Giáo trình điện tử công suất

ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

CHƯƠNG I.

CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CƠ BẢN

1.1. CÁC TÍNH CHẤT, KHÁI NIỆM, HỆ THỨC CƠ BẢN:
1. Trị trung bình (average):
Xét dòng điện i(t) có chu kỳ T. Trị trung bình của dòng điện được tính bởi công thức :
T

I dc =

1
i (t ) ⋅ dt
T ∫0

(1.1)

¾ Ghi chú: Trường hợp trên dòng điện i được biểu diễn bằng một hàm duy nhất trong suốt
chu kỳ T. Nếu trong chu kỳ T :

0 ≤ t ≤ t1 , i = ii ' (t )

t1 ≤ t ≤ T , i = i2 ' (t )
I dc =

t
T
⎞
1 ⎛⎜ 1

i
(
t
)
⋅
dt
+
i2 (t ) ⋅ dt ⎟
1
∫
∫
⎟
T ⎜⎝ 0
t1
⎠

Tương tự tính trị trung bình của áp; Udc.
2. Trị hiệu dụng (rms – root mean square):
Công thức:
T

I rms =

1
⋅ i 2 (t ) ⋅ dt
T ∫0

(1.2)

¾ Ghi chú: Ghi chú: Trường hợp trên dòng điện i được biểu diễn bằng một hàm duy nhất

trong suốt chu kỳ T. Nếu trong chu kyø T :

0 ≤ t ≤ t1 , i = ii ' (t )

t1 ≤ t ≤ T , i = i2 ' (t )

I dc

t
T
⎞
1 ⎛⎜ 1 2
2
⎟
i
(
t
)
dt
i
(
t
)
dt
=
⋅
+
⋅
1
∫t 2

⎟
T ⎜⎝ ∫0
1
⎠

Tương tự tính trị hiệu dụng của áp; Urms
Ví dụ1.1 :

H.1.1
Dạng sóng dòng điện có dạng như trên H.1.1. Tính trị trung bình, trị hiệu dụng và giá trị tức thời
lớn nhất (giá trị đỉnh) của dòng điện này.
Ví duï1.2 :

5


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

H1.2
Dạng sóng dòng điện có dạng như trên H.1.2. Tính trị trung bình, trị hiệu dụng và giá trị tức thời
lớn nhất (giá trị đỉnh) của dòng điện này.
3. Khái niệm về quá trình quá độ và trạng thái xác lập :
Khái niệm thường gặp trong ĐTCS, liên quan đến quá trình đóng ngắt của các khoá công suất,
còn được gọi là quá trình chuyển trạng thái khoá công suất từ đóng sang ngắt hoặc ngược lại.
Quá trình quá độ là quá trình xảy ra ngay sau khi đóng (ngắt) khoá công suất, diễn ra trong
khoảng thời gian ngắn và liên quan đến tính chất động (thời gian khóa chuyển sang trạng thái
đóng tON và thời gian khóa chuyển sang ngắt toff ) của các linh kiện bán dẫn công suất.
Trạng thái xác lập của mạch ĐTCS là trạng thái diễn ra trong khoảng thời gian tương đối dài
(so với thời gian đóng ngắt khoá), khi khoá công suất ở trạng thái đóng hoàn toàn hoặc ngắt
hoàn toàn.

4. Sự liên tục và gián đoạn:
Khái niệm liên quan đến tính dẫn điện một chiều của khoá công suất (BJT, IGBT, SCR,
GTO…). Khi dòng đi qua theo chiều thuận của khoá vẫn còn lớn hơn 0 ta có dòng liên tục. Nếu
dòng giảm xuống giá trị nhỏ hơn 0 ⇒ khoá ngắt ⇒ ta có hiện tượng dòng gián đoạn. Trường
hợp gián đoạn của dòng điện yêu cầu giải tích mạch phức tạp hơn và bất lợi cho quá trình điều
khiển.
5. Phân tích Fourier : Nhằm mục đích xác định các thành phần một chiều và các thành phần sóng
hài của điện áp, dòng điện.
trạng thái xác lập, điện áp (hoặc dòng điện) ngõ ra của các bộ biến đổi công suất nói chung
là một hàm số tuần hoàn theo thời gian với chu kỳ T, như vậy ta có:
v0 (t ) = v0 (t + T )
(1.3)
Gọi f là tần số của điện áp ra (Hz) và ω là vận tốc góc (rad) ta có :

2π
= 2πf
T
v0 (ωt ) = v0 (ωt + 2π )

ω=

(1.4)
(1.5)

Định lý Fourier phát biểu rằng một hàm số tuần hoàn v0(t) có thể được biểu diễn bởi công thức
sau:

v0 (t ) =

∞

a0
+ ∑ (a n cos nωt + bn sin nωt ) ,
2 n =1, 2,...

