Giáo trình điện tử công suất chương bộ biến đổi xung điện áp một chiều

CHƯƠNG 3: BỘ BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU
(Bộ biến đổi xung điện áp một chiều)

MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG
Sinh viên nắm được kĩ thuật đóng ngắt để chuyển đổi điện áp một chiều DC/DC.
Hiểu sự vận hành và các đặc tính của bộ biến đổi điện áp một chiều
Ứng dụng của BBD điện áp một chiều trong thực tế.

3.1. KHÁI NIỆM CHUNG
Trong kỹ thuật điện cũng có nhiều trường hợp phải thực hiện quá trình biến đổi một
điện áp một chiều không đổi thành một điện áp một chiều khác có giá trị điều chỉnh được
trong phạm vi rộng. Để thực hiện quá trình biến đổi này người ta đã từng sử dụng nhiều
phương pháp khác nhau. Phương pháp biến đổi cho hiệu suất cao, dùng được trong giải
công suất từ nhỏ đến lớn và thực hiện điều chỉnh điện áp ra một cách thuận tiện nhất là
sử dụng các BBĐ điện áp một chiều thành điện áp một chiều, thường gọi tắt là BBĐ một
chiều-một chiều và cũng còn được gọi là xung điện áp hoặc trong một số tài liệu khác
người ta gọi là bộ băm điện áp.

1

1


K

+

id

t

Lt
Et

-

ut(nét liền) it(nét đứt)

Rt
ut

D0

it

Ud

iDo
Ud

ut

it

0
tđ

t1
tc

t2 t3

Tck

a

t4
Tck

t5

t6 t7

b

Hình 3.1: Sơ đồ nguyên tắc chung (a) và dạng điện áp, dòng điện trên tải (b) của BBĐ
một chiều – một chiều
BBĐ một chiều-một chiều là thiết bị biến đổi điện năng ứng dụng các dụng cụ bán
dẫn có điều khiển. Nguyên tắc hoạt động của BBĐ được minh hoạ bằng sơ đồ nguyên
tắc hình 3.1.
Trong sơ đồ này khố đóng cắt K đặc trưng cho BBĐ một chiều-một chiều; phụ tải
gồm các phần tử: s.đ.đ phụ tải Et (còn được gọi là sức phản điện động), điện trở tải R t và
điện cảm phụ tải Lt (thường gồm tự cảm của tải, ví dụ như điện cảm cuộn dây phần ứng
động cơ một chiều, và điện cảm của cuộn kháng đưa thêm vào mạch để san bằng dịng
tải); điơt ngược D0 (cịn gọi là điôt không). Điện áp Ud là điện áp một chiều thường có giá
trị khơng đổi dùng để cung cấp cho BBĐ. Dịng qua khố đóng cắt K đồng thời là dòng
nguồn ký hiệu là id. Dòng qua điốt ngược ký hiệu là iDo. dòng và áp trên tải ký hiệu là it và
ut . Điện áp trên D0 là uDo = -ut giống như điôt không trong sơ đồ chỉnh lưu.
Nguyên tắc hoạt động của BBĐ như sau: Người ta điều khiển đóng-cắt khố K
theo một chu kỳ nào đó. Ví dụ trong khoảng từ t=0 đến t=t 1 thì đóng K, trên tải sẽ được
đặt điện áp bằng Ud và có dịng từ nguồn qua khố K kín và qua tải. Phương trình vi phân

để xác định dịng qua tải trong giai đoạn này là:
Rt .it + Lt .

dit
+ Et = U d
dt

(3.1)

dòng qua tải sẽ tăng từ giá trị I min đến bằng Imax tại t=t1. Trên D0 có điện áp ngược và D 0
khơng làm việc. Tại thời điểm t=t 1 người ta thực hiện cắt khoá K, điện áp nguồn một

2

2


chiều Ud được tách khỏi mạch tải, s.đ.đ. tự cảm xuất hiện trong điện cảm phụ tải L t sẽ làm
mở van D0 và dịng tải sẽ được duy trì qua D0. Phụ thuộc vào chế độ làm việc cũng như
thơng số các phần tử phụ tải mà có thể xẩy ra 2 chế độ làm việc tương tự như với sơ đồ
chỉnh lưu. Nếu giá trị Lt đủ lớn, giá trị dịng tải khơng q nhỏ thì năng lượng tích luỹ
trong Lt ở giai đoạn K đóng đủ để duy trì dịng tải đến thời điểm đóng lại khố K (t=t 2), ta
có chế độ dịng điện tải liên tục (dạng dòng tải trường hợp này biểu diễn trên đồ thị hình
3.1b), và dịng tải giai đoạn này sẽ giảm dần từ I max xuống bằng Imin tại t=t2. Trường hợp
do Lt quá nhỏ, hoặc do dòng tải quá nhỏ (tải nhỏ hoặc khơng tải) thì năng lượng tích luỹ
trong Lt khơng đủ để duy trì dịng tải đến thời điểm đóng lại khố K, ta có chế độ dòng
điện tải gián đoạn, khi sơ đồ làm việc ở chế độ dịng tải gián đoạn thì dịng tải khi cắt K
sẽ giảm dần đến bằng không tại một thời điểm t 1' nào đó (t1'thì D0 dẫn dịng, bỏ qua sụt áp trên điơt mở ta có u t = -uDo= 0. Từ t=t1' đến t=t2 thì dịng tải
bằng khơng, van D0 khố, điện áp trên tải giai đoạn này là: u t=Et. Phương trình vi phân để

tìm dịng tải khi van D0 dẫn dịng là :
Rt .it + Lt .

dit
+ Et = 0
dt

(3.2)

Thông thường đối với bộ biến đổi này thì người ta phải tính tốn sao cho khi BBĐ làm
việc bình thường (dịng tải từ 0,2 dịng tải định mức trở lên) thì BBĐ làm việc ở chế độ
dòng liên tục. Do vậy ta chủ yếu nghiên cứu sự làm việc của BBĐ ở chế độ dòng tải liên
tục.
Tại t=t 2 người ta lại đóng khố K nên trên tải lại được đặt điện áp bằng U d và lại có
dịng từ nguồn Ud đi vào tải, dòng tải lại tăng, van D0 lại bị đặt điện áp ngược và khoá lại.
Các chu kỳ tiếp theo sự hoạt động của sơ đồ tương tự như đã xét.
Từ đồ thị điện áp trên tải ở chế độ dịng điện tải liên tục ta có giá trị trung bình của
điện áp trên tải được xác định bằng biểu thức:
1
U tb =
Tck

3

td

∫ u dt =
t

0

U d td
Tck

(3.3)

3


trong đó tđ là thời gian một lần đóng khố K, tc là thời gian một lần cắt của khoá K , Tck là
thời gian một chu kỳ đóng cắt của khoá K . Nếu ta đặt γ = tđ/Tck được gọi là độ rộng
xung; f=1/Tck là tần số xung thì biểu thức điện áp trung bình trên tải có thể viết:

U tb = γ .U d = U dđ.t . f

(3.4)

