THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA ĐIỀU KHIỂN ĐÈN

TRƯỜNG ĐHSPKT HƯNG YÊN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Độc lập-Tự do- Hạnh phúc

------------

------------

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THIẾT KẾ - CHẾ TẠO MẠCH ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT
PHA ĐIỀU KHIỂN ĐỘ SÁNG BÓNG ĐÈN

Giảng viên hướng dẫn:

Nguyễn Văn Vĩnh

Nhóm sinh viên thực hiện: Vũ Mạnh Tiến
Nguyễn Thị Minh Trang

Khóa học: 2015 - 2019
Ngành học: Điện tử công nghiệp
Lớp: 112152A

Hưng Yên, ngày…tháng…năm 2017

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Trang 1


………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Hưng Yên, Ngày…Tháng… Năm 2017
Giáo viên hướng dẫn:

MỤC LỤC
Trang 2


LỜI NÓI ĐẦU……………………………………………………………………...4
CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN..............................................................5
1.1 Giới thiệu về bài toán điều khiển..................................................................5
1.2 Đặt vấn đề........................................................................................................5
1.3 Giới thiệu mạch điều khiển tải Rt đơn giản.....................................................6

1.4 Một số van công suất.......................................................................................7
1.4.1 Transistor công suất..................................................................................7
1.4.2 Thysistor.................................................................................................11
1.4.3 Triac........................................................................................................14
CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA........................................17
2.1 Giới thiệu một số sơ đồ mạch lực..................................................................17
2.2 Điều chế xoay chiều một pha ứng với tải Rt.................................................20
2.3 Nguyên lý chung của mạch tạo xung............................................................21
2.4. Giới thiệu về TCA 785.................................................................................23
2.5. Chọn van động lực........................................................................................28
2.6. bảo vệ............................................................................................................30
CHƯƠNG III : THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH................................................34
3.1. Sơ đồ khối.....................................................................................................34
3.2.Sơ đồ nguyên lý toàn mạch...........................................................................39
3.3. Sơ đồ board...................................................................................................40
3.4. Sơ đồ mạch thực...........................................................................................41
3.5. Lắp ráp ,chạy thử và hiểu chỉnh...................................................................41
KẾT LUẬN.............................................................................................................43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………………......44

LỜI NÓI ĐẦU

Trang 3


Cùng với sự phát triển của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật trên con đường công
nghiệp hóa và hiện đại đất nước ngành điện –điện tử nói chung, hay điện tử công suất nói
riêng đã có những bước tiến vượt bậc và mang lại những thành quả đáng kể. Trong
chương trình đào tạo có điện tử công suất và truyền động điên là một phần hay và lý thú,
cuốn hút được nhiều sinh viên theo đuổi nghiên cứu. Là những sinh viên chuyên ngành

điên- điện tử, chúng em muốn được tiếp cận và hiểu sâu hơn nữa bộ môn điện tử công
suất và truyền động điện.Vì vậy, đồ án môn học chế tạo sản phẩm là điều kiện tốt giúp
chúng em kiểm chứng được lý thuyết đã được học.
Trong đồ án điện tử công suất lần này, chúng em đã được nhận đề tài “Thiết kế chế tạo bộ điều áp xoay chiều một pha điều khiển độ sáng bóng đèn”. Sau thời gian
nghiên cứu, chúng em đã chế tạo thành công bộ điều khiển điện áp xoay chiều 1 pha đáp
ứng được cơ bản yêu cầu của đề tài.
Trong suốt thời gian thực hiện đề tài, chúng em đã gặp một số vướng mắc về lý
thuyết và khó khăn trong việc thi công sản phẩm. Tuy nhiên, chúng em đã nhận được sự
giải đáp và hướng dẫn kịp thời của thầy Nguyễn Văn Vĩnh , sự góp ý của các thầy cô
trong khoa cùng các bạn sinh viên trong lớp. Đựơc như vậy chúng em xin chân thành
cảm ơn và mong muốn nhận được nhiều hơn nữa sự giúp đỡ, chỉ bảo của cô giáo và các
bạn trong các đồ án sau này.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Sinh viên thực hiện:
Vũ Mạnh Tiến
Nguyễn Thị Minh Trang