với :

a0
: Trị trung bình của áp ra v0(t): thành phần một chiều không đổi.
2

6

(1.6)


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

2π

T

2
1
a 0 = ∫ v0 (t )dt = ∫ v 0 (ωt )d (ωt )
π 0
T 0

(1.7)

Caùc thành phần sin, cos đặc trưng cho thành phần xoay chiều của điện áp ngõ ra và các hệ số

sòng hài được xác định theo biểu thức sau:
2π

T

an =

2
1
v0 (t ) cos nωtdt = ∫ v0 (ωt ) cos nωtd (ωt )
∫
T 0
π 0

(1.8)

2π

T

2
1
bn = ∫ v0 (t ) ⋅ sin nωtdt = ∫ v0 (ωt ) ⋅ sin nωtd (ωt )
T 0
π 0

(1.9)

Nếu n = 1 – ta có hài cơ bản
n≥ 2 – hài bậc cao

Phép phân tích Fourier được sử dụng để đánh giá thành phần một chiều và xoay chiều của đại
lượng điện áp (dòng) ngõ ra bộ biến đổi công suất (thường không có dạng chuẩn một chiều
hoặc xoay chiều) và thông qua đó có thể đánh giá so sánh chất lượng các đại lượng điện này.
Ví dụ 1.3. Phân tích Fourier cho dạng sóng vuông có dạng đối xứng so với trục α = 0. Do giản
đồ hoàn toàn xoay chiều (thành phần dc bằng 0) nên chuỗi Fourier chỉ chứa các sóng hài bậc lẻ
của hàm số cosin. Do tính đối xứng nên phép tích phân được lấy ¼ chu kỳ, nghóa là từ 0÷π/2.
Kết quả phân tích Fourier cho điện áp tức thời u có dạng như sau:

a(n)

2
=
π /2

π /2

∫U

d

cos(nα )dα =

0

41
4 1
[sin (nα )]π0 / 2 U d = ± ⋅ ⋅ U d
π n
π n

+ cho n = 1,5,9,....
- cho n = 3,7,11,....
⇒u =

1
1
⎡
⎤
⋅ U d ⎢cos(α ) − cos(3α ) + cos(5α ).....⎥
π
3
5
⎣
⎦
4

Bài tập : Viết phương trình hài cơ bản của điện áp có giản đồ sau (H1.3a):

H1.3a

7


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

u1 =

1600

π

sin (100πt ) , [V]

Hình 1.3b Phổ hài

uz =

∞

1600
sin (100nπt )
n =1, 3, 5,.. nπ

∑

6. Các hệ số phẩm chất :
a. Hệ số hài (HFn) của sóng hài thứ n : Tỷ lệ trị hiệu dụng sóng hài bậc n so với sóng hài cơ
bản.

HFn =

Vn
V1

(1.10)

b. Hệ số méo dạng toàn phần : tỷ lệ các sóng hài bậc cao so với sóng hài cơ bản.

THD =

1
V1

∞

∑V
n=2

2
n

(1.11)

c. Hệ số công suất λ : Tỷ lệ công suất sử dụng (tải) so với công suất biểu kiến (nguồn).
7. Hiện tượng sóng nhiễu và biện pháp khắc phục :
a. Các vấn đề thường gặp ví dụ với bộ biến tần :
• Nguyên nhân : Nguyên lý vận hành các bộ biến đổi công suất phần lớn dựa trên
nguyên lý đóng ngắt của các khoá công suất (BJT, IGBT, MOSFET, Thyristor …) ở tần
số cao. Hơn nữa, hoạt động của bộ biến đổi làm méo dạng áp (dòng) ngõ vào, ngõ ra so
với dạng chuẩn.
• Hậu quả: Điều đó gây ra nhiễu cao tần (sự xuất hiện các sóng hài bậc cao của áp và
dòng) trong cáp dẫn và bức xạ sóng điện từ ảnh hưởng đến phía nguồn và phía cổng ra
bộ biến đổi công suất .

