Đồ án mạch điều khiển cho chỉnh lưu cầu ba pha

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
1


MỤC LỤC

Chương I : MẠCH ĐIỀU KHIỂN…………………………………………………3
1.1 Ứng dụng của mạch điều khiển…………………………………………3
1.2 Một số loại mạch điều khiển……………………………………………3
1.3 Yêu cầu chung của mạch điều khiển……………………………………3
Chương II : MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU…………………… 4
2.1 Mạch chỉnh lưu…………………………………………………………4
2.2 Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển………………………………… 4
2.3 Nguyên lý điều khiển Thyristor……………………………………… 5
2.4 Cấu trúc mạch điều khiển Thyristor………………………………… 5
2.4.1 Các hệ điều khiển chỉnh lưu…………………………………….5
2.4.2 Các nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ……………………6
2.4.3 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển…………………………………9
2.4.3.1 Khâu đồng bộ……………………………….10
2.4.3.2 Khâu tạo điện áp tựa……………………… 13
2.4.3.3 Khâu so sánh……………………………… 16
2.4.3.4 Khâu tạo xung chùm…………………………20
2.4.3.5 Khâu khuếch đại…………………………… 23
2.5 Nguồn cung cấp cho mạch điều khiển………………………………… 26
Chương III : TÍNH TOÁN CÁC THAM SỐ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHỈNH
LƯU CẦU BA PHA

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
2

3.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha…………………27
3.2 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha……….29
3.3 Giới thiệu một số linh kiện có trong mạch điều khiển………………… 29
3.3.1 Tụ điện………………………………………………………29
3.3.2 Điện trở…………………………………………………… 35
3.3.3 LM741………………………………………………………38
3.4 Tính toán các thông số của mạch điều khiển…………………………….45
Chương IV : MÔ PHỎNG MẠCH BẰNG PROTEUS……………………….49
4.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng Proteus………………………… 49
4.2 Chạy mô phỏng mạch điều khiển chỉnh lưu cầu ba pha………… 49
Chương V : CHẾ TẠO MẠCH THỰC TẾ………………………………… 51
5.1 Vẽ mạch in bằng ARES………………………………………… 51
5.2 Mạch in dạng 3D………………………………………………… 51
5.3 Mô hình mạch thật…………………………………………………52










Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
3

CHƯƠNG I: MẠCH ĐIỀU KHIỂN

1.1 Ứng dụng của mạch điều khiển.

Mạch điều khiển có nguồn gốc từ nhu cầu tự động hóa máy móc trong sản
xuất nhằm thực hiện công việc sản xuất với tốc độ nhanh cũng như độ chính xác
cao hơn. Nhờ có nó, chúng ta có thể không ngừng nâng cao sản xuất và cả chất
lượng sản phẩm.
1.2 Một số mạch điều khiển.
- Điều khiển chỉnh lưu.
- Điều khiển tốc độ động cơ một chiều.
- Mạch lọc tích cực.
- Cảm biến nhiệt độ.
……………
1.3 Yêu cầu chung của mạch điều khiển.
1 Phát xung điều khiển chính xác đúng thời điểm do người thiết kế tính toán
2 Các xung điều khiển phải đủ lớn về biên độ và độ rộng của xung để có thể
mở được các van.
3 Các xung điều khiển phải có tính đối xứng cao, đảm bảo được pham vi
điều chỉnh góc mở
4 Có khả năng chống nhiễu, tác động nhanh.
5 Đảm bảo mạch hoạt động ổn định và tin cậy khi lưới điện dao động cả về
biên độ và tần số.
6 Ngoài ra hệ thống điều khiển phải có nhiệm vụ ổn định dòng điện tải và
bảo vệ hệ thống khi sảy ra sự cố quá tải hay ngắn mạch.



Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
4


CHƯƠNG II MẠCH ĐIỀU KHIỂN BỘ CHỈNH LƯU

2.1 Mạch chỉnh lưu
Bộ chỉnh lưu dùng để biến dòng điện xoay chiều thành dòng điện một
chiều cấp cho tải. Lĩnh vực ứng dụng bộ chỉnh lưu rất rộng rãi vì chủng
loại tải dùng dòng điện một chiều rất đa dạng.
Chỉnh lưu được phân làm ba loại:
- Chỉnh lưu có điều khiển (chỉnh lưu dùng Thyristor).
- Chỉnh lưu không điều khiển (chỉnh lưu dùng điôt).
- Chỉnh lưu bán điều khiển (dùng cả điôt và Thyristor).
Khi mạch chỉnh lưu sử dụng các van bán dẫn điều khiển được (Thyristor)
sẽ cần có mạch điều khiển để thực hiện việc cho van dẫn dòng vào các thời
điểm cần thiết nhằm khống chế năng lượng đưa ra tải.
Các mạch chỉnh lưu cơ bản:
- Chỉnh lưu một pha nửa chu kỳ.
- Chỉnh lưu một pha có điểm giữa.
- Chỉnh lưu một pha sơ đồ cầu.
- Chỉnh lưu ba pha hình tia.
- Chỉnh lưu ba pha sơ đồ cầu.
- Chỉnh lưu sáu pha hình tia.
- Chỉnh lưu sáu pha có cuộn khác cân bằng.
2.2 Chỉnh lưu cầu ba pha có điều khiển.
Đây là loại được sử dụng rộng rãi trong thực tế, vì có các ưu điểm vượt trội.
Ưu điểm :

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
5

- Cho phép đấu thẳng vào lưới điện ba pha.
- Độ đập mạch rất nhỏ (5,7%).
- Công suất máy biến áp cũng chỉ xấp xỉ công suất tải, đồng thời
gây méo lưới điện ít hơn các loại khác.