Trang 4


CHƯƠNG I : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu về bài toán điều khiển
Trước đây điều khiển tốc độ động cơ bằng điều khiển điện áp xoay chiều đưa vào
động cơ, người ta thường sử dụng hai cách phổ biến là mắc nối tiếp với tải một điện trở
hay một điện kháng mà ta coi là Z f hoặc là điều khiển điện áp bằng biến áp như là
survolter hay các ổn áp.
Hai cách trên đây đều có nhược điểm là kích thước lớn và khó điều khiển liên tục khi
dòng điện lớn.
Ngày nay với việc ứng dụng Thisister và Triac vào điều khiển, người ta có thể điều
khiển động cơ một pha bằng van bán dẫn.

Hình 1.1 Điều khiển động cơ

Hình 1.2 Điều khiển tốc độ động cơ

bằng điện trở phụ

biến áp tự ngẫu

Ở đây chúng ta điều khiển độ sáng tối của bóng đèn cũng tương tự như điều khiển tốc
độ đông cơ.
1.2 Đặt vấn đề
Các bộ biến đổi điện áp xoay chiều dùng để biến đổi điện áp hiệu dụng đặt lên tải.
Nguyên lý của bộ biến đổi này là dùng các phần tử van bán dẫn nối tải với nguồn trong
một khoảng thời gian t1 rồi lại cắt đi trong một khoảng thời gian t0 theo một chu kỳ lặp lại
T. Bằng cách thay đổi độ rộng của t1 hay t0 trong khoảng T ta thay đổi được giá trị điện áp
trung bình ra trên tải. Nguyên lý này có ưu điểm là điều chỉnh điện áp ra trong một phạm

Trang 5


vi rộng và vô cấp, hiệu suất cao vì tổn thất trên các phân tử điện tử công suất rất nhỏ.
Điều áp xoay chiều thường được sử dụng trong điều khiển chiếu sáng, đốt nóng, trong
khởi động mềm và điều chỉnh tốc độ quạt gió hay máy bơm, đông cơ xoay chiều một pha.
Phân loại: Dựa vào số pha nguồn cấp mà ta có các bộ điều chỉnh điện áp khác nhau
là điều áp xoay chiều một pha, điều áp xoay chiều ba pha.
1.3 Giới thiệu mạch điều khiển tải Rt đơn giản
Một trong những ứng dụng rất rộng rãi của điều áp xoay chiều là điều khiển độ sáng
bóng đèn.

Hình 1.3: Mạch điều khiển tải Rt
Chức năng của các linh kiện trong sơ đồ :
T - Triac điều khiển điện áp trên bóng đèn
VR - biến trở để điều chỉnh khoảng thời gian dẫn của Triac.
Diac - định ngưỡng điện áp để Triac dẫn.
C - Tụ điện tạo điện áp ngưỡng để mở thông diac.

Trang 6


Độ sáng của bóng đèn có thể được điều khiển bằng biến trở VR. Khi điều chỉnh trị
số VR ta điều chỉnh việc nạp tụ C lúc đó điều chỉnh được thời điểm mở thông diac và
thời điểm Triac dẫn. Như vậy Triac được mở thông khi điện áp trên tụ đạt điểm dẫn thông
diac. Kết quả là muốn tăng độ sáng của bóng đèn ta cần giảm điện trở của VR để tụ nạp
nhanh hơn, Triac dẫn sớm hơn điện áp ra lớn hơn. Ngược lại điện trở của VR càng lớn tụ
nạp càng chậm Triac mở càng chậm lại điện áp vào, độ sáng bóng đèn giảm xuống.
* Mạch điều khiển trên đây có ưu điểm:
- Có thể điều khiển liên tục độ sáng bóng đèn sợi đốt - có thể sử dụng cho các loại
tải khác như điều khiển tốc độ quay của đông cơ xoay chiều một pha, điều khiển bếp điện
rất có hiệu quả.
-Kích thước mạch điều khiển nhỏ, gọn.
* Nhược điểm:
Mạch hoạt động có độ ổn định không cao sai số lớn dẫn tới làm bóng đèn dễ hư
hỏng , tuổi thọ thấp đối với tải động cơ hoạt động không êm ái tỏa nhiệt lớn.
1.4 Một số van công suất
1.4.1 Transistor công suất
a.Cấu tạo, ký hiệu
- Cấu tạo:
C

