Nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện tử công suất sử dụng trong công nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG

ISO 9001:2015

NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC HỆ THỐNG
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

HẢI PHÒNG - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG

NGHIÊN CỨU ĐỘ TIN CẬY CỦA CÁC HỆ THỐNG
ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHIỆP

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
NGÀNH: ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP

Sinh viên
Đào Văn Phán
Giảng viên hướng dẫn :GSTSKH Thân Ngọc Hoàn

HẢI PHÒNG - 2019


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ HẢI PHÒNG
--------------------------------------

NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Sinh viên: Đào Văn Phán - Mã SV: 1512102053
Lớp: DC1901 - Ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
Tên đề tài: Nghiên cứu độ tin cậy của hệ thống điện tử công suất sử dụng
trong công nghiệp


NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI
1. Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ đề tài tốt nghiệp
( về lý luận, thực tiễn, các số liệu cần tính toán và các bản vẽ).
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
2. Các số liệu cần thiết để thiết kế, tính toán.
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..

……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
3. Địa điểm thực tập tốt nghiệp.
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………..


CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Người hướng dẫn thứ nhất:
Họ và tên

: GSTSKH Thân Ngọc Hoàn

Học hàm, học vị

: Giáo sư Tiến sĩ Khoa Học

Cơ quan công tác

: Trường Đại Học Quản Lý và Công Nghệ Hải Phòng

Nội dung hướng dẫn : Toàn bộ đề tài
Người hướng dẫn thứ hai:
Họ và tên:.............................................................................................
Học hàm, học vị:...................................................................................
Cơ quan công tác:.................................................................................
Nội dung hướng dẫn:............................................................................
Đề tài tốt nghiệp được giao ngày tháng

năm

Yêu cầu phải hoàn thành xong trước ngày

tháng

Đã nhận nhiệm vụ ĐTTN

Đã giao nhiệm vụ ĐTTN

năm

Sinh viên

Người hướng dẫn

Đào Văn Phán

GSTSKH Thân Ngọc Hoàn
Hải Phòng, ngày ...... tháng........năm
2019

Hiệu trưởng

GS.TS.NGƯT Trần Hữu Nghị


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN TỐT NGHIỆP

Họ và tên giảng viên:

..............................................................................................

Đơn vị công tác:

........................................................................ .....................

Họ và tên sinh viên:

...................................... Chuyên ngành: ..............................

Đề tài tốt nghiệp:

......................................................................... .......... ..........

Tinh thần thái độ của sinh viên trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

1. Đánh giá chất lượng của đồ án/khóa luận (so với nội dung yêu cầu đã đề ra
trong nhiệm vụ Đ.T. T.N trên các mặt lý luận, thực tiễn, tính toán số liệu…)
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
....................................................................................................................................
2. Ý kiến của giảng viên hướng dẫn tốt nghiệp

Được bảo vệ
Không được bảo vệ
Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......
Giảng viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN CHẤM PHẢN BIỆN
Họ và tên giảng viên: ...............................................................................................
Đơn vị công tác: .......................................................................................................
Họ và tên sinh viên: ...................................... Chuyên ngành: .................................
Đề tài tốt nghiệp: ......................................................................................................
1. Phần nhận xét của giáo viên chấm phản biện
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
2. Những mặt còn hạn chế
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
..........................................................................................................................................
3. Ý kiến của giảng viên chấm phản biện
Được bảo vệ

Không được bảo vệ

Điểm hướng dẫn
Hải Phòng, ngày … tháng … năm ......

Giảng viên chấm phản biện
(Ký và ghi rõ họ tên)


MỤC LỤC
Chương 1: .............................................................................................................. 3
CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ........................................................ 3
1.2 DIODE CÔNG SUẤT..................................................................................... 4
1.2.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việcvới công suất của nguồn và tải. ................... 4
1.2.2 Đặc tính Volt – Ampere (V – A) ..................................................................