Nhược điểm : Sụt áp trên van gấp đôi sơ đồ hình tia vì luôn có hai van dẫn để đưa
dòng ra tải, nên sẽ không phù hợp với cấp điện áp ra tải dưới 10V.
Mạch điều khiển có các chức năng sau:
- Điều chỉnh được vị trí xung điều khiển trong phạm vi nửa chu kỳ dương
của điện áp trên anôt- catôt của Thyristor.
- Tạo ra được các xung có đủ điều kiện mở được Thyristor. Xung điều
khiển thường có biên độ từ 0,5 đến 5V, độ rộng xung t
x
= 20-500μs đối với
thiết bị chỉnh lưu hoặc cặp Thyristor đấu song song ngược.
Độ rộng xung được xác định theo biểu thức:

dt
di
I
t
dt
x


Trong đó:
I
dt
là dòng duy trì của Thyristor;
di/dt là tốc độ tăng trưởng của dòng tải.
2.3 Nguyên lý điều khiển Thyristor.
Đối với chỉnh lưu Thyristor thì mạch điều khiển có vai trò rất quan trọng, vì nó
quyết định đến chất lượng và độ tin cậy của bộ biến đổi. Thyristor chỉ mở cho
dòng điện chạy qua khi có điện áp dương đặt lên anôt và xung điện áp dương đặt
lên cực điều khiển. Sau khi Thyristor đã mở thì xung điều khiển không còn tác

dụng, dòng điện chảy qua Thyristor do thông số của mạch động lực quyết định.
2.4 Cấu trúc mạch điều khiển Thyristor.
2.4.1 Các hệ điều khiển chỉnh lưu.
Có hai hệ điều khiển chỉnh lưu

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
6

Hệ đồng bộ : Trong hệ này góc điều khiển mở van α luôn được xác
định xuất phát từ một thời điểm cố định của điện áp mạch lực. Ví dụ trong
chỉnh lưu một pha điểm mốc này thường lấy qua điểm không của điện áp
lực. Vì vậy trong mạch điều khiển phải có một khâu thực hiện nhiệm vụ
này gọi là khâu đồng pha để đảm bảo mạch điều khiển hoạt động theo nhịp
của điện áp lực
Hệ không đồng bộ : Trong hệ này góc α không xác định theo điện áp
lực mà được tính dựa vào trạng thái của tải chỉnh lưu và vào góc điều khiển
của lần phát xung mở van ngay trước đấy. Do đó mạch điều khiển dạng
này không cần khâu đồng bộ. Tuy nhiên để bộ chỉnh lưu hoạt động bình
thường bắt buộc phải thực hiện điều khiển theo mạch vòng kín, không thể
thực hiện với mạch hở.
Hệ đồng bộ có nhược điểm nhậy nhiễu lưới điện vì có khâu đồng bộ
liên quan đến điện áp lực, nhưng có ưu điểm hoạt động ổn định và dễ thực
hiện.
Ngược lại, hệ không đồng bộ chống nhiễu lưới điện tốt hơn nhưng
kém ổn định. Hiện nay đại đa số các mạch điều khiển chỉnh lưu thực hiện
theo hệ đồng bộ, vì vậy dưới đây chỉ đề cập đến hệ này.
2.4.2 Các nguyên tắc điều khiển trong hệ đồng bộ.
Để điều chỉnh góc mởi của các Thyristor trong nửa chu kỳ điện áp
dương, ta thường dùng hai nguyên tắc điều khiển: thẳng đứng tuyến tính và
thẳng đứng arccos.

a.
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính : Theo nguyên tắc
này, người ta dùng 2 điện áp: Điện áp đồng bộ (U
đb
) , đồng bộ với
điện áp đặt trên cực A-K của Thyristor, thường đặt bào đầu đảo
của khâu so sánh. Điện áp điều khiển ( U
đk
) là điện áp 1 chiều có
thể điều chỉnh được biên độ. Thường đặt vào đầu không đảo của
khâu so sánh.
Bấy giờ hiệu điện thế đầu vào của khâu so sánh là :
U
ss
= U
đk
– U
đb
.