P

N

P

E

C

N

B

P

N

E

B

Hình 1.4: Cấu tạo của Transistor
+ Transistor được cấu tạo từ ba miền bán dẫn, miền giữa luôn khác hai miền bên cạnh,
tạo lên hai lớp tiếp giáp P-N. Tùy vào các miền bán dẫn được ghép với nhau mà người ta
phân transistor ra làm P-N-P (phân cực thuận) và N-P-N (phân cực ngược)

Trang 7

-Ký hiệu:
B

C
B
E

C
E

Transistor thuận

Transistor ngược

Hình 1.5: Ký hiệu của Transistor
Transistor công suất khác với transistor thường là transistor công suất thường được sử
dụng như một khóa đóng – cắt điện tử, khi điều khiển mở phải thỏa mãn điều kiện:
IB > IC/
Với là hệ số khuếch đại của transistor.
b.Nguyên lý làm việc
- Transistor ngược: Xét mạch cực phát E chung:
+ JE phân cực thuận, JC phân cực ngược

Trang 8


C
+
E_
1

B

E

N
P J
J1
N
2
_

R

+
E2

Hình 1.6: Phân cực ngược cho Transistor
- Lớp JE phân cực thuận nên điện trở tiếp giáp nhỏ và dòng i B chuyển từ B sang E.
Lớp JC phân cực ngược nên điện trường do E2 tạo ra khóa mạch làm cho một số điện tử tự
do từ cực E sang cực B còn phần lớn qua lớp P qua lớp tới cực góp C để về cực dương
của nguồn vì vậy tạo ra dòng điện cực góp i c qua tải R là iE = iC+iB. Dòng iB còn là dòng
điều khiển. Khi tăng điện áp U BE thì dòng iB, iC tăng và ngược lại, lượng thay đổi dòng i B
nhỏ cũng gây ra một sự thay đổi lớn một lượng dòng iC.
- Hệ số khuếch đại dòng: là độ tăng của dòng góp với độ tăng của dòng gốc khi
cực phát E chung.

- Hệ số khuếch đại điện áp:

- Hệ số công suất:

Trang 9


Kp
Nếu đảo cực tính U BE tức là B nối vào cực âm nguồn điều khiển, E nối vào cực
dương nguồn thì Transistor không thể làm việc được do lớp JE bị phân cực ngược.
- Nguyên lý hoạt động của Transistor thuận tương tự.
c.Đặc tính Vôn-ampe

Hình 1.7: Đặc tính vôn-ampe của transistor
- Đặc tính ra: iC = f(UCE) khi iB = const.
- Đặc tính truyền đạt: iC = f(iB) khi UCE = const.
- Đặc tính vào iB = f(UBE) khi UCE = const.
- Đặc tính điện áp phản hồi: UBE = f(UCE) khi iB = const.
Trong đặc tính của transistor đặc tính ra được lưu ý đặc biệt, nó phân biệt bởi ba vùng
làm việc:
-

Vùng tuyến tính (c): ic tăng tỷ lệ với UB khi UCE = const.
Vùng bão hòa (b): iB tăng nhiều iC tăng ít

Trang 10


-

Vùng bão hòa (a): iB tăng nhưng iC = const
Đường thẳng ∆ phân giới hạn vùng (a) và (b)
Đường thẳng ∆’ phân giới hạn vùng (b) và (c)

-

Từ đặc tính ra có thể tính được trở kháng ra:

Zra =
- Hệ số khuếch đại dòng:

