2.12: Mạch chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển và dạng sóng ngõ ra

2.2.3. Chỉnh lưu cầu không điều khiển
Ta chia các diode ra làm hai nhóm: Nhóm catot chung bao gồm T1, T3, T5 và
nhóm anôd chung bao gồm T2, T4, T6.







Hình 2.13: Mạch chỉnh lưu ba pha hình cầu và dạng sóng ngõ ra

Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ chỉnh lưu cầu.
+ Khi: 
1
<  < 
2
: điện áp pha a cao nhất, pha b thấp nhất D1, D6 mở (D6,D1)
+ Khi: 
2
<  < 
3
: điện áp pha a cao nhất, pha c thấp nhất D1, D2 mở (D1,D2)
+ Khi: 
3
<  < 
4

: điện áp pha b cao nhất, pha c thấp nhất D3, D2 mở (D2,D3)
+ Khi: 
4
<  < 
5
: điện áp pha b cao nhất, pha a thấp nhất D3, D4 mở (D3,D4)
N
Uo
b
T1
T3
T2
R
a
c

0
u
O
U
pmax
a
b
c










u
O
R
N
D2
D3
D5
Uo
D4
b
_
a
D6
c
D1 +
0
u
O
a
b
c

4

1

3


5
U
pmax



2

6

7
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 16
+ Khi: 
5
<  < 
6
: điện áp pha c cao nhất, pha a thấp nhất D5, D4 mở (D4, D5)
+ Khi: 
6
<  < 
7
: điện áp pha c cao nhất, pha b thấp nhất D5, D6 mở (D5,D6)
Điện áp trung bình lối ra: U
tb
= 2,34 U
p

2.3. BỘ LỌC
Lọc điện là làm cho điện áp một chiều bớt mấp mô, gợn sóng, làm cho nó bằng
phẳng hơn, trước khi đưa đến tải tiêu thụ.
2.3.1 Mạch lọc dùng tụ.
Hình 2.14 trình bày sơ đồ lọc bằng tụ điện sau khi chỉnh lưu một nửa chu ky, và
hình 22 là dạng điện áp ra trên tải R. Dòng điện liên tục được nạp vào tụ và phóng qua
R tạo thành đường mấp mô gợn sóng.
Dạng điện áp ra sau khi lọc bằng tụ có tải R được biểu diễn trên hình 2.14. Từ 0
đến 
1
điện áp ra chính là điện áp vào đồng thời tụ C nạp điện. Từ 
1
đến 
2
tụ C
phóng điện qua R.






Hình 2.14: Mạch lọc dùng tụ điện

V
r
gọi là điện áp gợn , đối với chỉnh lưu bán kỳ là:
Cf
I
Vr

.

, với I dòng trung
bình qua tải, f – tần số nguồn điện. Đối với chỉnh lưu hai bán kỳ :
Cf
I
Vr
.2

. Như vậy
cùng một tụ lọc và tần số nguồn điện, chỉnh lưu hai nửa chu kỳ cho ta điện áp một
chiều ít mấp mô hơn.
Uo
D
+
R
C
Uin
0
u
O




1



2

U
imax

V
r

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 17
Với cùng một tụ lọc, tần số nguồn điện nào càng cao độ mấp mô càng nhỏ.
Trong thực tế người ta tạo ra nguồn điện một chiều với độ mấp mô nhỏ bằng cách
chỉnh lưu và lọc các dao động có tần số cao
2.3.2 Mạch lọc dùng LC.
Bộ lọc LC được dùng cho thiết bị chỉnh lưu công suất lớn. Chúng ta biết rằng
cuộn cảm có trở kháng tỷ lệ với tần số (Z
L
=  L) còn tụ điện có trở kháng tỷ lệ nghịch
với tần số nguồn điện (Z
C
= 1/C), vì vậy kết hợp hai phần tử này ta sẽ có bộ lọc.
Cuộn cảm L mắc nối tiếp với tải sẽ chặn lại những thành phần tần số cao, tụ điện C
mắc song song với tải sẽ cho qua (nối mat) những thành phần tần số cao mà cuộn cảm
không chặn lại được.