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
7

Mỗi khi U
đk
= U
đb
, thì khâu so sánh lật thạng thái, ta nhận được
“sườn xuống” của điện áp đầu ra của khâu so sánh. “ Sườn xuống”
này thông qua đa hài một trạng thái ổn định tạo ra một xung điều

khiển.
Như vậy, bằng cách làm biến đổi U
đk
người ta có thể điều chỉnh
được thời điểm xuất hiện xung ra, tức là điều chỉnh được góc mở α
của Thyristor.
Giữa α và U
đk
có quan hệ sau:
α = πU
đk
/U
đb
(Người ta lấy U
đkmax
= U
đb
)

Uđb

Uđkmax

Uđk

0
Hình 1: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng tuyến tính

b.
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos: Theo nguyên tắc này

người ta cũng dùng 2 điện áp. Điện áp điều khiển U
c
là điện áp 1
chiều có thể điều chỉnh được biên độ theo cả hai hướng ( âm và
dương ). Điện áp đồng bộ U
r
vượt trước điện áp anot – catot của
thyristor một góc bằng π/2 (nếu u
ak
= Asinωt thì u
r
= Bcosωt).



Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
8


Hình 2: Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng ARCCOS.

Trên hình vẽ đường nét đứt là điện áp anot – catot của Thyristor. Từ
điện áp này người ta tạo ra u
r
. Tổng đại số u
r
+ u
c
được đưa tới đầu vào của
khâu so sánh. Khi u

r
+ u
c
= 0 thì ta nhận được một xung đầu ra của khâu so
sánh.
u
c
+ Bcosα = 0
Do đó, α = arcos(-u
c
/B) (người ta lấy B = u
cmax
)
Khi u
c
= 0 thì α = π/2
Khi u
c
= u
cmax
thì α = π
Khi u
c
= - u
cmax
thì α = 0
Như vậy khi u
c
biến thiên từ -u
c

đến
+
u
c
thì α biến thiên từ 0 đến π.
Nguyên tắc điều khiển thẳng đứng arccos được sử dụng trong các thiết bị
đòi hỏi chất lượng cao.
Điều khiển Thyristor trong chỉnh lưu hiện nay thường gặp là điều khiển
theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính.

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
9



Hình3 : Nguyên lý điều khiển chỉnh lưu.


2.4.3 Sơ đồ cấu trúc mạch điều khiển.
Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor như hình 4.
Cấu trúc của một mạch điều khiển Thyristor gồm 3 khâu chính sau đây:
- Khâu đồng bộ (ĐB): Tạo tín hiệu đồng bộ với điện áp anôt-catôt của
Thyristor cần mở. Tín hiệu này là điện áp xoay chiều, thường lấy từ biến áp
có sơ cấp nối song song với Thyristor cần mở.
- Khâu so sánh-tạo xung (SS-TX): làm nhiệm vụ so sánh giữa điện áp
đồng bộ thường đã được biến thể với tín hiệu điều khiển một chiều để tạo
ra xung kích mở Thyristor.
- Khâu khuếch đại xung (KĐ): tạo ra xung mở có đủ điều kiện để mở
Thyristor.

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
10


Khi thay đổi giá trị điện áp một chiều U
đk
thì góc mở α sẽ thay đổi.

2.4.3.1 Khâu đồng bộ.
Theo sơ đồ cấu trúc, khâu này có hai chức năng:
a. Đảm bảo quan hệ về góc pha cố định với điện áp của van mạch lực
nhằm xác định điểm gốc để tính góc điều khiển α, và mạch có tên gọi là
mạch đồng pha.
b. Hình thành điện áp có dạng phù hợp làm xung nhịp cho hoạt động
của khâu tạo điện áp tựa phía sau nó, mạch này mang tên mạch đồng bộ,
hoặc mạch xung nhịp.
Thực tế khâu này có quan hệ ảnh hưởng qua lại chặt chẽ với khâu tạo
điện áp tựa, nên trong một số trường hợp đơn giản, hai chức năng trên
được gộp trong một khâu duy nhất, mà thông thường mạch đồng pha làm
luôn chức năng đồng bộ.
- Mạch đồng pha
Mạch đồng pha bằng máy biến áp : Với chức năng đầu tiên nói trên thì
máy biến áp hay được sử dụng cho mục đích này nhất, ngoài ra dùng máy
biến áp còn cho phép đạt thêm hai mục tiêu là :
 Chuyển đổi điện áp lực thường có giá trị cao sang giá trị phù
hợp với mạch điều khiển thường điện áp thấp, theo quy chuẩn
về an toàn là dưới 36V.
ĐB SS-TX KĐ
U
đk