Xuất phát từ các biểu thức (3.3) và (3.4) ta thấy rằng có thể điều chỉnh giá trị trung
bình điện áp trên tải bằng một số phương pháp sau:
- Giữ nguyên thời gian một chu kỳ đóng cắt T ck=tđ+tc và thay đổi thời gian đóng tđ, tức
là thay đổi độ rộng xung γ: Được gọi là phương pháp điều chỉnh xung rộng.
- Giữ nguyên thời gian đóng t đ, thay đổi thời gian chu kỳ Tck, tức là thay đổi tần số
đóng cắt f: Được gọi là phương pháp điều chỉnh xung tần.
- Thay đổi cả thời đóng t đ và tần số đóng cắt f: Được gọi là phương pháp điều chỉnh
xung rộng-tần.
Để thực hiện chức năng khố đóng cắt K ta có thể sử dụng các dụng cụ bán dẫn có
điều khiển, các dụng cụ được sử dụng chủ yếu là transitor và tiristor.
Các khoá bằng transitor có kết cấu gọn hơn do đặc tính làm việc của transitor là: mở
khi có tín hiệu điều khiển đủ u cầu và khố khi mất tín hiệu điều khiển hoặc có một tín
hiệu ngược chiều nhỏ ở cực gốc (được xem như là cực điều khiển). Các khoá loại này có

ưu điểm là dễ khống chế nhưng cũng có nhược điểm là cơng suất cịn bị hạn chế.
Các khố đóng cắt bằng thyristor có nhược điểm là kết cấu phức tạp hơn do chỗ tiristor
mở khi có tín hiệu điều khiển nhưng lại khơng khố được bằng tín hiệu điều khiển ngược
chiều (hiện nay cũng có một số tiristor khố được bằng tín hiệu điều khiển ngược chiều
nhưng thường là công suất nhỏ và chưa thông dụng) mà nguồn cung cấp cho BBĐ là
nguồn một chiều. Vì vậy, đối với khố đóng cắt bằng tiristor thì cần phải có thêm một số
thiết bị phụ để chuyển mạch tiristor mà ta thường gọi là thiết bị chuyển mạch hay chuyển
đổi.

4

4


3.2. DÒNG VÀ ÁP TRÊN PHỤ TẢI CỦA BBĐ MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU
3.2.1. Biểu thức dòng tải tổng quát dòng tải trong chế độ xác lập
.2.1.2. Giai đoạn khố K đóng
Từ phương trình (3.1) chuyển sang dạng tốn tử Laplace ta có:
ditd
1
+ aitd = (U d − Et )
dt
Lt

(3.5)

trong đó a=Rt/Lt ; p là toán tử Laplace ; I đ(p) là ảnh Laplace của dịng tải trong giai đoạn
K đóng itđ ; iđ(0) là giá trị dòng tải tại thời điểm đầu của mỗi lần đóng khố K (chọn mốc
t=0 tại thời điểm đóng K), khi BBĐ làm việc ở chế độ xác lập thì giá trị tại thời điểm đầu
của khoảng K đóng bằng giá trị dịng tải tại thời điểm cuối của khoảng K cắt và ta ký

hiệu là Imin , tức là : iđ(0) = Imin . Giải (3.4) ta được :
 I đ ( p ) = ( U d − Et ) /  pLt ( p + a )  + I min / ( p + a ) = a ( U d − Et ) /  pRt ( p + a )  + I min / ( p + a )

Chuyển sang hàm gốc ta tìm được biểu thức dịng tải giai đoạn khố K đóng là:
itđ = ( U d − Et ) / Rt  . ( 1 − e − at ) + I mine − at

.2.1.2.

Giai đoạn khoá K cắt

Trong giai đoạn K cắt thì D 0 dẫn dịng, ta có phương trình để xác định dịng tải là
phương trình (3.2). Chuyển phương trình (3.2) sang dạng tốn tử Laplace với mốc thời
gian xét t=0 là thời điểm bắt đầu cắt khoá K:
            p.I c ( p ) − ic ( 0 ) + a.I c ( p ) = − Et / p                                            
trong đó a=Rt/Lt ; p là toán tử Laplace ; I c(p) là ảnh Laplace của dòng tải trong giai đoạn
K cắt itc ; ic(0) là giá trị dòng tải tại thời điểm đầu của mỗi lần cắt khoá K, khi BBĐ làm
việc ở chế độ xác lập thì giá trị tại thời điểm đầu của khoảng K cắt bằng giá trị dòng tải
tại thời điểm cuối của khoảng K đóng và ta ký hiệu là Imax : ic(0)=Imax.
Giải (3.6) ta được :
         I c ( p ) = − Et /  pLt ( p + a )  + I max / ( p + a ) = −a.Et /  pRt ( p + a )  + I max / ( p + a )

5

5


Chuyển sang hàm gốc ta tìm được biểu thức dịng tải giai đoạn khoá K cắt là:
itc = − ( Et / Rt ) . ( 1 − e − at ) + I max e − at

.5.2.2. Biểu thức dịng tải tồn chu kỳ đóng cắt

Các biểu thức (3.5) và (3.7) là biểu thức dòng tải trong 2 giai đoạn của một chu kỳ
đóng cắt khố K, trong các biểu thức này cịn có I min và Imax là các giá trị chưa biết. Vậy
để có thể tìm được giá trị dòng tải ta xác định các giá trị I min và Imax .
Như đã nêu, trong chế độ xác lập, nếu dịng tải là liên tục thì ta có: I min bằng giá trị
dịng tải tại thời điểm cuối khoảng cắt của K, tức là khi cho t=t c đối với biểu thức (3.7) ;
còn Imax là giá trị dịng tải cuối khoảng đóng của K, tương ứng là giá trị biểu thức (3.5)
khi cho t=tđ. Vậy ta có:
         I max = ( U d − Et ) / Rt  . ( 1 − e− atđ ) + I min e− atđ
I min = − ( Et / Rt ) . ( 1 − e − atc ) + I max e − atc    

Ta đặt:
A = ( U d − Et ) / Rt  . ( 1 − e− atđ ) ; B = − ( Et / Rt ) . ( 1 − e− atc ) ; C = e− atđ ; D = e − atc

Từ (3.8a),(3.8b) và (3.9) ta có:
I max − C.I min = A                                                                 
I min − D.I max = B                                      

Giải (3.10) ta tìm được:
        I max = A + C ( AD + B ) / ( 1 − DC )  ; I min =

( AD + B ) / ( 1 − DC )            

Vậy tập hợp các biểu thức (3.5), (3.7) và (3.11) ta có biểu thức tổng qt dịng tải
trong một chu kỳ đóng cắt khố K:

(

itđ      =   ( U d − Et ) / Rt  . 1 − e − at

(

)

           itc      =   − ( Et / Rt ) . 1 − e − at

+ I mine − at

)

+ I maxe − at

           I max = A + C ( AD + B ) / ( 1 − DC )
           I min =

6

( AD + B ) / ( 1 − DC )

6


**Trường hợp dịng tải gián đoạn ta có Imin=0,vậy nên:
            itđ      =   ( U d − Et ) / Rt  . ( 1 − e − at )                                            ( 3.12 )

(

→ I max = ( U d − Et ) / Rt  . 1 − e − atđ

)

và do vậy:

(

)

(

)

itc = − ( Et / Rt ) . 1 − e − at + ( U d − Et ) / Rt  . 1 − e − atđ .e− at                  ( 3.13 )

Các biểu thức (3-12),(3-13) là biểu thức dòng tải ở chế độ dòng điện tải gián đoạn.
Nếu gọi thời gian van D0 dẫn dòng trong một chu kỳ đóng cắt khố K là t 0 thì t0 có thể
tìm bằng cách thay t=t0 vào biểu thức (3-13) cho vế trái biểu thức bằng không (t03.2.2. Điện áp trên tải
.5.2.2. Chế độ dòng tải liên tục
Như đã nêu khi dịng tải liên tục thì điện áp tức thời trên tải sẽ là: u t=Ud khi K
đóng và ut=0 khi K cắt vì khi đó D0 làm việc.
Điện áp trung bình (thành phần một chiều) trên phụ tải :