8


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

BBĐ

M
H1.4. Nhiễu truyền trong cáp dẫn và nhiễu tia
b. Giải pháp :
- Phía nguồn : Sử dụng bộ lọc RFI khử nhiễu sóng dẫn và sóng bức xạ loại tia
- Bộ biến đổi công suất : Sử dụng tủ kim loại (lồng Faraday)
- Phía cổng ra bộ biến đổi đến tải: Sử dụng cáp bọc.
Đối với các bộ biến đổi công suất dạng khác ta cũng gặp hiện tượng này do hoạt động của bộ
biến đổi với khả năng chuyển đổi dạng năng lượng và điều khiển các tham số điện làm méo
dạng điện áp (dòng) so với dạng chuẩn (một chiều hoặc sin).
1.2. PHẦN GIỚI THIỆU:
1. Định nghóa : Điện tử công suất (ĐTCS) là công nghệ chuyển đổi (hoặc/ và điều khiển) năng
lượng điện từ dạng này sang dạng khác nhờ ứng dụng các linh kiện bán dẫn công suất lớn.
2. Đặc điểm linh kiện ĐTCS:
+ Phát triển cùng với công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn công suất lớn
+ Là thành phần cơ bản của các bộ biến đổi công suất tónh.
+ Làm việc như khoá công suất và thường chỉ làm việc ở chế độ đóng ngắt (dựa vào tính chất
của bán dẫn : làm việc như chất cách điện tương đương trạng thái khóa ngắt, làm việc như chất
dẫn điện tương đương trạng thái khóa đóng)
+ Ưu điểm so với công tắc cơ học với các tiếp điểm chuyển động: công tắc bán dẫn có độ bền
vững cao hơn, độ chính xác cao hơn và tần số đóng ngắt cao hơn.
+ Ứng dụng khóa bán dẫn : là cấu phần của các bộ biến đổi công suất dùng để điều khiển các
tham số ra như áp, dòng, công suất, tần số và dạng sóng.
3. Phân loại các khoá công suất:
• Theo đặc tính điều khiển: Các khóa công suất được chia làm các loại khóa :
+ Không điều khiển được trạng thái đóng ngắt (ví dụ diode công suất)
+ điều khiển trạng thái đóng ngắt bằng tín hiệu điều khiển (đóng ngắt bởi mạch điều
khiển) : tùy theo khả năng điều khiển đóng hoặc ngắt hoặc cả hai, linh kiện còn được chia
thành khóa điều khiển hoàn toàn (điều khiển quá trình đóng ngắt bằng tín hiệu điều khiển)
hoặc khóa điều khiển bán phần (chỉ kích đóng được nhưng không kích ngắt được bằng tín

hiệu điều khiển)
• Theo chiều dòng điện chạy qua: Khóa được chia làm các loại khóa :
+ 1 chiều: Diode, BJT, IGBT, Thyristor (SCR), GTO dẫn điện theo một chiều
+ 2 chiều: MOSFET, Thyristor dẫn ngược, DiAC,TriAC dẫn điện theo hai chiều.
• Theo khả năng khoá áp ngược trị số cao
+ Có khả năng :Diode, GTO, Thyristor, TriAC
+ Không có khả năng khóa áp ngược trị số lớn : BJT, IGBT

9


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

Tín hiệu điều khiển: Đối với các loại khóa bán dẫn có điều khiển, tín hiệu điều khiển được
chia làm hai dạng
+ Tín hiệu liên tục (cho BJT, IGBT, MOSFET): muốn duy trì khóa ở trạng thái đóng cần
phải duy trì tín hiệu điều khiển trong suốt khoảng thời gian này,
+ Tín hiệu xung (cho Thyristor, GTO, TriAC) : chỉ cần kích đóng linh kiện bằng tín hiệu
điều khiển dạng xung hẹp, sau đó có thể tắt xung điều khiển mà linh kiện vẫn tiếp tục ở
trạng thái đóng điện cho đến khi điều kiện ngắt thỏa.
4. Phân loại các bộ biến đổi công suất tónh :
• Bộ chỉnh lưu (Rectifier, Redresseur) - AC/DC : Biến đổi năng lượng dạng xoay chiều thành
năng lượng dạng một chiều.
• Bộ biến đổi điện áp một chiều (Chopper, Hacheur) - DC/DC : Biến đổi áp một chiều ngõ
vào có giá trị không đổi thành dạng điện áp một chiều điều khiển được,
• Bộ biến đổi điện áp xoay chiều (AC Voltage Controller, Gradateur) AC/AC: Biến đổi áp
xoay chiều ngõ vào có trị hiệu dụng không đổi thành dạng điện áp xoay chiều điều khiển
được trị hiệu dụng (nhưng không điều khiển tần số),
• Bộ nghịch lưu (Inverter, Onduleur) DC/AC : Biến đổi năng lượng dạng một chiều thành
năng lượng dạng xoay chiều,