U
đb

Hình 4. Sơ đồ khối mạch điều khiển Thyristor

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
11

 Cách ly hoàn toàn về điện giữa mạch điều khiển và mạch lực.
Điều này đảm bảo an toàn cho người sử dụng cũng như cho
các linh kiện điều khiển.
Trường hợp điện áp lực thấp có thể không dùng biến áp.
Vì là bộ chỉnh lưu ba pha nên khâu đồng bộ sẽ là chọn máy biến áp ba
pha. Tuy nhiên vì trong mạch điều khiển còn khâu khác cũng cần dùng
máy biến áp nên thường chỉ dùng chung một máy biến áp có nhiều cuộn
dây thứ cấp, mỗi cuộn thực hiện chức năng riêng, trong đó có cuộn dành
cho khâu đồng bộ này.
Mạch đồng pha bằng phần tử quang: Sử dụng phần tử quang dưới
dạng IC chuyên dụng cho phép thực hiện chức năng đồng pha mà vẫn đảm
bảo cách ly tốt về điện với mạch lực, đồng thời tránh phải chế tạo biến thế
đồng pha, do đó giảm được kích thước mạch. Hình 5 là một sơ đồ đồng
pha kiểu này, khi có điện áp lực dương, dòng điện sẽ chạy qua điôt phát
quan LED, nó phát sáng làm mở thông Transistor quang, còn trong nửa
chu kỳ âm, bòng này tương ứng sẽ khóa.

Hình 5: Đồng pha bằng phần tử quang.

- Mạch đồng bộ, hay mạch tạo xung nhịp
Mạch đồng bộ nhằm tạo ra điện áp có hình dạng vào tần số phù hợp

theo yêu cầu hoạt động của khâu tạo điện áp tựa. Nếu để nguyên điện áp

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
12

đồng pha, thì độ chính xác sẽ không cao và bị ảnh hưởng khi lưới điện
biến động. Để tạo nhịp không bị phụ thuộc vào điện áp lưới, cần xác định
chính xác thời điểm qua không của lưới điện, đấy là dạng xung chữ nhật
nhờ sử dụng khuếch đại thuật toán làm khâu phát hiện điểm chuyển đổi
dấu của điện áp nguồn.
Nhận thấy để thực hiện mạch đồng bộ là khá đơn giản, ta có thể tạo
mạch theo sơ đồ sau:


Theo sơ đồ mạch trên, U
đb
= A
o
(U
+
- U
-
) = U
đp
– 0. (U
-
nối đất).
Dó đó, nếu U
đp
> 0 thì U

đb
dương và bằng điện áp bão hòa của OA : U
đb
=
+ U
bh

Tương tự, nếu U
đp
< 0 thì U
đb
= - U
bh
.
Vì vậy điện áp đồng bộ có dạng xung như hình sau :



Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
13


2.4.3.2 Khâu tạo điện áp tựa.
Hiện nay sử dụng chủ yếu hai dạng điện áp tựa là dạng hình sin và
dạng răng cưa.
Điện áp tựa dạng cosin có nhược điểm là chịu tác động trực tiếp từ
lưới điện, nếu điện áp lưới không ổn định thì điện áp tựa cũng dao động
dẫn đến góc điều khiển α không ổn định và hậu quả là điện áp ra tải cũng
dao động theo. Hơn nữa, các xung nhiễu qua mạng điện sẽ ảnh hưởng lớn
đến sự làm việc của mạch điều khiển, vì vậy các mạch chỉnh lưu rất ít khi

sử dụng dạng này.
Đa số các điện áp tựa trong mạch điều khiển chỉnh lưu hiện thời đều
dùng dạng răng cưa vì nó khắc phục được những nhược điểm của sạng
hình sin, có nghĩa là nó ít bị ảnh hưởng của điện áp và tần số của nguồn
xoay chiều. Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là không đạt được quan hệ
tuyến tính giữa điện áp điều khiển và điện áp chỉnh lưu nên sẽ khó khăn
hơn khi cần tiến hành quá trình tự động điều chỉnh và ổn định các thông số
của mạch chỉnh lưu nói riêng hay của thiết bị nói chung.
Có thể chia làm hai loại chính răng cưa phi tuyến ( không thẳng ) và
răng cưa tuyến tính ( thẳng). Tuy nhiên răng cưa phi tuyến gây khó khăn
hơn trong việc điều chỉnh.
Có nhiều phương pháp tạo hàm răng cưa nhưng hiên nay chỉ thường
hay sử dụng 2 phương pháp:
- Dùng Transistor và tụ điện.
Có 2 loại là tạo răng cưa đi lên và tạo răng cưa đi xuống. Với mạch
điều khiển chỉnh lưu dùng răng cưa đi lên sẽ cho quan hệ giữa điện áp răng
cưa và góc điều khiển α tỷ lệ thuận: điện áp này lớn thì góc α cũng lớn.
Mặt khác ta biết rằng quan hệ giữa góc điều khiển α và điện áp chỉnh lưu
nhận được trên tải lại tuân theo tỷ lệ nghịch ( ví dụ U
d
= U
docosα
) dẫn đên α
tăng thì U
d
lại giảm. Như vậy tương ứng với việc tăng điện áp điều khiển
sẽ dẫn đến giảm điện áp chỉnh lưu, điều này nhiều khi không thuận tiện. Để

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
14

cho quản lý này là thuận, nghĩa là tương ứng giá trị điện áp điều khiển lớn
thì điện áp chỉnh lưu cũng lớn, cần phải tạo ra răng cưa có dạng đi xuống.
Tạo răng cưa đi xuống dùng Transistor :