                         U tb = g .U d = U dđ.t . f
.5.2.2. Chế độ dòng tải gián đoạn
Trong trường hợp dịng tải gián đoạn thì giai đoạn khố K đóng điện áp tải vẫn khơng
có gì thay đổi so với chế độ dòng tải liên tục, tức là khi K đóng thì u t=Ud. Giai đoạn khố
K cắt được phân làm hai gian đoạn nhỏ : từ lúc bắt đầu cắt K cho đến khi dòng tải vừa
giảm xuống bằng khơng (t=0÷t=t0) lúc này van D0 làm việc, ta có: ut=0; giai đoạn nhỏ
tiếp theo là từ lúc D0 khoá (t=t0) cho đến thời điểm đóng lại khố K ở chu kỳ đóng cắt
tiếp theo (trong khoảng t=t0÷t=tc): ut=Et.
Vậy ta có thể xác định biểu thức tính điện áp trung bình trên tải trong chế độ dịng

điện tải gián đoạn như sau:
U
  tb =

7

( 1 / Tck ) . ut .dt

= ( 1 / Tck ) . U
  d .dt + Et .dt  =

( 1 / Tckđ)  td .U

+ ( t − t 0t) .E             ( 3.14 )      

c

7


3.3. CÁC SƠ ĐỒ BỘ BIẾN BBĐ DC-DC DÙNG THYRISTOR
3.3.1. Các sơ đồ
L2

T1

+
C

iT1

ic
T2

D

-

T1

L1

iT2
T2

iDo
D0

L

Lt
C

T1

T5 C

iDo
D0

ic
T4

Rt
Lt

ut
Et

c

it

T3

ut

ic

Et

iT1

T2
Ud

Lt

b

+
Rt

Rt

ut

D2

-

it

iDo

iT2
D0

Et

iT1

it

iT1
T2

Ud

a

D

-

Lt

ic

C

Rt

D2

T1

+

ut

D0
L

Ud

iDo

iT2

Ud

+

it

Et

-

d

Hình 3.2: Một số sơ đồ mạch lực BBĐ một chiều – một chiều sử dụng thyristor
Trên hình 3.2 là các sơ đồ BBĐ một chiều-một chiều sử dụng khố đóng cắt bằng các
thyristor. Trong tất cả các sơ đồ thì : T1 là thyristor chính, nó đóng vai trị khố đóng cắt
K: khi T1 mở tương đương với khố K kín mạch (K đóng), cịn khi T 1 khoá tương đương
với khoá K hở mạch (K cắt): phụ tải của BBĐ gồm E t,Rt,Lt ; D0 là điơt ngược; các phần
tử cịn lại trong các sơ đồ là các phần tử chuyển mạch (chuyển đổi), nó được sử dụng để
khoá van T1 tại những thời điểm cần thiết. Các phần tử chuyển mạch của sơ đồ 1 (hình
3.2a) và sơ đồ 3 (hình 3.2c) là tụ điện C, điện cảm L, điôt D và tiristor phụ T 2. Các phần
tử chuyển mạch của sơ đồ 2 (hình 3.2b) gồm tụ điện C, các điện cảm L 1, L2, các điôt D1,

8

8


D2 và tiristor phụ T2 . Các phần tử chuyển mạch của sơ đồ 4 (hình 3.2d) gồm tụ điện C
và các tiristor phụ T2 , T3 , T4 , T5 .
3.3.2. Nguyên lý làm việc của BBĐ một chiều-một chiều sử dụng khố đóng cắt

bằng thyristor
.5.2.2. Ngun lý làm việc sơ đồ 1 (hình 4.2a)
uT1
T1

+
uC
Ud

iT1

it

iC
C

T2

iDo

iT2
D0

iL
L

ut

D

Rt
Lt
Et

Hình 3.3: Sơ đồ BBĐ một chiều-một chiều nối tiếp
Ta biểu diễn lại sơ đồ 1 trên hình 3.3, trong sơ đồ ta ký hiệu dòng và áp trên một số
phần tử của sơ đồ: uC, iC là điện áp và dòng điện trên tụ điện chuyển mạch C ; u T1, iT1 là
điện áp và dịng điện mạch anơt-katơt thyristor chính T 1 ; ut, it , iDo là điện áp trên tải ,
dòng qua tải và điôt ngược D0 .
Muốn cho sơ đồ khởi động và làm việc bình thường thì điều bắt buộc trước tiên là
phải nạp điện đủ cho tụ C trước khi khởi động. Giá trị điện áp nạp tụ đủ là ≈Ud , cịn cực
tính điện áp nạp ban đầu cho tụ có thể bất kỳ. Để nạp điện cho tụ C ta có thể sử dụng
ngay điện áp Ud cung cấp cho BBĐ hoặc có thể sử dụng một nguồn điện khác bất kỳ có
giá trị phù hợp , thường thì ta sử dụng ngay điện áp Ud để nạp tụ.
*Việc nạp điện cho tụ C bằng nguồn U d thường được thiết kế một cách tự động như
sau:
Khi thiết kế lắp đặt BBĐ người ta nối thẳng mạch điện cực điều khiển của T 2 đến đầu
ra mạch phát xung mở cho T2. Điện cực điều khiển của T1 thì nối đến đầu ra mạch phát
xung mở cho T1 qua tiếp điểm thường mở của rơ le khởi động BBĐ. Khi đóng nguồn
cung cấp cho mạch động lực thì đồng thời mạch phát xung điều khiển cũng sẽ được cấp

9

9


nguồn và làm việc. Nếu ta giả thiết điện áp trên tụ đang bằng khơng, tại một thời điểm
nào đó (ví dụ là tại t=0) ta đóng nguồn cung cấp cho BBĐ để chuẩn bị làm việc thì tại
thời điểm đó mạch điều khiển của BBĐ (trong phần này ta chưa nghiên cứu đến phần
mạch điều khiển và ta tạm giả thiết là mạch điều khiển BBĐ làm việc bình thường đúng

theo yêu cầu đặt ra) cũng được cấp nguồn và làm việc, do vậy tại một thời điểm nào đó
lân cận ngay sau t=0 trên T 2 sẽ xuất hiện tín hiệu điều khiển thứ nhất của nó. Lúc này
điện áp trên T2 đang thuận vì uC = 0 nên khi có tín hiệu điều khiển T 2 sẽ mở và xuất hiện
dòng nạp cho tụ theo đường (+Ud) - C -T2 - phụ tải - (-Ud) và điện áp tụ sẽ tăng dần lên.
Khi điện áp tụ đạt giá trị U d với cực tính dương ở bản cực phía trên (tức là u C=Ud) thì
dịng nạp tụ bằng khơng, có nghĩa rằng dịng qua T 2 cũng bằng khơng và T2 tự khố lại.
Do chưa khởi động BBĐ nên mạch điện cực điều khiển T 1 chưa kín, van T1 chưa được
cấp xung điều khiển và chưa làm việc, cịn T2 nếu có tiếp các xung điều khiển thì vẫn
khố do tụ C đã nạp đầy dẫn đến khơng có điện áp thuận trên T 2, vì vậy điện áp tụ C sẽ
được giữ nguyên giá trị và cực tính như vậy để chuẩn bị q trình khoá T 1 khi ta cho sơ
đồ làm việc.
*Khởi động và đưa BBĐ vào làm việc: Tại t=t 0 ta ấn nút điều khiển khởi động BBĐ,
lúc đó rơ le khởi động sẽ tác động và làm kín mạch điện cực điều khiển T 1 với mạch phát
xung. Tại một thời điểm nào đó sau t 0 (t=t0’) thì trên điện cực điều khiển T 1 xuất hiện
xung điều khiển đầu tiên, do đang có điện áp thuận nên T 1 sẽ mở và xuất hiện dòng điện
từ cực dương nguồn qua van T1 qua phụ tải về cực âm nguồn. Van T1 mở, bỏ qua sụt áp
trên nó ta có ut=Ud, mặt khác T1 mở sẽ tạo đường phóng điện cho tụ C và tụ sẽ phóng
điện theo đường C - T 1 - D - L - C . Nếu ta bỏ qua sụt áp trên T 1 và D đang dẫn dịng thì
mạch vịng phóng điện của tụ là một mạch vịng dao động cộng hưởng khơng có tổn thất.
Như đã rõ trong lý thuyết mạch điện, ta có:
Với sự phóng điện của tụ trong vịng dao động cộng hưởng thì ban đầu dịng phóng
của tụ tăng dần đồng thời điện áp trên tụ giảm dần, khi điện áp trên tụ giảm xuống bằng
khơng thì dịng qua tụ và điện cảm đạt giá trị lớn nhất. Sau đó tụ sẽ được nạp theo chiều
ngược lại, giá trị điện áp trên tụ tăng dần thì dịng qua tụ và điện cảm cũng giảm dần. Khi
điện áp trên tụ đạt giá trị bằng trước lúc bắt đầu phóng và cực tính ngược lại (tức là u C=Ud) thì dịng qua tụ bằng khơng và có xu hướng đổi chiều (tụ có xu hướng phóng điện