-

Cũng có thể tính hệ số khuếch đại dòng điện từ họ đặc tính truyền đạt. Từ đặc
tính vào có thể tính được trở kháng vào:

Zvào =
- Đặc tính phản hồi cho phép tính được hệ số khuếch đại điện áp:
β=
Các chế độ làm việc của Transistor với hai chế độ: Chế độ khuếch đại và chế độ
xung.
1.4.2 Thysistor
a.Cấu tạo, ký hiệu
- Cấu tạo: Thysistor là thiết bị gồm 4 lớp bán dẫn P 1,N1,P2,N2 ghép lại tạo ra ba lớp tiếp
xúc J1,J2,J3.
- Ký hiệu:
A

P
1

N
1

P
2

N
2

K

G
A

G

Trang 11

K


Hình 1.8: Cấu tạo kí hiệu của thysistor

b.Nguyên lý làm việc
- Khi đặt thysistor vào điện áp một chiều, A nốt nối vào cực dương, Katốt nối vào cực
âm của nguồn. Khi đó J 1, J3 được phân cực thuận J 2 bị phân cực ngược, gần như toàn bộ
điện áp nguồn đặt lên mặt ghép J2. Điện trường Ei của J2 có chiều từ N1 sang P2. Điện
trường ngoài tác dụng cùng chiều với Ei, vùng chuyển tiếp cũng là vùng cách điện càng
mở rộng ra, không có dòng chảy qua thysistor, mặc dù nó được đặt điện áp.

- Để mở thysistor ta đặt một xung điện áp U g tác động vào cực G (dương so với K) các
điện tử từ N2 sang P2 và một số ít chúng chảy vào nguồn U g và hình thành dòng điều

khiển ig chảy theo mạch G-J3-K-G, còn phần điện tử chịu sức hút của điện trường tổng
hợp của mặt ghép J2 lao vào vùng chuyển tiếp này, chúng được tăng tốc bắn phá J 2, vùng
chuyển tiếp J2 bị trọc thủng làm xuất hiện ngày càng nhiều điện tử chảy vào N 1 qua P1 và
đến cực dương của nguồn điện ngoài gây nên hiện tượng dẫn điện ồ ạt, J 2 trở thành mặt
ghép dẫn điện bắt đầu từ một điểm nào đó ở xung quanh cực G rồi phát tán ra toàn bộ
mặt ghép nên thysistor được mở.

A

P
1

N
1

P
2
G

N
2

K
Rt

_

+

Rt

R
1
K
R
2

E

Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý mở thysistor

Trang 12

T

+
_E


- Khóa Thysistor

+
_E

R

R
T

K

Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý khóa Thysistor
-

Có hai cách để khóa thysistor:
+ Cách 1: Giảm dòng điện ở A nốt xuống đến giá trị của dòng điện duy trì khi

thysistor được phân áp thuận thì lớp J2 có điện trở lớn làm cho dòng qua Thysistor rất
nhỏ lúc đó thysistor sẽ bị khóa lại.
+ Cách 2: Đặt một điện áp ngược lên thysistor ( biện pháp thường dùng) khi đặt
điện áp ngược lên T có UAk< 0 hai mặt ghép J1 và J3 bị phân cực ngược J2 phân cực thuận.
Những điện tử trước thời điểm đảo cực tính Uak đang có mặt tại P 1,N1, P2 bây giờ đảo
chiều hình thành nên dòng điện ngược chảy từ Katốt về A nốt và về cực âm của nguồn
điện ngoài. Lúc đầu của quá trình từ t 0 đến t1 dòng điện ngược khá lớn sau đó J 1,J2 trở
nên cách điện, còn lại một ít điện tử ở giữa hai mặt ghép J1 và J3 hiện tượng khuếch tán sẽ
làm chúng ít dần đi cho đến hết và J 2 khôi phục lại tính chất của mặt điều khiển. Thời
gian khóa toff tính từ khi bắt đầu có điện áp ngược cho tới dòng điện ngược bằng 0 (t 2). Đó
là khoảng thời gian mà ngay sau đó nếu đặt điện áp thuận lên T thì T cũng khong mở.
Trong bất kì trường hợp nào cũng không được đặt T dưới điện áp thuận khi T chưa bị
khóa, nếu không có thể gây ra ngắn mạch nguồn. Việc khóa Thysistor bằng cách đặt điện
áp ngược được thực hiện bằng cách ấn nút K.