5

1.2.3 Trạng thái đóng ngắt .................................................................................... 6
1.2.4 Các tính chất động ........................................................................................ 6
1.2.5 Mạch bảo vệ diode ....................................................................................... 7
1.2.6 Các đại lượng định mức của diode ............................................................... 8
1.3 BJT CÔNG SUẤT (BIPOLAR JUNTION TRANSISTOR).......................... 8
1.3.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việc ..................................................................... 9
1.3.2 Đặc tính V-A trong mạch có Emitter chung .............................................. 10
1.3.3 Trạng thái đóng ngắt .................................................................................. 11
1.3.4 Các tính chất động ...................................................................................... 11
1.3.5 Các đại lượng định mức của transistor ....................................................... 12
1.3.6 Mạch kích và bảo vệ cho transistor ............................................................ 12
1.4 MOSFET (Metal – Oxide – Semiconductor Field Effect Transistor) .......... 16

1.5 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) .................................................... 19
1.6 SCR (Silicon Controlled Rectifier) ............................................................... 21
1.6.1 Mô tả và chức năng .................................................................................... 21
1.6.2 Các tính chất và trạng thái cơ bản .............................................................. 22
1.6.3 Đặc tính V-A .............................................................................................. 23
1.6.4 Khả năng mang tải...................................................................................... 24
1.6.5 Mạch kích SCR .......................................................................................... 24
1.6.6 Mạch bảo vệ SCR ....................................................................................... 26
1.7 TRIAC ........................................................................................................... 27
1.7.1 Đặc điểm cấu tạo ........................................................................................ 27
1.7.2 Đặc tính V-A .............................................................................................. 28
1.8 GTO............................................................................................................... 29
1


CHƯƠNG 2:.......................................................................................................31
CÁC BỘ CHỈNH LƯU CÓ ĐIỀU KHIỂN DÙNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT .. 31

2.1 TỔNG QUAN VỀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN....................................................31
2.2 CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN............................................... 32
2.2.1 Chỉnh lưu nửa chu kỳ có điều khiển.......................................................... 32
2.3 CHỈNH LƯU BA PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN...................................................35
2.3.1 Chỉnh lưu ba pha hình tia có điều khiển.................................................... 35
2.3.2 Chỉnh lưu ba pha hình cầu có điều khiển...................................................39
Chương 3 :...........................................................................................................43
ĐỘ TIN CẬY CỦA HỆ THỐNG ĐIỆN ĐIỆN TỬ CỘNG SUẤT DÙNG
TRONG CÔNG NGHIỆP...................................................................................43
3.1 MỘT TƯƠNG LAI CÔNG NGHIỆP...........................................................43
3.2 ỨNG DỤNG ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀO CÔNG NGHIỆP...................45
3.3 ĐỘ TIN CẬY ỨNG DỤNG CỤ THỂ CỦA CÁC THÀNH PHẦN.............47

3.4 YÊU CẦU TUỔI THỌ..................................................................................48
3.5 CƠ CHẾ KHÔNG THÀNH PHẦN..............................................................54
3.6 TIỀM NĂNG ĐỂ CẢI THIỆN ĐỘ TIN CẬY............................................. 55
KẾT LUẬN:........................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................66

2


Chương 1:
Lời mở đầu :
Kỷ nguyên của Truyền động điện có thể coi như bắt đầu từ thế kỷ 19 khi
Tesla phát minh ra động cơ không đồng bộ năm 1888. Từ đó, động cơ điện dần
dần thay thế động cơ hơi nước, vốn được coi là động lực cho cách mạng công
nghiệp lần thứ nhất (thế kỷ 18) và lần thứ hai (thế kỷ 19). Sự ra đời của các van
bán dẫn công suất lớn như diode, BJT, thyristor, triac và tiếp đó là IGBT thực sự
mang đến cho truyền động điện một sự biến đổi lớn về chất và lượng. Bài
nghiên cứu nhằm mục đích phân loại tìm hiểu độ tin cậy cảu điện tử công suát
đối với ngành công nghiệp phát triển nhanh chóng như hiện nay.

CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
1.1 PHÂN LOẠI LINH KIỆN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
- Các linh kiện bán dẫn công suất có hai chức năng cơ bản là ĐÓNG và
- Trạng thái linh kiện dẫn điện (ĐÓNG): linh kiện giống như một điện
trở có giá trị rất bé (gần bằng không).
- Trạng thái linh kiện không dẫn điện (NGẮT): linh kiện giống như một
điện trở có giá trị rất lớn.
- Các linh kiện bán dẫn có thể chuyển đổi trạng thái làm việc từ trạng
thái dẫn điện sang trạng thái không dẫn điện và ngược lại thông qua tín hiệu kích
thích tác động lên cổng điều khiển của linh kiện. Ta gọi linh kiện có điều khiển