10

10

ngược lại), nhưng do tính dẫn dịng một chiều của điơt D mà sự phóng điện theo chiều
ngược lại khơng xẩy ra và điện áp trên tụ sẽ được giữ nguyên giá trị và cực tính như vậy
(=-Ud) cho đến thời điểm mở T 2. Đến thời điểm t1=t0’+tđ ta cần khóa van T1 (cắt khố K),
ta truyền tín hiệu điều khiển đến T2 (do mạch phát xung điều khiển thực hiện), T2 sẽ mở
và tụ C phóng điện qua T 2 mở - qua phụ tải - nguồn cung cấp. Bỏ qua sụt áp trên T 2 mở
thì tồn bộ điện áp trên tụ C sẽ đặt lên T 1vậy ta có uT1=uC tức là tại thời điểm T2 mở (t=t1)
thì T1 bị đặt điện áp ngược và khố lại. Khi điện áp trên tụ vẫn âm thì u T1 vẫn âm và T1
phục hồi tính chất điều khiển. Q trình phóng điện làm cho giá trị điện áp trên tụ giảm
dần và khi uC = 0 thì tụ sẽ được nạp theo chiều ngược lại bởi nguồn cung cấp U d của
BBĐ và điện áp trên tụ lại tăng dần theo chiều ngược lại. Khi giá trị điện áp trên tụ đạt
đến Ud thì điện áp trên tải bằng không và s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong L t sẽ làm mở D0 và
dòng tải sẽ được duy trì qua điơt ngược, bỏ qua sụt áp trên D 0 mở thì ut=0 và điện áp tụ
cân bằng với điện áp nguồn (tụ nạp đầy) và dòng qua tụ sẽ giảm về bằng khơng nên dịng
T2 cũng bằng khơng và van T2 tự khoá lại, điện áp trên tụ được giữ nguyên giá trị và cực
tính như vậy cho đến lúc T1 mở. Tại t=t2=t1+tc van T1 lại có tín hiệu điều khiển, T1 lại mở,
ut=Ud và D0 bị đặt điện áp ngược khố lại. T 1 mở thì qua T1 lại có dịng tải và dịng phóng
của tụ. Sự làm việc của sơ đồ trong các giai đoạn tiếp sau diễn ra tương tự như chu kỳ
vừa xét. Như vậy bằng cách truyền tín hiệu điều khiển đến T 1 và T2 theo qui luật nhất
định mà ta đã khống chế được q trình mở - khố của T 1 đúng theo qui luật cần thiết.
Chu kỳ làm việc của 2 van T 1 và T2 bằng nhau và đúng bằng chu kỳ của điện áp trên tải.
Thời gian một lần đóng của khố K bằng thời gian một khoảng mở của T 1, nó bằng
khoảng thời gian từ thời điểm xuất hiện một xung điều khiển trên T 1 đến thời điểm xuất
hiện xung điều khiển trên T2 gần nhất và tiếp sau xung xuất hiện trên T1.
.5.2.2. Nguyên lý làm việc của các sơ đồ khác
a. Sơ đồ 2 (hình 3.2b)
Từ sơ đồ hình 3.2b ta thấy rằng nó chỉ khác sơ đồ hình 3.2a là tồn tại thêm một mạch
vịng phóng điện thứ hai, có tác dụng giảm ảnh hưởng của dòng tải đến thời gian phóng
điện của tụ. Các điều kiện cũng như biện pháp nạp điện ban đầu cho tụ cũng tương tự như
sơ đồ 1.

11

11


b. Sơ đồ 3 (hình 3.2c)
Với sơ đồ này thì không cần phải nạp điện ban đầu cho tụ. Đây là ưu điểm của sơ đồ
này so với các sơ đồ khác.
Ví dụ tại t=0 ta bắt đầu khởi động sơ đồ, giả thiết trước đó điện áp trên tụ đang bằng
không. Ở thời điểm t=t0 sẽ xuất hiện xung điều khiển đầu tiên trên T 1 và van T1 sẽ mở vì
đang có điện áp thuận do nguồn cung cấp một chiều U d gây nên. Van T1 mở thì sụt áp trên
nó bằng khơng và trên tải được đặt điện áp nguồn cung cấp (tức là lúc này ta có: u t=Ud),
đồng thời sẽ xuất hiện dịng nạp cho tụ C theo mạch vòng: (+U d) -T1 - D - L - C- (-Ud).
Nếu bỏ qua sụt áp trên T 1và D đang dẫn dịng thì đây là một mạch vịng cộng hưởng
khơng tổn thất, theo lý thuyết mạch điện thì tụ C sẽ nạp điện với qui luật thay đổi của
điện áp dạng hàm sin , còn dòng qua tụ thay đổi theo qui luật hàm cosin (ta đặt t’=t-t 0 thì
thời điểm tụ bắt đầu nạp - tức là bắt đầu mở T1: t'=0). Biểu thức dòng và áp tụ C sẽ là:

uC = 2.U d .sinw0t’ ;  iC = I m .cosw0t’  ;  

Với

w0 = 1/  L.C

là tần số góc cộng hưởng, I m=2.Ud/ω0.L là biên độ dòng qua tụ điện

C và cuộn kháng L khi tụ C nạp điện. Như vậy khi ω0t’=π/2 thì uC=2Ud , cịn dịng qua tụ
thì bằng khơng và bắt đầu có xu hướng đổi chiều, do tính dẫn dịng một chiều của D, mặt
khác T2 cịn khố nên q trình đổi chiều dịng qua tụ chưa xảy ra. Điện áp trên tụ lúc đó

có giá trị bằng 2Ud và cực tính dương ở bản cực phía trên trong sơ đồ hình 3-2c và sẽ
được giữ nguyên như vậy cho tới lúc mở T 2. Tại t=t1=t0+tđ thì ta cần khố van T1, ta đưa
tín hiệu điều khiển đến mở T2, van T2 sẽ mở do điện áp trên nó đang thuận, tụ C sẽ phóng
điện qua T2 - qua phụ tải. Sự phóng điện của tụ C qua T 2 gây nên trên T1 một điện áp
ngược (khi T2 mở thì uT1=Ud-uC), do vậy mà T1 khố lại. Khi tụ phóng đến điện áp bằng
khơng thì D0 sẽ mở và dẫn dịng nhờ s.đ.đ. tự cảm sinh ra trong L t, nên dòng tụ sẽ giảm
về bằng khơng , dẫn đến dịng T 2 cũng bằng khơng , T2 tự khố lại. Đến t=t2=t1+tc=t0+Tck
thì ta lại truyền xung điều khiển đến mở T 1 và sự làm việc của sơ đồ sẽ diễn ra tương tự
như chu kỳ vừa xét.
c. Sơ đồ 4 (hình 3.2d)