Khi điện áp đồng bộ ở nửa chu kỳ dương sẽ làm Q
4
mở, dòng qua Q
4

phải chảy từ nguồn E đi qua R
2
, R
3
gây sụt áp trên R
2
tạo điện áp thuận mở
Q
2
cho nên Q
2
cũng dẫn theo. Dòng qua Q
2
sẽ nạp cho tụ C với hằng số
thời gian nạp là R
2
C (nạp phi tuyến), tụ C được nạp cho đến trị số của ổn
áp D
z

thì dừng lại, đến đây hết gian đoạn chuẩn bị cho việc tạo răng cưa.
Nửa chu kỳ sau, khi điện áp đồng bộ chuyển sang âm sẽ làm cho Transistor
Q
4
khóa nên dòng qua Q
4
( cũng chính là dòng qua các điện trở R
2
, R
3
)
bằng không, do đó sụt áp trên R
2
bằng không dẫn đến Q
2
cũng khóa theo.
Như vậy trạng thái của cái Transistor Q
4
và Q
2
luôn giống nhau. Từ lúc này
tụ C bắt đầu phóng điện qua bóng Q
3
. Bóng Q
3
đấu theo kiểu mạch emito
lặp: điện thế trên emito sẽ lặp lại điện thế bazo nhưng thấp hơn 0.7V do sụt
áp trên quá độ bazo-emito, vì bazo Q
3
nối với điểm 0V của mạch điều

khiển nên điện thế emito sẽ cố định và bằng -0,7V. Từ đây ta thấy rằng
điện áp trên điện trở R
5
là (E-0.7) V, vậy dòng điện qua R
5
cũng là dòng
qua bóng Q
3
và chính là dòng phóng qua tụ C bằng:
I
c
= I
e
= (E-0,7)/R
5

Giá trị dòng này không đổi vì E và R
5
cố định, như vậy

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
15

U
c
(t) = U
OA
– (E-0,7).t/R
5
C.

Như vậy điện áp trên tụ C giảm theo quy luật tuyến tính.
Nhược điểm chung của các loại sơ đồ tạo điện áp răng cưa dùng
transistor là sự phụ thuộc khá rõ thời điểm mở và khóa các bóng vào điện
áp đồng pha, do vậy điện áp răng cưa cũng ít nhiều bị biến động theo điện
áp lưới điện xoay chiều. Điều này làm ảnh hưởng tới góc điều khiển α cũng
như phạm vi điều chỉnh. Mặt khác độ tuyến tính của răng cưa cũng không
thật cao. Hiện nay mạch tạo răng cưa sử dụng OA ngày càng được ứng
dụng nhiều hơn do khắc phục được các nhược điểm trên, và do giá thành
của OA tương đối rẻ.
- Mạch dùng khuếch đại thuật toán và tụ điện tạo răng cưa âm.
Sơ đồ mạch :

Tín hiệu mô phỏng:



Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
16

Sử dụng bóng Transistor đấu song song với tụ C để làm nhiệm vụ
phóng cho tụ điện, kiều này cho phép thời gian phục hồi điện áp răng cưa
rất là nhanh vì tụ được phóng ngắn mạch qua bóng bán dẫn mở bão hòa. Sơ
đồ trên cho phép tạo răng cưa âm, muốn tạo răng cưa dương thì ta có thể
thay đổi đảo ngược xung ra khâu đồng bộ và sử dụng bóng NPN thay cho
PNP, tính toán mạch vẫn không thay đổi.
Với sơ đồ trên, khâu đồng bộ vẫn tương tự như trên, điện áp ra chỉ có 2
trạng thái là ±U
bh
.
Khi U

đb
= -U
bh
làm Transistor PNP dẫn, nối ngắn mạch tụ C nên có
U
tựa
= 0.
Khi U
đb
= +U
bh
, sẽ làm cho Transistor khóa, lúc này tụ C được nạp nhờ
điện áp ra của OA1 mà không trực tiếp từ nguồn E ( với chiều dòng là
đường nét đứt ), làm cho điện áp trên tụ có dấu âm như tín hiệu mô phỏng
trên, với quy luật :
Uc(t) = 1/C
 

dtRi 2
= 1/C

dtRUbh )2/(
= t.U
bh
/ CR
2

Vậy khi biết được thời gian nạp tụ ( phụ thuộc vào thời gian điều chỉnh
góc α ) và biên độ điện áp tựa U
tựamax

,ta có quan hệ :
U
C
(t
n
)= U
tựamax
= t.U
bh
/CR
2
.
Và như vậy, ta chỉ cần chọn giá trị của tụ C trước rồi tính toán giá trị
của R
2
. Điện trở R
3
thường chọn giá trị xấp xỉ R
2
.
2.4.3.3 Khâu so sánh.
Khâu này có chức năng so sánh điện áp điều khiển và điện áp tựa để
định thời điểm phát xung điều khiển, thông thường đó là thời điểm khi 2
điện áp này bằng nhau. Nói cách khác, đây là khâu xác định góc điều khiển
α.
Khâu so sánh có thể thực hiện bằng các phần tử như Transistor hay
khuếch đại thuật toán OA. Loại so sánh dùng Transistor được dùng trong
các sơ đồ đơn giản khi không cần độ chính xác cao. Khuếch đại thuật toán
OA là phần tử so sánh lý tưởng vì những lý do sau :

