Bài giảng Điện tử công suất: Chương 6 - TS. Nguyễn Tiến Ban

CHƯƠNG 6

HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN 
BỘ BIỂN ĐỔI

1


KHÁI QUÁT – PHÂN LOẠI
CHỨC NĂNG, CẤU TRÚC
BỘ BIẾN ĐỔI GỒM 2 PHẦN:
+ MẠCH ĐỘNG LỰC CHỨA VAN: THYRISTOR, GTO, TRANSISTOR CÔNG 
SUẤT...
+ MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
HỆ THỐNG THỰC HIỆN BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU ĐIỀU KHIỂN THÀNH TÍN HIỆU 
CẦN THIẾT PHÙ HỢP VỚI ĐỐI TƯỢNG ĐIỀU KHIỂN ĐỂ TÁC ĐỘNG HOẠT 
ĐỘNG ĐÓNG MỞ CÁC KHOÁ BÁN DẪN.
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GỒM HAI PHẦN CHÍNH:
­PHẦN CHỨA THÔNG TIN VỀ QUY LUẬT ĐIỀU KHIỂN: THỰC HIỆN CÁC CHỨC 
NĂNG KHÁC NHAU TUỲ THUỘC VÀO CẤU TRÚC BỘ BIẾN ĐỔI VÀ LĨNH VỰC 
SỬ DỤNG,
­PHẦN TẠO NÊN NĂNG LƯỢNG ĐIỀU KHIỂN ĐỂ ĐÓNG MỞ CÁC VAN CÔNG 
SUẤT.
PHÂN LOẠI:  PHÂN LOẠI THEO BỘ BIẾN ĐỔI:
+ ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘC,
+ ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI ĐỘC LẬP.

2


Phân loại theo tín hiệu điều 

khiển:
+ Hệ điều khiển tương tự,
+ Hệ điều khiển số.
Phân loại theo số kênh điều 
khiển:
+ Bộ điều khiển một kênh,
+ Bộ điều khiển nhiều kênh.

SƠ ĐỒ CẤU TRÚC BỘ 
BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘC

3


PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG BỘ ĐIỀU CHẾ
BỘ ĐIỀU CHẾ LÀ BỘ BIẾN ĐỔI TÍN HIỆU 
ĐIỀU KHIỂN UĐK  THÀNH GÓC ĐIỀU KHIỂN   
ĐƯỢC TÍNH TỪ THỜI ĐIỂM CHUYỂN MẠCH 
TỰ NHIÊN CỦA VAN ĐỘNG LỰC.
XÁC ĐỊNH GÓC   PHẢI CÓ THÔNG TIN VỀ 
PHA CỦA ĐIỆN ÁP ĐẶT LÊN VAN ĐỘNG 
LỰC, ĐÓ LÀ BỘ ĐIỀU CHẾ ĐỒNG BỘ. BỘ 
ĐIỀU CHẾ ĐỒNG BỘ THƯỜNG SỬ DỤNG 
TRONG MẠCH ĐK HỞ.
BỘ ĐIỀU CHẾ ĐỒNG BỘ CÓ THỂ TẠO RA 
CÁC ĐẶC TÍNH ĐIỀU KHIỂN KHÁC NHAU 
TUỲ THUỘC VÀO NGUYÊN LÍ ĐIỀU KHIỂN

4

NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN DỌC
BỘ ĐIỀU KHIỂN BAO GỒM: 
+ BỘ TẠO XUNG RĂNG CƯA ( ĐIỆN ÁP TỰA ­ RC),
+ BỘ SO SÁNH ( SS).
HAI TÍN HIỆU ĐIỆN ÁP TỰA VÀ ĐIỆN ÁP ĐIỀU KHIỂN 
ĐƯỢC SO SÁNH NHAU,
TẠI URC = UĐK, BỘ SS TẠO RA XUNG ĐIỀU KHIỂN

5


Đặc tính pha của bộ  điều chế 
phụ thuộc vào dạng điện áp tựa. 
Nếu điện áp có dạng Cosin :

U RC (1) U m cos t
Chọn  t = 0 là thời điểm 
chuyển mạch tự nhiên  thì khi 
t =  điện áp:

U m cos

Và

ar cos

U dk

U dk

Um

Điện áp ra của chỉnh lưu 
Ud

U d 0 cos

U d0
U dk
Um

Như vậy đặc tính điều chỉnh  
Ud=f(Udk) của  bộ chỉnh lưu là 
hàm tuyến tính ( đường 1)
6


NGUYÊN LÝ ĐIỀU KHIỂN 
DỊCH PHA
DÙNG BỘ QUAY PHA ĐỂ 
THAY ĐỔI PHA CỦA Đ/ÁP 
HÌNH SIN ĐƯỢC TẠO RA 
BỞI MÁY PHÁT TÍN HIỆU 
SIN ( MF SIN). KHI THAY 
ĐỔI UĐK, GÓC PHA CỦA TÍN 
HIỆU XOAY CHIỀU SẼ BỊ 
THAY ĐỔI VÀ CHẬM PHA 
SO VỚI TÍN HIỆU BAN ĐẦU 
MỘT GÓC  . TẠI THỜI ĐIỂM 
KHI ĐIỆN ÁP X/CHIỀU ĐI 