12

12


Với sơ đồ này cũng phải nạp điện trước cho tụ C, ta giả thiết là đã nạp điện trước cho
tụ với cực tính dương ở bản cực phía trên. Cho sơ đồ bắt đầu làm việc, giả thiết cực tính
điện áp ban đầu trên tụ như đã nêu, tại t=t 0 xuất hiện xung điều khiển thứ nhất trên T 1,
van này mở và qua nó sẽ có dịng điện tải do nguồn cung cấp tạo nên, u t=Ud. Tại t=
t1=t0+tđ ta cần khố T1, lúc đó ta truyền xung điều khiển đến T 3 và T5, hai van này mở, tụ
điện C sẽ phóng điện qua chúng-qua phụ tải và nguồn cung cấp gây nên trên T 1 một điện
áp ngược làm cho T1 khoá lại. Sau khi phóng đến điện áp bằng khơng thì C sẽ được nạp
theo chiều ngược lại và khi điện áp trên C đạt giá trị bằng U d với cực tính ngược lại
(dương ở bản cực phía dưới) thì D 0 mở và dịng nạp tụ sẽ bằng khơng, nên T 3 và T5 khố
lại. Tại t2=t1+tc thì ta lại truyền xung điều khiển thứ hai đến mở T 1, van T1 lại mở. Đến
t3=t2+tđ ta lại cần khoá T1, lúc này ta truyền xung điều khiển đến hai van T 2 và T4, hai van
này sẽ mở do đang có điện áp thuận, tụ C sẽ phóng điện qua hai van này và gây nên trên
T1 một điện áp ngược , T1 khố lại. Tụ điện C sau khi phóng đến điện áp bằng khơng thì
lại được nạp theo chiều ngược lại bởi nguồn cung cấp U d qua T2 ,T4 cho đến khi giá trị

điện áp trên tụ bằng Ud và cực tính như trước khi khởi động sơ đồ (dương ở bản cực phía
trên) thì D0 mở, T2,T4 khố lại. Tại t=t4=t3+tc ta lại mở T1 và tại t5=t4+tđ thì lại cần khố T1,
ta lại truyền tín hiệu điều khiển đến hai van là T 3 và T5, hai van này lại mở, tụ C phóng
điện qua chúng và gây nên điện áp ngược trên T 1 làm cho T1 khố lại. Q trình tiếp theo
trong sơ đồ diễn ra tương tự, chu kỳ xuất hiện của tín hiệu điều khiển trên các tiristor phụ
bằng hai lần chu kỳ làm việc của van T1.
3.3.3. Điện áp và dòng điện các phần tử BBĐ một chiều-một chiều trong một chu kỳ
điện áp ra
Để nghiên cứu dạng dòng và áp các phần tử của sơ đồ BBĐ phục vụ cho việc tính
chọn thơng số các phần tử ta nghiên cứu với sơ đồ 1. Qui ước chiều dòng và áp các phần
tử BBĐ như trên hình 3.3. Từ nguyên lý hoạt động của sơ đồ 1 đã nêu một cách chi tiết ở
phần trước ta thấy rằng nếu biết được dạng dòng và áp qua T 1 và tụ điện C thì hồn tồn
có thể suy ra dịng và áp trên các phần tử còn lại. Do vậy ở đây ta chỉ biểu diễn dòng áp
của T1, tụ C và dòng, áp trên tải. Một chu kỳ làm việc của BBĐ có thể chia làm 4 giai
đoạn. Ta chọn mốc bắt đầu xét (t=0) là thời điểm truyền xung điều khiển đến mở T 2 để

13

13


khố T1 và giả thiết rằng trước đó sơ đồ đã làm việc ở chế độ xác lập. Ta có các biểu thức
dòng và áp các phần tử của sơ đồ trong các giai đoạn làm việc như sau:
Giai đoạn 1: Từ t=0÷t=t1 (t1 là thời điểm kết thúc sự phóng và nạp ngược lại của tụ
C qua mạch vịng C-T2-tải-Ud-C). Trước thời điểm này T1 đang dẫn dòng và phụ tải đang
được đặt điện áp bằng Ud , tụ C đã nạp đến điện áp bằng -U d. Tại thời điểm xét ta truyền
xung điều khiển đến T2 và T2 mở, T1 bị đặt điện áp ngược khoá lại , tụ C phóng điện qua
T2, qua tải và nguồn cung cấp, dịng phóng của tụ bằng dịng tải, để đơn giản cho việc
nghiên cứu ta giả thiết rằng trong giai đoạn phóng và nạp lại của tụ C thì dịng tải khơng
thay đổi (thực tế thì giả thiết này hồn tồn có thể chấp nhận được vì thời gian phóng và

nạp lại của tụ C rất ngắn so với thời gian một chu kỳ của điện áp ra và nếu tải có điện
cảm khá lớn thì trong thời gian đó dịng tải thay đổi khơng đáng kể) và bằng I max. Vậy ta
có:

uT1

iT1

Ud
iT1= 0 ; uT1
=uC ; iC=it=Imax ; uC= -Ud+Imax.t/C

t

0
t1

t2

t3

t4

t5

-Ud
uC iC
Ud

t

0

Hình 3.4

t1

t2

t3

t4

t5

-Ud
ut
2Ud

14

14

Ud

t

0
t1

t2

t3

t4

t5


Như vậy trong tời gian này điện áp trên C thay đổi theo qui luật tuyến tính, đến t=t 1/2 thì
uC=0 và bắt đầu đổi chiều, khi uC = Ud thì T2 khố lại và kết thúc giai đoạn thứ nhất.
Giai đoạn 2 : Từ t= t1÷t=t2 (t2 là thời điểm kết thúc một khoảng cắt của K), lúc này
tụ điện ngừng nạp T2 khố,van D0 mở và dịng tải được duy trì qua D0,ta có:
iT1= 0 ; uT1=Ud ; iC= 0 ; uC= Ud; iT2= 0 ; ut= 0 ; iDo= it .
Giai đoạn 3: Từ t= t2÷t=t3 (t3 là thời điểm kết thúc sự phóng và nạp ngược lại của
C qua mạch vòng dao động cộng hưởng). Trong giai đoạn này tụ điện phóng điện qua T 1
mở - qua D - qua điện cảm L và sau đó được nạp theo chiều ngược lại nhờ tính chất dao
động cộng hưởng của mạch vịng phóng điện, van D0 bị đặt điện áp ngược khố lại, qua
T1 có 2 thành phần dịng điện là dịng tải và dịng phóng nạp của tụ, vậy ta có:
Giai đoạn 4: Từ t= t3÷t=t4 (t4 là thời điểm kết thúc sự dẫn dịng của van T 1 (tại thời
điểm này cần cắt K, ta truyền tín hiệu điều đếnT 2, van T2 lại mở, tụ C lại phóng điện qua
mạch qua T2 - qua tải - qua nguồn cung cấp sau đó được nạp theo chiều ngược lại bởi
nguồn Ud). Trong giai đoạn này dòng điện trong sơ đồ chỉ đi từ nguồn qua T1, qua tải, van
D0 vẫn bị đặt điện áp ngược và khố , ta có:
iT1 = it ; uT1 = 0 ; iC = 0 ; uC = -Ud ; iT2 = 0 ; ut = Ud iDo = 0 ; iL = 0 .
Khoảng thời gian từ t=0 đến t=t 4 đúng bằng một chu kỳ làm việc của BBĐ, các chu kỳ
tiếp theo sơ đồ làm việc tương tự. Đồ thị dòng điện và điện áp trên T 1, tụ điện C và đồ thị
điện áp trên tải như hình 3.4.