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
17

- Tổng trở vào của OA rất lớn nên không gây ảnh hưởng đến các
điện áp đưa vào so sánh, nó có thể tách biệt hoàn toàn chúng để
không tác động sang nhau.
- Tầng vào của OA cũng là loại khuếch đại vi sai, mặc khác số tầng
nhiều nên hệ số khuếch đại rất lớn (có thể lên đến 1 triệu). Vì thế
độ chính xác rất cao, độ trễ không quá vài micrô giây.
- Sườn xung dốc đứng nếu so với tần số 50Hz.
Thực tế khi độ chênh lệch giữa U
tựa
và U
đk
chỉ khoảng vài mili vôn thì
điện áp đầu ra của nó đã thay đổi hoàn toàn từ trạng thái bão hòa âm sang
bão hòa dương hay ngược lại. Khâu so sánh dùng OA có hai kiểu đấu các
điện áp vào là so sánh 2 cửa và so sánh 1 cửa.
So sánh 1 cửa: Trong kiểu so sánh này, hai điện áp cần so sánh
được đưa tới cùng 1 cực của OA thông qua hai điện trở đầu vào là R
1
và
R
2
. Cửa còn lại, nếu cần phải tăng độ chính xác so sánh thì đấu cửa này qua
điện trở R
3
= (R
1
//R

2
) xuống điểm không, hoặc khi không cần độ chính xác
cao có thể nối thẳng với điểm chung của mạch điều khiển (R
3
=0).


- Mạch so sánh cửa đảo nối đất
Theo sơ đồ trên, ta có :
u
+
= (u
tựa
/R
1
+ u
đk
/R
2
)/(1/R
1
+ 1/R
2
)

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
18

Nếu lấy R
1

= R
2
thì biểu thức tương đương với u
+
= (u
tựa
+ u
đk
)/2.
Điện áp cửa (-) bằng không do được nối đất.
Vậy u
ra
= K
o
[0.5(u
tựa
+ u
đk
)]
Từ đây, nếu (u
tựa
+ u
đk
) < 0 thì điện áp ra bằng –U
bh

(u
tưạ
+ u
đk

) > 0 thì điện áp ra bằng +U
bh

Điểm chuyển đổi giữa hai trạng thái là khi (u
tựa
+ u
đk
) = 0, tức là lúc
đảm bảo điều khiện u
tựa
= -u
đk
.
- Với trường hợp cửa không đảo nối đất cũng tương tự, chỉ là
ngược với trường hợp trên.
+ Đặc điểm chung của so sánh 1 cửa :
 Để điện áp ra đảo được trạng thái thì hai điện áp so sánh cần phải
trái dấu nhau.
 Mặc khác, hệ số khuếch đại của mạch bị giảm đi hai lần so với
kiểu so sánh 2 cửa, do đó độ chính xác cũng giảm đi 2 lần.
 Cuối cùng ở kiểu này hai điện áp so sánh vẫn tác động sang nhau
qua hai điện trở R
1
và R
2
, để giảm ảnh hưởng giữa chúng các trị
số này cần lấy lớn ( hàng chục kilo ôm). Hơn nữa nếu các tín hiệu
u
tựa
, u

đk
lại là đầu ra của OA thì các điên trở này là tải của OA do
đó nó phải thõa mãn yêu cầu dòng ra của OA ( thường hạn chế ở
mức dưới 1 mA).
So sánh hai cửa: Trong kiểu này, hai điện áp cần so sánh được đưa
tới hai cực khác nhau của OA.



Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
19



Điện áp ra sẽ tuân theo quy luật: u
ra
= K
o
( u
+
- u
-
)
Tùy thuộc vào điện áp tựa và điện áp điều khiển đưa vào cửa nào mà
điện áp ra xuất hiện xung âm hoặc dương ở thời điểm cân bằng giá trị giữa
chúng.
- Các điểm lưu ý khi dùng mạch so sánh hai cửa:
 Các điện áp đưa vào so sánh phải cùng dấu ( cùng dương hoặc
cùng âm ) thì mới có hiện tượng thay đổi trạng thái đầu ra.
 Độ chênh lệch tối đa giữa hai cửa trong khi làm việc không được

vượt quá giới hạn cho phép của loại OA đã chọn.
 Các điện trở ở hai cửa vào của OA có thể không cần dùng, nếu
OA cho phép chênh lệch điện áp giữa các đầu vào của nó Δu
vOA

lớn hơn chênh lệch điện áp lớn nhất của u
tựa
với u
đk
. Trong trường
hợp (u
tựa
– u
đk
) vượt quá mức cho phép của OA thì buộc phải có
các điện trở này, kết hợp với hai điot đấu song song- ngược để
bảo vệ đầu vào cho OA. Thực tế hiện nay các OA thường có
Δu
vmax
là ±18V nên có thể bỏ qua các điện trở đầu vào, tuy nhiên
để an toàn người ta vẫn mắc các điên trở này trong mạch thực.



Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
20

2.4.3.4 Khâu tạo xung chùm.
Dạng xung chùm là dạng thông dụng nhất vì cho phép mở tốt van lực
trong mọi trường hợp, với mọi loại tải và nhiều sơ đồ chỉnh lưu khác nhau.

Xung chùm thực chất là một chùm các xung có tần số cao gấp nhiều lần
lưới điện (6-12kHz). Độ rộng của một chùm xung có thể được hạn chế
trong khoảng (100-300) độ điện. Về nguyên tắc nó phải kết thúc khi điện
áp trên van lực mà nó điều khiển đổi dấu sang âm.
Nguyên tắc tạo xung chùm thường dùng là coi tín hiệu do bộ so sánh
đưa ra như một tín hiệu cho phép hay cấm khâu khuếch đại được nhận
xung tần số cao phát từ một bộ tao dao động xung đến nó.
Một nguyên tắc khác là : Bộ tạo dao động đồng thời thực hiện chức
năng khuếch đại xung và do đó nó làm việc ở chế độ đợi kích, song loại
này khi làm việc dễ bị tự kích do nhiễu, hoặc ngược lại rất khó kích, vì vậy
thực tế hiện nay không dùng.
Dễ dàng nhận thất, để thực hiện theo nguyên tắc thứ nhất, chỉ cần một
mạch logic AND. Do khâu so sánh SS nối tới cửa vào của logic AND nên
chỉ trong khoảng điện áp ra của u
ss
ở mức cao tương ứng với logic “1”
xung từ bộ dao động tần số cao mới đi qua được mạch AND để tới khâu
KĐX. Bản thân mức “1” này lại phụ thuộc góc α nên kết quả ta có độ rộng
xung chùm bằng (180 – α).
Các bộ tạo dao động: Trong các mạch điều khiển hiện nay, việc tạo ra
các dao động dạng xung với tần số cố định được thực hiện bằng rất nhiều
cách khác nhau, tùy theo sở thích người thiết kế hoặc theo xu hướng ứng
dụng các phần tử giống nhau trong một mạch điều khiển.

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
21

a. Tạo dao động bằng Transistor.


Đây là mạch kinh điển dùng 2 Transistor thay nhau đóng mở. Riêng
điện trở phía Colector Transistor Q3 được tách đôi và ngăn bằng điot để
đảm bảo cả hai sườn xung đều dốc đứng.
Tần số dao động : f= 1/T với chu kỳ dao động là T=1,4R
B
.C
Để mạch hoạt động bình thường cần đảm bảo R
C
<< R
B
. Với tần số dao
động (6-12)kHz, thường trị số tụ điện khoảng 10nF, từ đó xác định điện
trở R
B
và sau cùng là R
C
, tuy nhiên điện trở R
B
không nên dưới 1 vài kilo
ôm. Nhược điểm của mạch là dùng nhiều linh kiện, mặt khác nếu tải ở đầu
ra có giá trị xấp xỉ R
C
sẽ làm giảm biên độ xung ra.
b. Tạo dao động dùng OA.

Đây là mạch rất thông dụng hiện nay, OA được sử dụng như bộ so sánh
hai cửa. Tụ C liên tục được phóng nạp làm cho OA đảo trạng thái liên tục
mỗi lần điện áp trên tụ đạt trị số của bộ chưa điện áp R
1
và R
2
.


Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
22



Chu kỳ dao động T = 2R
8
C ln(1+2R
7
/R
6
)
Phạm vi các trị số R,C tương tự như sơ đồ dùng Transistor, tổng trở bộ
phân áp (R
7
+R
6
) khoảng 20kΩ, điện trở R
7
thường lấy nhỏ hơn R
6

để giảm
độ chênh lệch giữa hai cửa vào OA. Cần lưu ý, để có sườn xung dốc đứng
nên sử dụng loại OA có tham số về tốc độ tăng áp lớn ( như LF351) hoặc
dùng các comparator ( như LM301, LM339…), loại OA thông dụng như
µa741, LM324 cho xung không thật dốc với khu vực tần số trên 10kHz.
Có thể tạo dao động bằng IC555, nhưng trong phần này ta không dùng
các IC ngoài các OA.
Điện áp so sánh và tạo dao động được đưa tới mạch logic AND, ở đây
nếu điện áp so sánh và tạo dao động thích hợp với mức logic yêu cầu là có
thể chọn loại IC tạo xung chùm.