được. Tín hiệu điều khiển có thể là dòng điện, điện áp hay ánh sáng với công
suất nhỏ hơn nhiều so

3


- Nếu linh kiện không có cổng điều khiển và quá trình chuyển trạng thái
làm việc xảy ra dưới tác dụng của nguồn công suất ở ngõ ra, ta gọi linh kiện thộc
loại khôngđiều khiển được.
-

Đối với các linh kiện điều khiển được, nếu tín hiệu điều khiển chỉ là

cho nó dẫn dòng điện mà không thể tác động ngắt dòng điện qua nó, ta gọi linh
kiện không có khả năng kích ngắt (SCR, TRIAC). Ngược lại, nếu linh kiện có
thể chuyển trạng thái làm việc từ đóng sang ngắt hay từ ngắt sang đóng thông
qua tín hiệu kích thích tác động lên cổng điều khiển gọi là linh kiện có khả năng
kích ngắt (BJT, MOSFET, IGBT,GTO…).
Ta có thể phân ra thành ba nhóm linh kiện như sau :
- Nhóm các linh kiện không điều khiển như Diode, DIAC.
- Nhóm các linh kiện điều khiển kích đóng được như SCR, TRIAC.
- Nhóm các linh kiện điều khiển kích ngắt được như BJT, MOSFET,
IGBT, GTO.
1.2 DIODE CÔNG SUẤT
1.2.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việcvới công suất của nguồn và tải.

Hình H1.2.1: Cấu trúc Diode (a) và ký hiệu (b)
Diode được cấu tạo bằng mối nối P-N, lớp N thừa điện tử, lớp P thiếu điện
tử đồng thời chứa các phần tử mang điện dạng lỗ trống tạo ra hàng rào điện thế
vào khoảng 0,6 V.

4


Hình H1.2.1a : Sơ đồ nguyên lý phân cực cho diode
a) phân cực thuận b) phân cực ngược
Khi ta đặt một điện áp lên diode, cực dương gắn với lớp P và cực âm gắn
với lớpN
(hình H1.2.1a.a), khi đó điện tử được chuyển từ lớp N qua lớp P. Còn các
hạt mang điện được chuyển từ lớp P sang lớp N và như vậy có một dòng điện
chạy qua diode.
Khi điện áp ngược được đặt lên diode (cực dương gắn với lớp N và cực
âm gắn với lớp P – hình H1.2.1a.b), điện tử và phần tử mang điện dạng lỗ trống
và các điện tử tự do bị kéo ra xa mối nối, kết quả chỉ có dòng điện rò vào
khoảng vài mA có thể chạy qua.
Khi điện áp ngược tiếp tục tăng các điện tích cũng tăng gia tốc gây lên va
chạm dây chuyền làm hàng rào điện thế bị chọc thủng và diode mất tính chất dẫn
điện theo một chiều (diode bị hỏng).
Trên hình vẽ, đầu ra của lớp P gọi là Anode (A) và lớp N là Cathode (K).
1.2.2 Đặc tính Volt – Ampere (V – A)

5


Hình H1.2.2: Đặc tính V – A thực tế (a) và lý tưởng(b)
Đặc tính có hai nhánh: nhánh thuận tương ứng với trạng thái dẫn điện
(nằm ở góc phần tư I) và nhánh nghịch tương ứng với trạng thái ngắt (nằm ở góc
phần tư III) như trên hình H1.2.2. Trong đó, hình H1.2.2a là đặc tính V – A thực
tế, hình H1.2.2b là đặc tính lý tưởng.
Giải thích các ký hiệu :

- U0: điện áp khóa của diode, U0 = 0,3V÷

0,6V tùy theo chất bán dẫn.-

UF: điện áp thuận của diode
-

UR: điện áp ngược của diode (điện áp đánh thủng)

-

IF: dòng điện thuận chạy qua diode.

1.2.3 Trạng thái đóng ngắt
Khi điện áp đặt vào anode và cathode lớn hơn điện áp khóa của diode thì
diode sẽ dẫn điện, ngược lại thì diode sẽ khóa (không dẫn điện).
UAK> U0: diode dẫn điện.
UAK< U0: diode ngưng dẫn.
Ta xét với trường hợp diode lý tưởng :
UAK> 0: diode dẫn điện.
UAK< 0: diode ngưng dẫn.
1.2.4 Các tính chất động
6


Quá trình chuyển mạch: là quá trình diode chuyển từ trạng thái dẫn điện
sang trạng thái ngắt.