Trang 13


c.Đặc tính vôn-ampe của Thysistor
I(A)

U(v)

Hình 1.11: Đặc tính vôn-ampe của Thysistor
-

Đoạn 1: Trạng thái khóa của T. Khi U tăng đến U ch bắt đầu quá trình tăng dòng

-

điện T chuyển sang trạng thái mở.
Đoạn 2: Giai đoạn ứng với phân cực thuận J 2, mỗi một lượng tăng nhỏ của dòng

-

điện ứng với một lượng giảm lớn của điện áp đặt lên Thysistor.
Đoạn 3: Trạng thái mở của thysistor J1,J2,J3 trở thành mặt ghép dẫn điện

-

Đoạn 4: Thysistor bị đặt điện áp ngược => Thysistor bị đánh thủng (do U tăng
lên ing cũng tăng lên).

1.4.3 Triac
a.Cấu tạo và ký hiệu

Trang 14


Hình 1.12: Cấu tạo và ký hiệu của triac
Triac là linh kiện bán dẫn tương tự như hai Thyristor mắc song song ngược, nhưng
chỉ có một cực điều khiển. Triac là thiết bị bán dẫn ba cực, bốn lớp. Có thẻ điều khiển
cho mở dẫn dòng bằng cả xung dương (dòng đi vào cực điều khiển) lẫn xung dòng âm

(dòng đi ra khỏi cực điều khiển). Tuy nhiên xung dòng điều khiển âm có độ nhạy kém
hơn, nghĩa là mở Triac sẽ cần một dòng điều khiển âm lớn hơn so với dòng điểu khiển
dương. Vì vậy trong thực tế để đảm bảo tính đối xứng của dòng điện qua Triac thì sử
dụng dòng điều khiển dương là tốt hơn cả.
b.Nguyên lý hoạt động.
Có 4 tổ hợp điện thế có thể mở Triac cho dòng chảy qua:

B2

G

+

+

+

-

-

-

-

+

+Nếu G(+), B2 (+) hoặc G(-), B2 (+) khi đó dòng điện chạy từ B2 sang B1
+ Nếu G(-), B2 (-) hoặc G(+), B2 (-) khi đó dòng điện chạy từ B1 sang B2.
c.Đặc tính V-A.

Trang 15


Hình 1.13: Đặc tuyến V-A của triac
Triac có đường đặc tính V-A đối xứng nhận góc mở trong cả hai chiều.
- Ngoài các van công suất đã nêu bên trên còn có các van công suất như IGBT, GTO,
IGTC, MCT, MTO,ETO...