QUA 0 SẼ TẠO NÊN XUNG 
ĐK TU. 
NHƯỢC ĐIỂM: BỘ QUAY 

7


MỘT SỐ MẠCH THÔNG DỤNG TRONG 
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN BỘ BIẾN ĐỔI PHỤ THUỘC

8


Mạch tạo tín hiệu đồng bộ
+ Dùng chỉnh lưu một pha hai nửa chu kì có điểm trung tính để tạo ra 
điện áp chỉnh lưu U (1)

Điện áp U (1) được so sánh với Uo để tạo nên các tín hiệu tương ứng với thời 
điểm điện áp nguồn đi qua điểm 0.
Uo càng nhỏ thì U (2) càng hẹp và phạm vi điều chỉnh càng lớn.
Nếu chọn   max = 175  thì:
o

Uo

2U 2 sin 5 o

Giá trị này làm cơ sở để tính phân áp R1 và R2
 

9


10


+ Dùng nguồn không đối xứng cho khuếch đại thuật 
toán
Tín hiệu xoay chiều U (1) sau khi qua khâu so sánh sẽ có xung 
vuông U (2) , tín hiệu này được đưa vào khâu cộng module 2 ( 
=1) và mạch trễ R2C2 để ạo ra một xung đồng bộ ứng với 
điểm U (1) đi qua điểm 0. Độ rộng TX = RC ln 2 là cơ sở để 
chọn R2 và L2

11


12


Mạch tạo điện áp răng cưa
+ Mạch tạo xung răng cưa tuyến tính dùng transistor
T1 tạo nguồn dòng nạp cho C, khi T2 khoá tụ C được náp Ic = 
const và tăng tuyến tính. Khi có xung mở T2, C sẽ phóng điện 
qua T2 ( hình a):
t

UC

1

I C dt
C0

IC
t
C

Các T1, R2, RE chọn sao cho bóng làm việc ở chế độ A.
Muốn tạo đ/áp răng cưa dốc xuống, dòng phóng của tụ phải 
duy trì không đổi nhờ T3 làm việc ở chế độ A ( hình b). Diode 
D1 dùng để hạn chế giá trị điện áp trên tụ C ( UCmax = E – UD1)
13


14


Mạch tạo điện áp răng cưa dùng khuếch đại thuật toán
+ Mạch chỉ dùng khuếch đại thuật toán
Sử dụng mạch tích phân. Tụ được phóng nạp nhờ nguồn hai 
cực tính: Khi điện áp U1 dương (E), điện áp trên tụ U2 nạp :
U2

 

UC

E
T1
R2 C

đây là đường tuyến tính dốc xuống phía dưới. Khi điện áp vào 
mang dấu âm (­E) thì điện áp U2:
E
U2

UC

R2 C

T2

đây là đường đi lên phía trên. Bằng cách thay đổi thời gian 
phóng(T1) và thời gian nạp (T2) và các giá trị R1, R2 tương ứng, 
đầu ra có thể nhận được dạng răng cưa: dốc lên (b) dốc xuống 
( c) hoặc tam giác (d)

15


16


Mạch tạo điện áp răng cưa dùng khuếch đại thuật toán
+ Mạch dùng khuếch đại thuật toán và transistor
Dùng mạch tích phân và khoá K, khoá K được điều chỉnh 
bởi tín hiệu đồng bộ, xung đồng bộ kết thúc, K mở, tụ C 
nạp:
E
IR

IC

R
t

UR

UC

1
I C dt
C 0

Const

t

1 E
dt
C 0R

E
t
RC

Tại t1, K đóng, UC = 0. Để tránh ngắn mạch các mạch phụ 
thay khoá K bằng bóng trường ( công nghệ MOS) hoặc dùng 
khoá điện tử.

17


18


Mạch tạo điện áp răng cưa dùng khuếch đại thuật 
toán
+ Mạch tạo điện áp tựa hàm Cos t
Nếu điện áp vào là n1ửt a điện áp SinU mt thì:
Um
UR

RC

U m sin .td t

0

RC

RC

cos t

Cần đặt ở đầu ra điện áp chuyển dịch:U cd
Điện áp ra sẽ là: U R

Um
cos t

RC

Um
RC

Điện áp tựa có dạng cosin t 

19


KHÂU SO SÁNH

NHẬN TÍN HIỆU HAI ĐIỆN ÁP TỰA ( RĂNG CƯA) VÀ ĐIỆN 
ÁP ĐIỀU KHIỂN, SO SÁNH HAI ĐIỆN ÁP NÀY, TÌM THỜI 
ĐIỂM CHÚNG BẰNG NHAU ( UĐK = U RĂNG CƯA) THÌ 
PHÁT XUNG ĐẦU RA ĐỂ GỬI SANG KHÂU KHUẾCH ĐẠI.
ĐỂ SO SÁNH TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ ( ANALOG) THƯỜNG 
DÙNG TRANSISTOR HOẶC KĐ THUẬT TOÁN. DO KĐTT CÓ 
NHIỀU ƯU ĐIỂM NÊN HIỆN NAY KHÂU SO SÁNH SỬ 
DỤNG LOẠI NÀY LÀ CHỦ YẾU.