Hình H1.2.4: Quá trình chuyển mạch của
Trong khoảng [0÷ t0] diode dẫn và dòng qua nó là dòng thuận IF

Tại thời điểm

t
0

diode ngắt, dòng qua diode (dòng thuận) giảm dần về 0.

t= t
Khi 1: dòng thuận tiến tới 0, nhưng do chuyển động của các hạt dẫn nên
diode tiếp tục dẫn với dòng có chiều ngược lại.

t= t

Khi 2: các hạt dẫn tiêu tán hết, diode khôi phục khả năng khoá áp ngược.

Khi

t= t
3

: dòng ngược giảm về 0. Qúa trình ngắt diode kết thúc.

1.2.5 Mạch bảo vệ diode

7


Hình H1.2.5: Mạch bảo vệ diode
Để hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng quá áp và bảo vệ cho diode công
suất, ta mắc song song với diode mạch lọc RC.Tuy nhiên, các diode công suất

trên thực tế đã tích hợp sẳn mạch RC.
1.2.6 Các đại lượng định mức của diode
Điện áp định mức: là điện áp ngược lớn nhất (URM) có thể lặp lại tuần
hoàn trêndiode.
Dòng điện định mức: là dòng điện thuận lớn nhất (IFM) chạy qua diode
mà không làm cho diode bị hỏng.
Để tăng khả năng chịu áp tải ta ghép nối tiếp các diode, để tăng khả năng
chịu dòng tải ta ghép song song các diode.
Hình dạng của một số diode trên thực tế như trên hình H1.2.6.

Hình H1.2.6: Một số diode trên thực tế.
1.3 BJT CÔNG SUẤT (BIPOLAR JUNTION TRANSISTOR)
8


1.3.1 Nguyên lý cấu tạo và làm việc
Transistor được cấu tạo bởi cấu trúc 3 lớp dạng n-p-n (hình H1.3.1a) hoặc
p-n-p (hình H1.3.1b).Nhưng dạng n-p-n được sử dụng nhiều hơn vì loại này có
kích thước nhỏ hơn với cùng một mức điện áp và dòng điện.
Transistor có 3 cực: cực Base (B), cực Collector (C) và cực Emitter (E) và
là linh kiện được điều khiển hoàn toàn thông qua cực B và E. Mạch công suất
nối giữa 2 cực C và E.
Ký hiệu của transistor như trên hình H1.3.1a

Hình H1.3.1: Nguyên lý cấu tạo của transistor

Hình H1.3.1a : Ký hiệu của transistor
Trong lĩnh vực điện tử công suất, transistor BJT được sử dụng như một
công tắc đóng ngắt các mạch điện, phần lớn sử dụng loại NPN và mắc theo dạng
mạch có Emitter chung (hình H1.3.1 b )

9


Trên hai cực B và E là điện áp điều khiển uBE.Các điện cực C, E được sử
dụng làm công tắc đóng ngắt mạch công suất. Điện áp điều khiển phải có tác
dụng tạo ra dòng iB đủ lớn để điện áp giữa hai cực C và E đạt giá trị bằng không
(uCE=0).
Transistor là linh kiện được điều khiển hoàn toàn bằng dòng điện iB.

Hình H1.3.1b : Sơ đồ mắc theo dạng Emitter chung
1.3.2 Đặc tính V-A trong mạch có Emitter chung
Đặc tính V-A ngõ ra của mạch mắc theo dạng E chung như trên hình
H1.3.2a (đặc tính thực tế) và hình H1.3.2b (đặc tính lý tưởng).