Trang 16


CHƯƠNG II: BỘ ĐIỀU ÁP XOAY CHIỀU MỘT PHA
2.1 Giới thiệu một số sơ đồ mạch lực

Zf
U1

TBB§
U2 i

a

Z

U1

i

Z U2

i

U1

b

Z

U2

C

Hình 2.1: Các phương án điều áp một pha
Hình 2.1 giới thiệu một số mạch điều áp xoay chiều một pha. Hình 2.1a là điều áp
xoay chiều điều khiển bằng cách mắc nối tiếp với tải một điện kháng hay điện trở phụ
(tổng trở phụ) biến thiên. Sơ đồ mạch điều chỉnh này đơn giản dễ thực hiện. Tuy
nhiên, mạch điều chỉnh kinh điển này hiện nay ít được dùng, do hiệu suất thấp (nếu Zf
là điện trở) hay cos thấp (nếu Zf là điện cảm).
Người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp xoay chiều U 2 như trên
hình 2.1b. Điều chỉnh bằng biến áp tự ngẫu có ưu điểm là có thể điều chỉnh điện áp U 2
từ 0 đến trị số bất kì, lớn hay nhỏ hơn điện áp vào. Nếu cần điện áp ra có điều chỉnh,
mà vùng điều chỉnh có thể lớn hơn điện áp vào, thì phương án phải dùng biến áp là tất
yếu. Tuy nhiên, khi dòng tải lớn, sử dụng biến áp tự ngẫu để điều chỉnh, khó đạt được
yêu cầu như mong muốn, đặc biệt là không điều chỉnh liên tục được, do chổi than khó
chế tạo để có thể chỉ tiếp xúc trên một vòng dây của biến áp.
Hai giải pháp điều áp xoay chiều trên hình 2.1a,b có chung ưu điểm là điện áp hình
sin, đơn giản. Lại có cùng nhược điểm là quán tính điều chỉnh chậm và không điều
chỉnh liên tục khi dòng tải lớn. Sử dụng sơ đồ bán dẫn để điều chỉnh xoay chiều, có
thể khắc phục được những nhược điểm vừa nêu.

Các sơ đồ điều áp xoay chiều bằng bán dẫn trên hình 2.1c được sử dụng phổ biến.
Lựa chọn sơ đồ nào trong các sơ đồ trên tuỳ thuộc dòng điện, điện áp tải và khả năng

Trang 17


cung cấp các linh kiện bán dẫn. Có một số gợi ý khi lựa chọn các sơ đồ hình 2.1c như
sau:

Trang 18


Trang 19


Hình 2.2: Sơ đồ điều áp xoay chiều một pha bằng bán dẫn
a. Bằng hai thyristor song song ngược
b. bằng triac
c. Bằng hai thyristor hai diode
d. Bằng bốn diode một thyristor
Sơ đồ kinh điển hình 2.2.a thường được sử dụng nhiều hơn, do có thể điều khiển được
với mọi công suất tải. Hiện nay Thyristor được chế tạo có dòng điện đến 7000A, thì
việc điều khiển xoay chiều đến hàng chục nghìn ampe theo sơ đồ này là hoàn toàn đáp
ứng được
Tuy nhiên, việc điều khiển hai thyristor song song ngược đôi khi có chất lượng điều
khiển không được tốt, đặc biệt là khi cần điều khiển đối xứng điện áp, nhất là khi
cung cấp cho tải đòi hỏi thành phần điện áp đối xứng (chẳng hạn như biến áp hay
động cơ xoay chiều). Khả năng mất đối xứng điện áp tải khi điều khiển là do linh
kiện mạch điều khiển thyristor gây nên sai số. Điện áp tải thu được gây mất đối xứng
như so sánh trên hình 2.3.

Điện áp và dòng điện không đối xứng khi cung cấp cho tải, sẽ làm cho tải có thành
phần dòng điện một chiều, các cuộn dây bị bão hoà, phát nóng và bị cháy. Vì vậy việc
định kì kiểm tra, hiệu chỉnh lại mạch là việc nên thường xuyên làm đối với sơ đồ
mạch này. Tuy vậy, đối với dòng điện tải lớn thì đây là sơ đồ tối ưu hơn cả cho việc
lựa chọn.

U

U
Tải

t
a

UTải

U
1

2

t
b
Trang 20


Hình 2.3: Hình dạng đường cong điện áp điều khiển
a- Đối xứng
b- Mất đối xứng
Để khắc phục nhược điểm vừa nêu về việc ghép hai thyristor song song ngược,