Hình 2.15: Mạch lọc LC

C. Câu hỏi ôn tập
Câu 1: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu bán kỳ không điều khiển
Câu 2: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình tia không điều
khiển
Câu 3: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu cầu không điều khiển
Câu 4: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu bán kỳ có điều khiển
Câu 5: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu toàn kỳ hình tia có điều
khiển
Câu 6: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của mạch chỉnh lưu cầu có điều khiển
Câu 7: Vẽ lại mạch lọc và dạng sóng ngõ ra của mạch lọc dùng tụ

C
R
+
Uo
+
L
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 18
Chương 3: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH MỘT CHIỀU
A. Mục tiêu :
Sau khi học xong chương này, học sinh phải :
- Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch converter flyback, forward,
push-pull
- Trình bày hoạt động của mạch
B. Nội dung :
Trong một số ứng dụng người ta cần dùng điện một chiều có điện áp cao từ
nguồn 1 chiều là pin hoặc bình accu hoặc điều khiển điện áp một chiều như xe đạp điện.
Để thực hiện viêc đó ta cần bộ biến đổi gọi chung là bộ đổi điện một chiều thành điện

một chiều. Bộ biến đổi này còn có tên gọi khác là Converter.
3.1. Bộ converter flyback
Hình 3.1 là sơ đồ dạng bộ converter flyback cách ly và các dạng sóng ở chế độ ổn
định. Mạch hoạt động như sau: Khi transistor Q1 dẫn, dòng điện sơ cấp bắt đầu tăng
trong cuộn sơ cấp, tích trữ năng lượng. Do sự bố trí ngược cực tính giữa các cuộn dây
ngõ vào và ngõ ra của biến áp, nên không có năng lượng ra tải do diode D bị phân cực
ngược.
Khi transistor ngưng dẫn, cực tính của cuộn dây được đổi ngược lại do từ thông
giảm. Bây giờ diode D dẫn, nạp vào tụ C và cấp dòng IL ra tải.

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 19

Hình 3.1: Bộ converter flyback cách ly và các dạng sóng tương ứng.
3.2. Bộ converter forward
Phần tử cách ly trong bộ converter forward là biến áp, phần tử tích trữ năng
lượng là cuộn dây L yêu cầu phải có ở ngõ ra để mạch hoạt động tốt hơn và hiệu suất
cao hơn Chú ý rằng dây quấn cuộn sơ cấp và thứ cấp có cùng cực tính. Hoạt động của
mạch như sau: Khi Q1 dẫn, dòng điện tăng dần trong cuộn sơ cấp, tích trữ năng lượng.
Vì cuộn dây sơ cấp và thứ cấp có cùng cực tính nên năng lượng này được chuyển ra
ngõ ra và được tích trữ trong cuộn L thông qua diode D2 được phân cực thuận. Diode
D3 phân cực ngược. Khi Q1 ngưng dẫn, điện áp trên cuộn dây biến áp đảo chiều làm
phân cực ngược D2. Bây giờ diode D3 được phân cực thuận dẫn dòng điện ngõ ra
cung cấp đến tải thông qua cuộn dây L.

T
ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 20











Hình 3.2: Bộ converter forward cách ly và các dạng sóng
Cuộn dây thứ 3 và diode D1 cung cấp từ trường cho biến áp khi Q1 ngưng dẫn trả
năng lượng qua biến áp ra ngõ ra dc. Vùng được tô đen trong dạng sóng hình 3.2 là
dòng điện từ hóa