Hình H1.3.2: Đặc tính V-A ngõ ra của mạch E

10


Đặc tính ngõ ra: biểu diễn quan hệ của các đại ngõ ra iC = f(uCE), thông số biến
thiên là dòng kích iB. Các đặc tính ngõ ra được vẽ cho các giá trị khác nhau của
iB.
Đường thẳng biểu diễn UCE = U - ICRC là đường đặc tính tải. Giao điểm
của đường này với các đặc tính ngõ ra sẽ xác định điểm làm việc của transistor.
Trong vùng chứa đặc tính ngõ ra, ta phân biệt ba vùng: vùng nghịch, vùng
bảo hòa và vùng tích cực.
Vùng nghịch: iB= 0, transistorởtrạng thái ngắt. Dòng iCcó giá
trịnhỏkhôngđáng kể đi qua transistor và tải gọi là dòng điện rò.
Vùng bảo hòa: là vùng giới hạn xác định bởi điện thếUCE=
UCE(sat)nhỏnhất cóthể đạt được ứng với giá trị IC cho trước và vùng giới hạn

bởi đường đặc tính khi
IB= 0.
Nếu điểm làm việc nằm trong vùng bảo hòa (xem điểm đóng như trên
hình H1.3.2a), transistor sẽ đóng, transistor làm việc như một khóa đóng ngắt
dòng điện.
Vùng tích cực: là vùng transistor hoạt độngởchế độkhuếch đại tín hiệu.
1.3.3 Trạng thái đóng ngắt
IB ≥ IB(sat) : BJT đóng.
IB = 0 : BJT ngắt.
Với IB(sat) là dòng điện IB bảo hòa. Để đơn giản, ta thường xét điều kiện
đóng ngắt của transistor ở điều kiện lý tưởng.
IB> 0 : BJT đóng.
IB = 0 : BJT ngắt.
1.3.4 Các tính chất động
Quá trình dòng collector IC có dạng xung vuông như trên hình H1.3.4b.
Thời gian đóng ton kéo dài khoảng vài µs, thời gian ngắt hơn 10µs.

11


Hình H1.3.4: Quá trình chuyển mạch của transistor
Quá trình chuyển mạch tạo nên công suất tổn hao do đóng ngắt của
transistor. Công suất tổn hao làm giới hạn tần số hoạt động của transistor.Khi
đóng ngắt, dòng điện qua transistor lớn và điện áp ở mức cao nên giá trị tức thời
của công suất tổn hao lớn.
Quá trình chuyển đổi điểm làm việc từ vị trí NGẮT đến vị trí ĐÓNG
(hoặc ngược lại) được mô tả như trên hình H1.3.4a.Quá trình này kéo dài trong
thời gian ton hoặc toff.
1.3.5 Các đại lượng định mức của transistor
Định mức điện áp: giá trị điện áp cực đại trên hai cực C, E khi iB= 0 và

trên haicực B, E khi iC = 0. Các giá trị này là giá trị tức thời.
Định mức dòng điện: là giá trịcực của các dòng điện iC, iE, và iB. Đó là
các giá trịcực đại tức thời của transistor khi đóng trong trạng thái bảo hòa.
Công suất tổn hao: công suất tổn hao tạo ra chủyếu trên cực C.
PC = UCE.IC.Công suất tổn hao làm cho transistor nóng lên.Khi
transistor làm việc, nhiệt độ sinh ra trên transistor không được vượt quá giá trị
nhiệt độ cho phép, thường là 1500C.
1.3.6 Mạch kích và bảo vệ cho transistor
a. Điều khiển kích đóng:
12


Sơ đồ mạch và giản đồ xung kích như trên hình 1.3.6.Khi xung điện áp
UB được đưa vào, dòng điện qua cổng B bị giới hạn bởi điện trở R1.

Hình 1.3.6: Sơ đồ mạch kích và giản đồ xung kích
b. Điều khiển ngắt:
Khi điện áp UB giảm xuống giá trị âm U2< 0, trên hai cực B, E xuất hiện
điện áp ngược bằng tổng điện áp UB và UC.
Sau khi tụ C xả hết, điện áp trên BE xác lập bằng U2< 0 nên transistor bị
kíchngắt.
Thí dụ sơ đồ mạch kích

Hình H1.3.6a Một dạng sơ đồ mạch kích cho transistor

13


Cổng Base của BJT công suất được điều khiển bởi cuộn thứ cấp C3 của
biến áp xung 3 cuộn dây TX1.Cuộn sơ cấp C1, C2. Để điều khiển đóng BJT Q4,