triac ra đời và có thể mắc theo sơ đồ hình 2.2b Sơ đồ này có ưu điểm là các đường
cong điện áp ra gần như mong muốn như hình 2.2a, nó còn có ưu điểm hơn khi lắp
ráp. Sơ đồ mạch này hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp. Tuy
nhiên triac hiện nay được chế tạo với dòng điện không lớn (I < 400A), nên với những
dòng điện tải lớn cần phải ghép song song các triac, lúc đó sẽ phức tạp hơn về lắp ráp
và khó điều khiển song song.
Sơ đồ hình 2.2c có hai thyristor và hai điốt có thể được dùng chỉ để nối các cực điều
khiển đơn giản, sơ đồ này có thể được dùng khi điện áp nguồn cấp lớn (cần phân bổ
điện áp trên các van, đơn thuần như việc mắc nối tiếp các van).
Sơ đồ hình 2.2d trước đây thường được dùng, khi cần điều khiển đối xứng điện áp
trên tải, vì ở đây chỉ có một tiristor một mạch điều khiển nên việc điều khiển đối xứng
điện áp dễ dàng hơn. Số lượng thyristor ít hơn, có thể sẽ có ưu điểm hơn khi van điều
khiển còn hiếm. Tuy nhiên, việc điều khiển theo sơ đồ này dẫn đến tổn hao trên các
van bán dẫn lớn, làm hiệu suất của hệ thống điều khiển thấp. Ngoài ra, tổn hao năng
lượng nhiệt lớn làm cho hệ thống làm mát khó khăn hơn.
2.2 Điều chế xoay chiều một pha ứng với tải Rt

Hình 2.4:
điện và
tải thuần

Dạng sóng dòng
điện áp đối với
trở và thuần cảm

Dạng
thấy,
hợp tải
điện xoay
cung cấp

suất phản

sóng trên cho
ngay cả trường
thuần trở, lưới
chiều vẫn phải
một lượng công
kháng.

Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải:

Trang 21


Uc = = V.
Giá trị hiệu dụng của dòng tải:
Ic = .()
Công suất tác dụng cung cấp cho mạch tải:
P = UcIc = ().()
Như vậy bằng cách làm biến đổi góc từ 0 đến , người ta có thể điều chỉnh được công
suất tác dụng từ giá trị cực đại P =() đến 0
Bảng 2.1: Góc mở α ứng với từng loại tải :

2.3 Nguyên lý chung của mạch tạo xung
Điều khiển Triac trong sơ đồ chỉnh lưu hiện nay có rất nhiều phương pháp khác
nhau thường gặp là điều khiển theo nguyên tắc thẳng đứng tuyến tính. Theo nguyên tắc
này để điều khiển góc mở của Triac ta tạo ra một điện áp tựa dạng tam giác (điện áp tựa
răng cưa Urc). Dùng một điện áp xoay chiều Uđk để so sánh với điện áp tựa. Tại thời điểm
hai điện áp này bằng nhau(Uđk= Urc) thì sẽ tạo ra xung.
Trong vùng điện áp dương anot thì phát xung điều khiển cho tới cuối bán kỳ (hoặc

tới khi dòng điện bằng 0) .
Để thực hiện ý đồ trên mạch điều khiển bao gồm 3 khâu cơ bản:

Trang 22


Đồng bộ

So sánh

Tạo
xung và
khuếch đại

Hình 2.5: Sơ đồ khối các khâu trong mạch điều khiển
* Nhiệm vụ của các khâu trong sơ đồ khối như sau:
1. Khâu đồng bộ: Có nhiệm vụ tạo ra điện áp tựa U rc tuyến tính trùng pha với điện
áp Anot của Thyristor (triac)
2. Khâu so sánh: Nhận tín hiệu điện áp tựa và điện áp điều khiển. Có nhiệm vụ so
sánh giữa điện áp tựa với điện áp điều khiển U đk. Tìm thời điểm hai điện áp bằng
nhau(Uđk= Urc). Tại thời điểm hai điện áp này bằng nhau thì phát xung điều khiển ở đầu ra
để gửi sang tầng tạo xung và khuếch đại xung.
3. Khâu tạo xung và khuếch đại xung: Có nhiệm vụ tạo xung phù hợp để mở Triac.
Xung để mở Triac cần có các yêu cầu: Sườn trước dốc thẳng đứng để đảm bảo mở Triac
tức thời khi có xung điều khiển (Thường gặp là xung kim hoặc xung chữ nhật) đủ độ
rộng (với độ rộng xung lớn hơn thời gian mở của Triac). Cách ly giữa mạch điều khiển và
mạch động lực (nếu điện áp động lực quá lớn) đủ công suất.
 Nguyên lý hoạt động.
Tín hiệu điện áp cung cấp cho mạch điều khiển được đưa đến khối đồng pha. Đầu ra
của khối này có điện áp thường là hình sin cùng tần số và có thể lệch pha một góc xác