Trong đó Tmax là chu kỳ khi transistor Q1 dẫn và L là cuộn dây ngõ ra tính bằng H.
3.3. Bộ converter push-pull
Bộ converter push-pull thật sự là 2 bộ converter forward ghép lại và làm việc
ngược pha nhau. Mỗi nửa bộ converter push-pull cung cấp công suất ra tải trong nửa
chu kỳ.
Hình 3.2 trình bày mạch push-pull cơ bản và các dạng sóng tương ứng. Từ dạng
sóng chúng ta có thể thấy rằng vì có 2 bộ transistor chuyển mạch và diode ngõ ra nên
dòng điện trung bình qua mỗi phần được giảm đi một nửa so với bộ converter forward.
Chú ý rằng khoảng thời gian giữa hai transistor dẫn thì diode D
1

và D
2
dẫn đồng thời
nên không cần phải có diode flywheel.
L
VT
I
inmax
mag


ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 21

Hình 3.2: dạng sóng tương ứng
Điện áp ngõ ra bộ converter này có thể được tính

Giá trị 
max
trong phương trình trên phải nhỏ hơn 0,5 để tránh 2 transistor chuyển mạch
dẫn đồng thời. Giả sử 
max
= 0,4 thì phương trình 2.45 có thể viết lại:
n
V2
V
inmax
out


ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 22

Trong đó n là tỉ lệ số vòng dây quấn sơ cấp trên thứ cấp
Những giới hạn của mạch converter push-pull
Mặc dù converter push-pull có một số ưu điểm nhưng nó cũng có một số nhược
điểm. Giới hạn đầu tiên là điện áp của transistor phải nhỏ hơn hoặc bằng hai lần điện
áp ngõ vào. Bộ converter này tạo ra các đỉnh điện áp rất cao là do cảm kháng đỉnh của
biến áp tạo ra như trong hình 3.2. Điều này có nghĩa là transistor có thể chịu điện áp
trên 800V khi điện áp vào là 230Vac. Đây có thể là vấn đề của các bộ converter công

suất cao, vì dòng điện cao, điện áp cao và giá thành cũng cao.

Hình 3.3: Các dạng sóng điện áp và dòng điện thực tế của converter push-pull
V
L
là điện áp cảm ứng đỉnh nhọn sơ cấp biến áp
I
S
là dòng điện đỉnh nhọn do biến áp bão hòa
Trong hình 3.4 cũng trình bày vần đề thứ hai của mạch push-pull là bão hòa từ
của lõi biến áp. Trong hầu hết các nguồn xung hiện nay thì lõi ferrit được sử dụng phổ
biến nhất vì tổn hao thấp và chịu được tần số cao 20KHz hoặc cao hơn nữa. Nhưng lõi
ferrit cũng có khả năng bão hòa từ cao vì mật độ từ thông thấp (thường sử dụng
khoảng 3000 Gauss). Vì vậy một lượng nhỏ phân cực dc trong lõi sắt sẽ dẫn đến bão
hòa từ. Đây mới là vấn đề của mạch push-pull. Khi một transistor dẫn, từ thông sẽ
chạy theo một hướng của đương cong B-H và chạy theo hướng ngược lại khi transistor
n
V8,0
V
in
out

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 23
thứ nhất ngưng dẫn và transistor thứ hai dẫn. Để hai vùng có mật độ từ thông bằng
nhau, thì độ bão hòa từ và đặc tính chuyển mạch của hai transistor chuyển mạch điện
tử phải giống nhau dưới tất cả điều kiện và nhiệt độ làm việc. Nếu đặc tính của các
transistor không giống nhau, thì từ thông bị lệch về một hướng dẫn đến lõi sắt rơi vào
vùng bão hòa