điện áp có giá trị dương được cấp cho đầu A làm cho Transistor Q3 đóng, cuộn
C1 tích điện, điện áp dương xuất hiện trên cuộn C3, đồng thời cuộn C2 không có
dịng chạy qua vì BJT Q2 ngắt, và Q1 đóng nối tắt cổng Base của Q2 xuống
masse.
Khi xung áp điều khiển ở đầu A giảm xuống 0, cả hai BJT Q1 và Q3 đều
ngắt. Khi Q3 ngắt cuộn C1 hở không được cấp nguồn, đồng thời cuộn C2 được
cấp điện do Q2 đóng. Do khác cực tính nên cuộn C3 xuất hiện điện áp ngược và
ngắt Q4. Diode D1 và D2 có tác dụng bảo vệ quá dòng.
Mạch phát tín hiệu để điều khiển mạch công suất dùng bán dẫn thường
được yêu cầu cách ly về điện.Điều này có thể thực hiện được bằng optron hặc
biến áp xung.
Biến áp xung: gồm một cuộn sơ cấp và có thểcó nhiều cuộn thứcấp. Sơ
đồnguyên lý mạch cách ly tín hiệu điều khiển dùng biến áp xung như trên hình
1.3.6b
Optron: gồm một nguồn phát tia hồng ngoại dùng diode quang và mạch
thu dùngphototransistor như trên hình 1.3.6c.

Hình 1.3.6b: Sơ đồ nguyên lý cách ly tín hiệu điều khiển
dùng biến áp xung

14


Hình 1.3.6c: Sơ đồ nguyên lý cách ly tín hiệu điều khiển dùng Optron
Mạch bảo vệ transistor: bảo vệ transistor trước các hiện tượng tăng quá
nhanh của điện áp và dòng điện đi qua transisitor. Mạch bảo vệ như trên hình
1.3.6d.
Mạch RC có tác dụng hạn chế chế sự tăng của điện áp trên hai cực C, E.
Cuộn kháng Ls làm giảm sự tăng dòng điện qua BJT.

Hình 1.3.6d :Mạch bảo vệ BJT
Hình dạng của một số Transistor trên thực tế như trên hình 1.3.6e.

15


Hình 1.3.6e : Hình dạng một số transistor trên thực tế
1.4 MOSFET (Metal – Oxide – Semiconductor Field Effect Transistor)
MOSFET là transistor có khả năng đóng ngắt nhanh và tổn hao do đóng
ngắt thấp. MOSFET được sử dụng trong các ứng dụng công suất nhỏ (vài KW).
MOSFET có thể có cấu trúc NPN hoặc PNP. Hình H1.4 mô tả cấu trúc
MOSFET loại NPN và ký hiệu của nó.

Hình 1.4: Cấu trúc MOSFET loại NPN và ký hiệu

16


MOSFET được điều khiển đóng ngắt bằng xung điện áp đặt vào cực cổng
(G).Khi điện áp dương đặt lên giữa hai cổng G và S thì dòng điện được dẫn từ
cực D tới cực S.
MOSFET có điện trở khi dẫn điện lớn nên công suất tổn hao khi dẫn điện
lớn.Đặc tính V-A của MOSFET loại N như trên hình H.1.4.1. Đặc tính có
dạnggiống như đặc tính V-A của BJT.

Hình 1.4.1: Đặc tính V-A của MOSFET
MOSFET ở trạng thái ngắt điện khi điện áp cổng thấp hơn giá trị
UGS.Điện áp kích cho MOSFET phải ở dạng liên tục.Giá trị điện áp kích tối đa
là ±20V.
Mạch kích MOSFET

Sơ đồ mạch kích như trên hình H1.4.1. Khi có điện áp UG, tụ điện C1 tích
điện và dòng điện đi vào cực G:
UG
I G=
S

Sau khi xác lập, điện áp trên cực cổng là:

U
GS

U G

.RG

= RS +R1+RG

17


Hình 1.4.2: Sơ đồ mạch kích cho MOSFET
Đối với sơ đồ hình 1.4.1, khi điện áp kích U1 ở mức cao, Q1 dẫn và Q2
khóa làm cho MOSFET dẫn.Khi tín hiệu U1 ở mức thấp, Q1 ngắt, Q2 dẫn làm
cho MOSFET ngắt điện.
Mạch kích cho MOSFET có thể được cách ly với mạch tạo tín hiệu điều
khiển thông qua biến áp xung hoặc optron (1.4.3.a,b).

Hình 1.4.3: Mạch cách ly tín hiệu điều khiển với mạch kích

18