định so với điện áp nguồn. Điện áp này gọi là điện áp đồng bộ V đb . Đầu ra của mạch phát
điện áp răng cưa ta có các điện áp răng cưa đồng bộ về tần số và góc pha với điện áp
đồng bộ. Các điện áp này gọi là điện áp răng cưa V rc. Điện áp răng cưa Vrc được đưa vào
đầu vào của khối so sánh. Tại đó có một tín hiệu khác nữa là điện áp xoay chiều điều
chỉnh lấy từ ngoài. Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh hai tín hiệu này. Tại thời điểm hai
tín hiệu này bằng nhau thì tín hiệu đầu ra khối so sánh là các xung xuất hiện với chu kỳ
của Vrc . Xung răng cưa có hai sườn trong đó có một sườn mà tại đó thì đầu ra khối so

Trang 23


sánh xuất hiện một xung điện áp thì sườn đó là sườn sử dụng . Vậy ta có thể thay đổi thời
điểm của xung xuất hiện tại đầu ra khối so sánh bằng cách thay đổi V đk khi giữ nguyên
dạng của Vrc .
Trong một số trường hợp xung ra khối so sánh được đưa ngay đến đầu cực của thiết bị
cần điều khiển nhưng trong đa số các trường hợp thì tín hiệu ra khối so sánh chưa đủ yêu
cầu cần thiết. Người ta phải thực hiện việc khuếch đại thay đổi lại hình dáng xung. Các
nhiệm vụ này được thực hiên bởi một mạch gọi là mạch xung. Đầu ra của khối tạo xung
và khuếch đại xung sẽ được một chuỗi xung điều khiển có đủ các thông số yêu cầu về
công suất, độ dài, độ dốc mặt đầu của xung. Tại thời điểm bắt đầu xuất hiện các xung
hoàn toàn trùng với thời điểm xuất hiện xung trên đầu ra khối so sánh. Sau đó được
chuyển vào bộ logic chuyển thành xung điều khiển để đưa ra điều khiển mạch lực.
Ngày nay các mạch cổ điển như trên thường được thay thế bằng các IC tích hợp đầy
đủ các khâu, với kết cấu nhỏ gọn, giá thành rẻ và đạt được độ chính xác rất cao IC TCA
785 là một vi mạch như vậy
2.4. Giới thiệu về TCA 785
Vi mạch TCA 785 là vi mạch phức hợp thực hiện được 4 chức năng của một mạch
điều khiển: tạo điện áp đồng bộ, tạo điện áp răng cưa đồng bộ, so sánh và tạo xung ra.
a. Bảng 2.2: ký hiệu và chức năng của TCA 785
Chân

Ký hiệu

Chức năng

Chân

Ký hiệu

Chức năng

Chân nối đất

9

R9

Điện trở tạo mạch răng
cưa

Q2

Đầu ra 2 đảo

10

C10

Tụ tạo mạch răng cưa

3

QU

Đầu ra U

11

V11

Điện áp điều khiển

4

Q

Đầu ra 1 đảo

12

C12

Tụ tạo độ rộng xung

5

VSYNC

Điện áp đồng bộ

13

L

Tín hiệuđiều khiển xung
ngắn, xung rộng

6

I

Tín hiệu cấm

14

Q1

Đầu ra 1

7

QZ

Đầu ra z

15

Q2

Đầu ra 2

8

VREF

Điện áp chuẩn

16

Vs

Điện áp nguồn nuôi

1

OS

2

**

Trang 24


Hình 2.6: Dạng sóng và chức năng của các chân TCA785

Trang 25