15

15


3.3.4. Tính chọn các phần tử của BBĐ một chiều-một chiều
.5.2.2. Chọn các van
Việc tính chọn các van trong BBĐ này cũng trong tự như việc tính chọn các van trong
các BBĐ khác, giá trị tính tốn về áp và dòng đối với T 1 và T2 trong sơ đồ 1 được xác
định theo đồ thị hình 3-4. Điện áp ngược lớn nhất trên các van là :

U T 1ngmax   =U
  T 2 ngmax   =U
  d
Dịng trung bình các van được xác định theo đồ thị hình 3.4 trong chế độ nặng nề
nhất, đối với T1là khi tđ =Tck và dòng qua tải lấy giá trị lớn nhất cho phép là I tmax, vậy ta
có:

IT1tbmax = Itmax ; Trong một chu kỳ T2 dẫn dòng một khoảng thời gian bằng khoảng

thời gian để tụ phóng và nạp lại bởi dòng tải từ giá trị u C = -Ud đến uC = Ud (bằng t1) , ta
có : t1= 2.Ud.C/Itmax , vậy dịng trung bình lớn nhất qua T2:

IT 2tbmax = I tmax .t1 / Tck = 2.U d .C / Tck .
Các biểu thức tính chọn: [I Ttb] ≥ KiT.ITtbmax ; [UTng] ≥ KuT.UTngmax . Các hệ số dự trữ về
dịng và áp có thể lấy như với sơ đồ chỉnh lưu.
Điơt chuyển mạch có số liệu chọn tương tự như đối với T 2 ; thông số để tính chọn D0
tương tự như T1.
.5.2.2. Chọn C và L
a. Chọn tụ điện chuyển mạch (C)
Tụ điện C được tính chọn về điện dung đủ để đảm bảo thời gian phục hồi tính chất

điều khiển của T1. Từ đồ thị điện áp trên T1 và trên tụ C ở hình 3-4 ta thấy rằng : khoảng
thời gian để cho T1 phục hồi tính chất điều khiển bằng thời gian để tụ C phóng từ giá trị
=-Ud đến bằng khơng, tức là bằng

t1/2 = Ud.C/Itmax . Vậy giá trị nhỏ nhất của tụ điện

chuyển mạch để đảm bảo T1 phục hồi được tính chất điều khiển là:

Cmin = Itmax .tk / U d  ,
trong đó tk là thời gian phục hồi tính chất điều khiển của T 1 lấy theo tài liệu tra cứu
tiristor.

16

16


Thơng thường, để đảm bảo sự chuyển mạch an tồn trong mọi trường hợp, người ta
chọn giá trị điện dung của tụ bằng hai lần giá trị nhỏ nhất (min):

Ctt = 2.Cmin = 2.I tmax .tk / U d
Điện áp trên tụ khi làm việc thường là ± Ud , để đảm bảo độ bền ta thường chọn điện
áp tính toán của tụ ≥ 1,5.Ud
b. Chọn điện cảm chuyển mạch (L)
Giá trị của điện cảm chuyển mạch ảnh hưởng đến biên độ dịng phóng của tụ qua T 1,
theo quan điểm hạn chế biên độ xung dòng qua T 1 thì L càng lớn càng tốt. Nhưng giá trị
L cũng ảnh hưởng đến chu kỳ cộng hưởng riêng của vòng L-C, mà thời gian để tụ phóng
và nạp lại đến điện áp bằng giá trị ban đầu trước khi phóng ít nhất phải bằng một nửa chu
kỳ cộng hưởng, vậy yêu cầu thời gian đóng nhỏ nhất phải lớn hơn một nửa chu kỳ dao

động cộng hưởng của vòng L-C, tức là:

tđmin >    L.C / p.

Thêm vào đó, giá trị L càng nhỏ thì biên độ dịng phóng nạp của tụ qua L sẽ càng lớn.
Xuất phát từ những đặc điểm trên, để cho sơ đồ hoạt động bình thường trong phạm vi
điều chỉnh yêu cầu và đảm bảo van T 1 không bị hỏng bởi biên độ cũng như tốc độ tăng
của dòng khi mở van mà giá trị L được lựa chọn :
Lmin < L < Lmax
Lmin = C .U d 2 /

Trong đó:

Lmaxđmin
= t

2

([ I ]
Tmax

− It 0 ) ;
2

. p 2 / C  ;

với [ITmax] là giá trị biên độ cực đại cho phép của dòng qua T 1 , It0 là giá trị dòng tải tại
thời điểm mở T1 , C điện dung của tụ được chọn theo mục trước.
3.4. MẠCH ĐIỀU KHIỂN BBĐ MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU
3.4.1. Khái niệm chung

Cũng như các BBĐ khác, trong BBĐ một chiều- một chiều ta cũng sử dụng các dụng
cụ bán dẫn có điều khiển, vì vậy để BBĐ có thể làm việc đúng theo u thì ta phải tạo ra
các tín hiệu điều khiển để khống chế các van. Mạch điện để tạo ra các tín hiệu điều khiển

17

17


này được gọi là mạch điều khiển của BBĐ một chiều-một chiều. Từ nguyên lý hoạt động
của mạch động lực như đã nêu ta thấy rằng, tần số làm việc của BBĐ phụ thuộc vào tần
số tín hiệu điều khiển trên điện cực điều khiển các van. Điều này hoàn tồn khác so với
các BBĐ đã xét trước đây, ví dụ tín hiệu điều khiển các van chỉnh lưu xuất hiện với tần
số bằng tần số nguồn cung cấp cho BBĐ. Như vậy trong mạch điều khiển BBĐ này cần
phải có mạch phát sóng chuẩn, nó quyết định tần số xung điều khiển các van, tức là quyết
định tần số điện áp ra. Ngoài ra phụ thuộc vào phương pháp điều chỉnh điện áp ra mà cần
phải có các mạch điện khác để thực hiện các nhiệm vụ cần thiết để đảm bảo được qui luật
điều chỉnh nhất định. Mặt khác phụ thuộc vào loại dụng cụ bán dẫn được sử dụng, kiểu
sơ đồ mà tín hiệu điều khiển cũng có những u cầu cụ thể khác nhau. Trong chương
trình môn học ta chỉ nghiên cứu trường hợp dụng cụ được sử dụng là tiristor, phương
pháp điều chỉnh điện áp ra là phương pháp điều chỉnh độ rộng xung.
3.4.2. Mạch điều khiển BBĐ một chiều- một chiều ứng dụng cho trường hợp điều
chỉnh độ rộng xung
.5.2.2. Sơ đồ khối mạch điều khiển
Điện áp điều khiển uđk

FSCĐ

FSRC

SS

TXT2

uđkT2
(uđkT1)

Hình 3.5
uđkT1
Hình 3.5 là sơ đồ khối mạch phát xung điều khiển
TXT1 cho BBĐ một chiều - một chiều sử
(uđkT2)

dụng khố đóng cắt bằng thyristor, điều chỉnh điện áp ra theo phương pháp xung rộng.
Trong đó :
- FSCĐ : Là khối phát sóng chủ đạo, có nhiệm vụ tạo ra hệ thống xung điện áp thường
có dạng hình chữ nhật với tần số thường là bằng tần số của xung điện áp đầu ra BBĐ.
Khối này có thực hiện bằng nhiều sơ đồ khác nhau như các mạch đa hài, các mạch tự dao
động,v.v. .
- FSRC : Là mạch tạo ra chuỗi các điện áp hình răng cưa tần số bằng tần số tín hiệu ra
mạch FSCĐ.