20


CÁC BỘ TẠO XUNG ĐẦU RA
BỘ TẠO XUNG ( DRIVER) : 
NHIỆM VỤ: TẠO VÀ KHUẾCH ĐẠI XUNG CÓ DẠNG, 
ĐỘ DÀI VÀ CÔNG SUẤT ĐỦ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN MỞ 
THYRISTOR. BỘ TẠO XUNG CÒN CÓ NHIỆM VỤ 
THỰC HIỆN CÁCH LI GIỮA MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ 

MẠCH ĐỘNG LỰC. BỘ TẠO XUNG CÓ THỂ LÀ:
+ BỘ TẠO XUNG ĐƠN: XUNG ĐƠN, CÓ ĐỘ DÀI TX ỔN 
ĐỊNH. 
ĐẶC ĐIỂM: SƠ ĐỒ ĐƠN GIẢN, ĐỘ TIN CẬY CAO 
THƯỜNG DÙNG TRONG CÁC BỘ Đ/K ĐƠN GIẢN. ĐỘ 
RỘNG XUNG:
      TX = K.TMỞ VỚI TMỞ THỜI GIAN ĐỂ DÒNG QUA T 

21


+ Bộ tạo xung có độ dài tuỳ ý và được trộn với xung tần 
số cao:
Sử dụng xung có độ dài lớn nhưng vẫn đảm bảo kích 
thước cho biến áp xung ( BAX) gọn nhẹ. Tx > 60o ( dùng 
cho sơ đồ cầu chỉnh lưu 3 pha). Tổn hao công suất trên cực 
đ/k lớn.
+ Bộ tạo xung tạo ra các số lượng xung khác nhau tuỳ 
theo chế độ hoặc sơ đồ: Tạo xung đơn với số lượng tuỳ 
ý, giảm được tổn hao, chủ động trong điều khiển ( dùng 
cho các bộ biến đổi dòng gián đoạn). Cấu trúc phức tạp, 
cần làm việc với các sensor ( dòng, áp) nên thường được áp 
dụng trong mạch công suất rất lớn.

22


MẠCH TẠO XUNG DÙNG MÁY PHÁT BLOCKING
BLOCKING LÀ MẠCH DAO ĐỘNG PHẢN HỒI DƯƠNG TẠO 
XUNG CÓ SƯỜN DỐC CHẤT LƯỢNG CAO, CÁCH LI GIỮA 

HAI MẠCH Đ/K VÀ ĐỘNG LỰC.
MẠCH SỬ DỤNG BIẾN ÁP XUNG CÁCH LI VỚI CUỘN SƠ 
CẤP W1, W3 LÀ CUỘN THỨ CẤP ĐƯA TÍN HIỆU RA, CUÔN 
W2 LÀ CUỘN PHẢN HỒI.
BÌNH THƯỜNG, T1 KHOÁ DO THẾ ÂM TỪ –E ĐẶT LÊN 
BAZƠ THÔNG QUA R2. KHI CÓ XUNG TỪ CỬA VÀO TẠI 
TO, T1 DẪN, CUỘN W1 XUẤT HIÊN SĐĐ E(T). CUỘN W2 
ĐƯỢC MẮC SAO CHO ĐIỆN ÁP TRÊN W2 CÓ DẤU 
DƯƠNG ĐẶT VÀO BAZƠ CỦA BÓNG TẠO PHẢN HỒI 
DƯƠNG GIÚP CHO NÓ MỞ RẤT NHANH ĐỂ ĐẠT DÒNG IC 
BÃO HOÀ. KHI ĐÓ TOÀN BỘ ĐIỆN ÁP NGUỒN E ĐẶT LÊN 
W1, ĐIỆN ÁP RA:

23


Lúc này, lõi thép bắt đầu được từ hoá và dòng Ic tăng lên 
( vì dòng từ hoá I  tăng) trong khi dòng Ib không đổi, T1 
chuyển từ trạng thái bão hoà sang khuếch đại, điện áp UCE 
tăng lên, UW1 và UW2 giảm, lại có phản hồi dương nên quá 
trình này xảy ra nhanh và đến t1 thì T1 khoá hoàn toàn. Độ 
dài của xung ra Tx

24


25