Dòng điện vượt quá sinh ra một lượng lớn công suất tổn hao trên transistor làm
nóng transistor, làm mất cân bằng giữa các transistor, làm tăng độ bão hòa từ sinh ra
dòng điện bão hòa từ cao hơn. Chu kỳ này cứ tiếp tục cho đến khi transistor bị quá
nhiệt và làm hỏng mạch.
Có thể có hai cách giải quyết vấn đề này. Thứ nhất là khe hở lõi từ là nguyên
nhân làm tăng các cảm ứng đỉnh nhọn và vì vậy cần làm giảm tổn hao lõi từ để cải
thiện hiệu suất. Thứ hai là sử dụng mạch hiệu chỉnh đối xứng đảm bảo cân bằng hoạt
động của biến áp bằng cách giữ tỉ lệ on-off của các transistor bằng nhau. Nhưng
phương pháp này đòi hỏi phải có nhiều mạch phụ làm tăng giá thành và mạch phức tạp
hơn.
C. Câu hỏi ôn tập
Câu 1: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch converter flyback. Trình bày hoạt
động của mạch.
Câu 1: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch converter fforward. Trình bày
hoạt động của mạch.
Câu 1: Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch converter. Trình bày hoạt động
của mạch.



ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 24
Chương 4: ĐỔI ĐIỆN MỘT CHIỀU THÀNH ĐIỆN XOAY CHIỀU
A. Mục tiêu :
Sau khi học xong chương này, học sinh phải :
- Trình bày được vai trò của việc đổi điện một chiều thành điện xoay chiều.
- Vẽ lại sở đồ và dạng sóng ngõ ra của các mạch nghịch lưu cầu, nghịch lưu
đẩy kéo.
- Trình bày được phương pháp đổi điện một chiều thành điện xoay chiều 3 pha.

Vẽ được dạng sóng ngõ ra.
B. Nội dung :
Những lúc mất điện, người ta cần chuyển đổi điện một chiều từ bình accu, pin
thành điện xoay chiều để điều khiển một số yêu cầu thiết yếu như máy vi tính, đèn
chiếu sáng … Hoặc năng lượng tích tụ được từ pin mặt trời, năng lượng gió cần phải
chuyển thành điện xoay chiều để hòa với lưới điện. Bộ đổi điện một chiều ra điện xoay
chiều gọi là bộ nghịch lưu
Có một số loại thiết bị nghịch lưu sau đây :
- Thiết bị đổi điện một chiều từ bình accu ra điện xoay chiều tần số 50Hz 220V
để cấp điện dự phòng khi mất điện lưới.
- Thiết bị đổi điện một chiều thành điện xoay chiều cung cấp cho phụ tải cộng
hưởng tần số và điện áp phụ thuộc vào tải như lò nung thép trung tần.
- Thiết bị đổi điện một chiều thành điện xoay chiều có tần số và điện áp thay đổi
được cung cấp cho động cơ điện 3 pha.
4.1. Sơ đồ nữa cầu dùng nguồn đôi.
Để đơn giản vấn đề ta dùng hai tiếp điểm cơ khí T1 và T2 mắc theo sơ đồ dưới đây

ĐH Tôn Đức Thắng - Phòng TCCN Bài giảng điện tử công suất

Huỳnh Tấn Đệ Trang 25






Hình 4.1: Sơ đồ nghịch lưu nửa cầu dùng nguồn đôi
T1 và T2 luân phiên nhau dẫn điện, T1 dẫn dòng từ A qua B, T2 dẫn dòng từ B
qua A. Dạng sóng điện áp và dòng ra trên tải R phụ thuộc vào tải như sau :
Bán kỳ 1 : T1 dẫn , T2 ngưng dẫn V

out
=V
in
.
Bán kỳ 2 : T2 dẫn , T1 ngưng dẫn V
out
=- V
in
.
Như vậy điện áp ra có dạng hình chữ nhật, điện áp hiệu dụng bằng :
inoutoutoutout
V
T
V
T
T
V
T
dtV
T
V 

2
1
)(
2
11
222

Nếu tải là thuần trở thì

R
Vout
I 
cũng có dạng hình chữ nhật.
Nếu tải cảm kháng thì :
Khi T1 dẫn :
int
L
Vin
Iout Im
;
L
VinT
in
4
Im 

Khi T2 dẫn :
ax
T
t
L
Vin
Iout Im)
2
( 
;
L
VinT
ax

4
Im 

Nếu tải có R – L thì :


tt
Iee
L
Vin
Iout

 )1(



T1

V
R
V
v
V
v