18

18


-S S : mạch so sánh, nó làm nhiệm vụ chuyển dịch thời điểm phát xung đến các tiristor
phụ (trong trường hợp các sơ đồ 1,2,3 là van T 2) so với các thời điểm mốc (thường là thời
điểm xuất hiện xung trên T1).

-TXT2 : Khối tạo xung cho các tiristor phụ (T 2), nó bao gồm mạch sửa xung, khuếch đại
xung và trong trường hợp sử dụng nhiều tiristor phụ như sơ đồ 4 (hình3-2d) thì khối này
cịn có nhiệm vụ phân chia xung cho các tiristor phụ, và phần tử cuối cùng của khối là
mạch truyền xung (trong trờng hợp này thường sử dụng máy biến áp xung).
-TXT1 : Khối tạo xung cho tiristor chính T 1 , nó bao gồm mạch sửa xung, khuếch đại
xung và mạch truyền xung (trong trờng hợp này cũng thường sử dụng máy biến áp xung).
Các phần tử trong mạch phát xung được cung cấp (nuôi) bằng các nguồn điện áp một
chiều. Điện áp điều khiển dùng để điều chỉnh điện áp đầu ra BBĐ là u đk , đây là điện áp
một chiều. Các xung điều khiển các van ký hiệu là uđkT1 và uđkT2 .
*Chú ý: Trong một số trường hợp ta có thể chuyển đổi kênh phát xung cho tiristor
chính T1 để phát xung điều khiển cho tiristor phụ và ngược lại, lúc đó chỉ cần quan tâm
đến qui luật thay đổi của điện áp ra theo điện áp điều khiển là được.
.5.2.2. Các mạch phát sóng chủ đạo
Như đã nêu, đây là mạch điện quyết định chu kỳ tín hiệu điều khiển, tức là quyết định
chu kỳ làm việc của BBĐ. Mạch này có nhiệm vụ phát ra một dãy xung với chu kỳ xác
định, xung ra có thể là xung vng hoặc dạng khác. Có rất nhiều sơ đồ phát xung khác
nhau có thể sử dụng cho mục đích này, sau đây ta sẽ giới thiệu một số mạch phát xung
ứng dụng các IC thông dụng.
a. Mạch phát sóng chủ đạo dùng vi mạch khuếch đại thuật toán

19

19


Hình 3.6
Sơ đồ mạch phát xung như hình 3.6a, trong đó mạch điện gồm vi mạch khuếch
đại thuật tốn A và 2 điện trở R 1, R2 tạo thành một triger smit, khi thêm tụ điện C và điện
trở R mắc như trong sơ đồ ta có mạch tự dao động, dạng điện áp ra của sơ đồ được biểu
diễn trên hình 3.6b. Điện áp đầu ra của sơ đồ là các xung 2 cực tính (điện áp xoay chiều)

với chu kỳ lặp lại là T được xác định theo cơng thức sau:
nếu ta chọn R2 ≈ 0,86.R1 thì biểu thức loga ≈ 1 và ta có : T = 2.R.C.
Biên độ các xung bằng giá trị ra bão hoà của KĐTT và được ký hiệu là V sat .
b. Mạch phát sóng chủ đạo dùng vi mạch số 555
+Ucc =5-15 V
8

R1
7
R2
C

6
2

a

4
555

t

3
ura
5

1

b

ura

C1

TL

TH
T

Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý mạch phát xung dùng vi mạch 555 và đồ thị điện áp ra
Sơ đồ mạch tạo xung dùng IC 555 như hình 3.7a. Đây là một sơ đồ đa hài phiếm định,
nguồn cung cấp cho sơ đồ là +U cc có thể nằm trong khoảng từ 5 ÷ 15V một chiều. Điện
trở điều chỉnh R1 trong sơ đồ được dùng để điều chỉnh chu kỳ xuất hiện của xung điện áp
ra, giá trị của R1 có thể thay đổi từ 10 ÷ 1000 kΩ . Giá trị tụ điện C phải từ 0,1µF trở lên.
Dạng điện áp ra là các xung vuông một cực tính được biểu diễn trên hình 3.7b. Chu kỳ
của xung ra được xác định như sau:

20

20


T = TH + TL .
Trong đó TH được gọi là thời gian mức cao và T H=0,693(R1+R2)C ; còn TL được gọi là
thời gian mức thấp và TL= 0,693R2C .
c. Mạch phát xung chủ đạo dùng IC số 4044
Trong trường hợp cần các xung điều khiển với chu kỳ khác nhau, ví dụ khi sử dụng sơ
đồ 4, ta có thể sử dụng mạch phát xung chủ đạo như hình3-8. Trong sơ đồ này có 3 đầu
ra, hai đầu Q và

ta có các Q
xung cùng tần số là f 1 với cực tính ngược nhau, các xung

này có thể dùng để khống chế mạch phát xung cho các thyristor phụ.
Đầu ra thứ ba (DSC) có các xung với tần số f 2 gấp đôi tần số hai kênh kia (f2=2f1), xung ở
đầu ra này có thể dùng để khống chế kênh phát xung cho tiristor chính T1. Ta có :
f1 = 1/(4,4.R.C) và f2 = 1/(2,2.R.C).
+Ucc

2
R

4

1
C

3 7

5 6 14
4044
8 9 12

Q
10

Q

11
13

DSC

f1
f1
f2

Hình 3.8: Sơ đồ mạch phát xung dùng vi mạch số 4044 và dạng tín hiệu đầu ra
Ngồi các sơ đồ trên ta có thể sử dụng rất nhiều sơ đồ phát xung khác mà trong giới
hạn của chương trình mơn học ta chưa xét đến.
.5.2.2. Mạch tạo điện áp răng cưa
Ta có thể sở dụng một số sơ đồ tạo điện áp răng cưa bằng transitor, bằng các vi mạch
khuếch đại thuật toán, v.v... Sau đây ta sẽ nghiên cứu một trong các sơ đồ đó:
Trên sơ đồ hình 3.9 ta sử dụng mạch tạo điện áp răng cưa bằng vi mạch khuếch đại
thuật tốn OA. Tín hiệu khống chế sự làm việc của sơ đồ là xung điện áp đầu ra của mạch
phát sóng chủ đạo, nó được đưa qua mạch vi phân bằng C 1 rồi đến cực gốc transitor Tr.