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
23


2.4.3.5 Khâu khuếch đại.
Mạch điều khiển chỉnh lưu thường làm việc trong điều kiện nhiễu
mạnh do bản thân mạch lực của nó gây ra. Các nhiễu này có thể truyền
theo đường dây nguồn tới đầu vào của mạch điều khiển và lan đến tận khâu
khuếch đại xung (KĐX). Nếu KĐX có hệ số khuếch đại lớn, đặc biệt nếu
dùng mạch khuếch đại có phản hồi dương sẽ rất dễ gây ra hiện tượng
khuếch đại giả làm mở van không đúng thời điểm. Vì vậy nói chung không
nên dùng các mạch KĐX với phản hồi dương mạnh ( thí dụ như bộ dao
động nghẹt). Thực tế thường dùng mạch có hệ số khuếch đại không lớn để
đảm bảo chống nhiễu tốt.
KĐX có nhiệm vụ tăng công suất xung do khâu tạo dạo xung hình
thành đến mức đủ mạnh để mở van lực. Đa số Thyristor mở chắc chắn khi
xung điều khiển có U
đk
> 0 và I

đk
= (0,2-1)A trong thời gian cỡ 100 micrô
giây. Đầu ra của KĐX sẽ nối với các cực G-K của Thyristor, còn đầu nối
với khối tạo dạng xung.
Thực tế khâu KĐX chính là khuếch đại dòng điện với K
i
khá lớn
(100-200), nên ta cần dùng Transistor làm chức năng khuếch đại, và vì
Transistor thông dụng cỡ dòng 1A có hệ số khuếch đại β dưới 100 nên
KĐX thường gồm hai tầng khuếch đại. Khi cần dòng I
đk
mạnh hơn có thể
phải dùng đến ba tầng khuếch đại, ngược lại với I
đk
nhỏ hơn (các van mở
nhậy hoặc van nhỏ ) thậm chí có thể dùng KĐX chế tạo sẵn dưới dạng vỏ
IC.

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
24

Có nhiều sơ đồ KĐX và phụ thuộc vào cách ghép giữa MĐK với van
lực như : Ghép trực tiếp, ghép qua biến áp xung ( thông dụng nhất hiện
nay) hay ghép qua phần tử quang (opto).
a. Ghép trực tiếp cho phép đưa tới van dạng xung điều khiển tối
ưu, nhưng cũng có nhược điểm cơ bản là không cho phép cách ly giữa
mạch lực và mạch điều khiển, do đó chỉ được ứng dụng trong các mạch
chỉnh lưu với điện áp tải dưới 40V. Nếu chỉ cần 2 tầng khuếch đại nên
dùng hai loại Transistor khác nhau.
b. KĐX ghép qua phần từ quang : Các phần tử quang như

Fototransistor, Fotothyristor, Fototriac…
Ưu điểm nổi bật là đảm bảo độ cách ly giữa điều khiển và lực (độ
cách điện đến vài kV) và truyền được các xung có độ rộng tùy ý. Hiện nay
công nghiệp chế tạo phần tử opto dạng IC rất thuận tiện cho mạch điều
khiển. Tuy nhiên do dòng điện tải mà nó chịu được chỉ vài chục miliampe
nên không đủ công suất để mở van lực, vì vậy vị trí của nó trong mạch điều
khiển phải ở trước tầng khuếch đại.
c. Khuếch đại xung ghép bằng biến áp xung.
Phương pháp ghép này thông dụng nhất hiện nay vì dễ dàng cách ly
mạch điều khiển và mạch lực, tuy nhiên do tính chất vi phân của máy biến
áp nên không cho phép truyền các xung rộng vài mili giây. Chính vì tính
chất này mà người ta phải truyền xung rộng dưới dạng xung chùm để biến
áp xung hoạt động được bình thường. Để đơn giản, đồng thời vẫn đảm bảo
hệ số khuếch đại dòng cần thiết, tầng khuếch đại hay đấu kiểu Darlington.

Đồ án môn học: Mạch điện tử SV thực hiện: Nguyễn Thị Lý Ly
25



Công suất phát nhiệt trên Transistor Q
3
lớn nên cần có tản nhiệt.
Biến áp xung có tính chất vi phân nên phải có điện trở để kịp tiêu tán
năng lượng tích lũy ở các cuộn dây trong giai đoạn khóa của các bóng bán
dẫn, nếu không biên độ của các xung sẽ giảm đi đáng kể do điểm làm việc
của lõi thép biến áp bị đẩy dần lên vùng bão hòa. Vì vậy trong sơ đồ có
điện trở R
11
làm nhiệm vụ này. Khi Q

3
khóa dòng điện qua biến áp xung sẽ
chảy vòng qua D
3
-R
11
nên năng lượng sẽ tiêu tán trên điện trở này. Giá trị
R
11
thường chọn từ khả năng dẫn dòng tối đa cho phép qua Q
3
.
R
11
> E/I
cmax

Tuy nhiên do mắc R
11
nối tiếp với cuộn dây sơ cấp biến áp xung nên
khi dẫn R
11
sẽ làm giảm áp đặt vào biến áp xung, để vẫn giữ điện áp ban
đầu trên biến áp xung bằng nguồn E có thể đưa thêm tụ C
3
vào, lúc đó
trong gian đoạn Q
3
khóa, tụ điện phải kịp nạp đến trị số bằng nguồn, đây là
điều kiện để tính trị số tụ điện này.

C < t
n
/3R
2