21

21


Các điôt D1, D2 dùng để bảo vệ đầu vào khuếch đại thuật tốn. Các phần tử cịn lại tương
tự như các mạch tạo điện áp răng cưa đã xét.
a. Sơ đồ ngun lý
Hình 3.9: Sơ đồ mạch tạo sóng răng cưa
+Ucc
C1

C2

Tr

uC1
uv

R1

-

D1,2

uC2
OA
urc

+

R2

-Ucc

b. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ
uv
0

t1

t2

t3

t4

t

t2

t3

t4

t

t4

t

Tck
uC1
0

t1

urc

0

t2

Hình 3.10: Đồ thị minh họa nguyên lý làm việc của sơ đồ 3.9
Do có tụ C1 với điện dung rất nhỏ mắc trong mạch cực gốc Tr nên transitor Tr hầu như
chỉ làm việc trong khoảng sườn tăng của xung vào, sau đó do tụ C 1 được nạp đầy nên Tr
khố lại. Đến thời điểm mất xung vào thì tụ C 1 sẽ phóng điện qua điện trở R1 đến bằng
không để chuẩn bị cho sự mở lần tiếp theo của Tr khi xuất hiện xung vào tiếp theo. Ta
chọn mốc xét (t= 0) là thời điểm bắt đầu xuất hiện một xung vào, tại thời điểm này Tr sẽ
mở trong một khoảng thời gian rất ngắn nhưng đủ để tụ điện C 2 phóng hết điện tích đã
nạp ở giai đoạn trước và uC2=0. Sau khoảng thời gian mở rất ngắn đó của Tr thì do tụ C 1

22

22


nạp đầy bởi xung vào nên Tr khoá lại, tụ C 2 được nạp điện. Như đã biết nếu xem rằng
dịng vào của A bằng khơng thì dịng nạp C2 có giá trị bằng dịng qua điện trở R 2 và bằng
I=Ucc/R2=const, vì vậy điện áp trên tụ tăng dần theo qui luật tuyến tính : u C2=I.t/C2 =Ucc.t/
(R2.C2). Đến thời điểm t=t1 (thơng thường thì t1=Tck/2, với Tck là thời gian một chu kỳ của
xung vào) thì mất xung vào, tụ C 1 sẽ phóng điện qua R 1 đến điện áp bằng khơng. Đến
thời điểm t2=Tck thì lại xuất hiện xung vào và tụ C 1 lại được nạp, Tr lại mở nên tụ C 2
phóng nhanh qua Tr đến điện áp bằng khơng, sau đó Tr khố lại tụ C 2 lại được nạp. Các
chu kỳ tiếp theo sự làm việc của sơ đồ diễn ra tương tự. Điện áp răng cưa đầu ra của sơ
đồ bằng điện áp trên tụ C2. Đồ thị minh hoạ sự làm việc của sơ đồ như hình 3.10
.5.2.2. Các mạch khác
Để có một mạch phát xung điều khiển đầy đủ thì ngồi các mạch phát sóng chủ đạo,
mạch tạo điện áp răng cưa như đã nêu ta cần phải có một số mạch điện khác như: Mạch
so sánh ; Mạch sửa xung ; Mạch khuếch đại xung; Thiết bị truyền xung ra. Các phần
mạch này có ngun lý hồn tồn tương tự như các mạch sử dụng trong hệ thống điều
khiển BBĐ xoay chiều-một chiều và BBĐ xoay chiều-xoay chiều. Vì vậy ở đây ta khơng
nghiên cứu các mạch này.

.5.2.2. Một hệ thống điều khiển BBĐ một chiều-một chiều ứng dụng phương pháp
điều chỉnh xung rộng
a. Sơ đồ nguyên lý (hình3.11)
Trong sơ đồ này mạch phát sóng chủ đạo dùng IC 555. Tín hiệu ra của mạch phát
sóng chủ đạo được chia làm 2 đường : Đường thứ nhất đưa đến đầu vào mạch sửa và
khuếch đại xung để có xung điều khiển cho T1 (uđkT1) ; đường thứ hai đưa đến mạch tạo
điện áp răng cưa gồm khuếch đại thuật toán A1, transitor Tr4 và các phần tử thụ động khác
như : C3, C4, R9, R10 , được dùng để phát xung điều khiển cho T 2 (uđkT1). Kênh phát xung
cho T1 gồm mạch sửa xung dùng Tr 2, tụ C5, R5 và R6 , mạch khuếch đại xung bằng
transitor Tr3 và Tr4 ,đầu ra là máy biến áp xung BAX1. Kênh phát xung cho T2 ngoài mạch
tạo điện áp răng cưa đã nghiên cứu thì trong sơ đồ cịn có : mạch so sánh bằng khuếch đại
thuật tốn A2 , mạch sửa xung dùng mạch R 13-C6 kết hợp với transitor Tr 5 của mạch

23

23


khuếch đại xung, tầng khuếch đại công suất xung cuối dùng Tr 6 và mạch ra sử dụng máy
biến áp xung BAX2.
+Ucc1
R1

C3

8 4
7
3
6 555

R2
C1

2

1

Điện áp điều khiển có giá trị âm

+Ucc2

R9

R3

5

-

D1,2
R10

C2

C4

Tr4

uđk

R14

R12
A1

+

R15
Tr5

-

R11

A2

R13 C6

+

R16

D6

R4

-Ucc2
R5
D3

R7

R6
C5

R8

RL

GT1

KT1

BAX1

Tr3

* *

D8

GT2
uđkT2

uđkT1

D4
Tr2

Tr1

D5
* *

D7

KT2

BAX2

Tr6

Hình 3.11: Sơ đồ một mạch tạo xung điều khiển BBĐ DC – DC dùng thyristor

a
b

t1

0
urc -uđk

uđkT2

c

uđkT1

d

0

t

t2

t4

t

t2

t4

t

urc

0

0

t4

t2

t3
-uđk

Tck

tđ
t1'

tc

t3'
t

Hình 3.12: Đồ thị điện áp minh họa nguyên lý làm việc của sơ đồ 3.11

24

24


b. Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của mạch điều khiển này có thể minh hoạ bởi các đồ thị hình 3.12.
Ngun lý chi tiết từng mạch ta có thể tham khảo các sơ đồ đã xét trước đây. Từ đồ thị ta
xác định được thời gian một chu kỳ đóng cắt T ck, thời gian một lần đóng tđ và thời gian
một lần cắt tc. Cũng từ đồ thị ta thấy rằng chu kỳ đóng cắt là khơng đổi cịn thời gian một
lần đóng có thể thay ddổi bằng việc thay đổi giá trị điện áp điều khiển u đk. Trên đồ thị
hình 3.12 thì ux1 là xung ra của mạch phát sóng chủ đạo, urc là điện áp răng cưa ở đầu ra
của mạch tạo điện áp răng cưa, uđkT1 và uđkT2 là xung điều khiển cấp cho T1 và T2 khi cho
BBĐ làm việc.
3.5. ỨNG DỤNG BBĐ MỘT CHIỀU-MỘT CHIỀU
3.5.1. Điều khiển tốc độ động cơ một chiều
BBĐ một chiều-một chiều có thể dùng để điều khiển tốc độ động cơ một chiều bằng 2
phương pháp: Điều chỉnh điện áp cung cấp cho mạch phần ứng động cơ (có dùng cho
mọi loại động cơ một chiều) và điều chỉnh từ thông của động cơ. Phương pháp điều chỉnh
điện áp mạch phần ứng được ứng dụng phổ biến hơn cả nên trong phần này ta chỉ giới

hạn nghiên cứu phương pháp này. Khi sử dụng BBĐ một chiều-một chiều trong mạch
phần ứng động cơ một chiều thì để đảm bảo cho động cơ làm việc trong các trạng thái
khác nhau thì sơ đồ nối BBĐ trong mạch phần ứng động cơ cũng phải thay đổi cho phù
hợp để đạt được hiệu quả cao nhất về các mặt.
.5.2.2. Sơ đồ trong trạng thái động cơ
T1

+
uC
Ud

iT1

iC

iD
iDo

C T2

CKT
D0

iL

uD
L

D

Đ

Hình 3.13: Sơ đồ động cơ làm việc ở chế độ động cơ

25

25