• Bộ biến tần (Frequency Converter, Convertisseur de fréquence) AC/AC hoặc AC/DC/AC :
Biến đổi áp xoay chiều tần số không đổi ở ngõ vào thành điện áp xoay chiều có tần số
khác (hoặc điều khiển được) ở ngõ ra, song song đó có khả năng điều khiển cả giá trị hiệu
dụng áp hài cơ bản ngõ ra.
5.Tính chất tónh và tính chất động : Khóa được phân làm hai loại:
+ Khoá công suất lý tưởng
+ Khoá công suất thực tế
a. Tính chất tónh: Công suất nhiệt tiêu tán khi khoá ở trạng thái đóng (Pon) và ngắt (Poff)
+ đối với khóa lý tưởng Pon và Poff =0
+ đối với khóa thực tế :
Khi khóa đóng : điện áp rơi trên khoá khác không (do khóa có cấu trúc các lớp bán dẫn
ghép nối với nhau) suy ra
(1.12)
Pon = Vf If ≠ 0
Với Vf – điện áp rơi trên hai điện cực công suất của khóa ở trạng thái dẫn điện
If - dòng qua khóa công suất khi dẫn điện.
Khi khóa ngắt : dòng rò qua khoá khác không, suy ra
Poff = Vbl Ir ≠ 0
(1.13)
Với Vbl – điện áp rơi trên hai điện cực công suất của khóa ở trạng thái khóa dòng
Ir - dòng rò qua khóa công suất khi ngắt điện.
b. Tính chất động: được đặc trưng bằng thời gian khoá chuyển trạng thái từ ngắt sang đóng
điện ton và ngược lại toff- các giá trị này khác nhau cho mỗi loại khóa công suất
Hệ quả: + Thời gian khóa chuyển trạng thái ton, toff làm giới hạn tần số đóng ngắt khoá và
tần số làm việc của bộ biến đổi công suất;
+ Phát sinh công suất tiêu tán nhiệt khi chuyển trạng thái gọi là công suất tổn
hao động hay công suất tổn hao do đóng cắt.
•

10

ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

1.3. CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN : www.semikron.com ; www.eupec.com ;
www.fujielectric.com
1. DIODE CÔNG SUẤT
1.1.
Cấu tạo- đặc điểm :

b) Ký hiệu

a) Cấu trúc bán dẫn

Kim loại
Gốm cách
điện

c) Các dạng vỏ diode
H1.5. Diode công suất

•
•
•
•
•
•
•
•

1.2.

Linh kiện không điều khiển,
Có cấu tạo gồm một lớp chuyển tiếp p-n, 2 điện cực ngoài,
Phương pháp chế tạo : Khuyếch tán nguyên tử tạp chất loại p vào một mặt của phiến
tinh thể Si loại n,
Cực Anode nối với lớp p, Cathode nối với lớp n,
Quá trình đóng ngắt : Nếu VAK > 0 (điện áp Anode dương hơn điện áp Cathode) thì
diode dẫn (đóng), ngược lại diode ngắt,
Tiết diện của phiến bán dẫn Si quyết định khả năng chịu dòng của diode,
Điện trở của nguyên liệu ban đầu (ví dụ phiến bán dẫn loại n) và chiều dày quyết định
khả năng chịu áp khoá của diode,
Các tham số cơ bản :
+ Khả năng điều khiển dòng điện (vài A → vài kA )
+ Khả năng khóa điện áp (vài chục V → vài kV )
+ Thời gian phục hồi tính nghịch : thời gian cần thiết để diode phục hồi khả năng chịu
áp khoá khi quá trình dẫn thuận chấm dứt : chia làm 2 loại
– phục hồi nhanh : sử dụng trong các mạch có tần số làm việc cao
- phục hồi chậm : sử dụng trong mạch làm việc với tần số thấp (tần số công
nghiệp)
Đặc tuyến VA:

11


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

Sụt áp lúc dẫn điện

Nhánh dẫn

Dòng rò

Nhánh khóa
Điện áp đánh thủng
kiểu thác

H1.6. Đặc tuyến Volt-Ampère của diode công suất
Các tham số:

1.3.

1.4.

VTO – điện áp đóng diode (turn -on)
VBR – điện áp ngược đánh thủng lớp pn (break- down)

rf =

du f

- điện trở vi phân thuận

(1.14)

rr =

du r
- điện trở vi phân nghịch
dir

(1.15)

di f

Đặc điểm đóng ngắt:
Khi diode dẫn tương đương một công tắc đóng : độ rơi áp trên linh kiện Vf nhỏ, dòng
thuận qua linh kiện If lớn.
Khi diode ngắt tương đương một công tắc ngắt : điện áp khóa Vbl lớn, dòng rò qua linh
kiện Ir rất bé.
Thời gian phục hồi tính nghịch Trr:
Trong các hiện tượng quá độ, quá trình ngắt diode đóng vai trò quan trọng. Ta khảo sát
một diode đang dẫn điện, nó được ngắt điện bằng một nguồn điện áp ngược Vng đặt lên
Cathode –Anode khi đóng khoá S, dòng qua diode theo chiều thuận có giá trị là IF. Ở
thời điểm:
t = 0 : khoá S ngắt; i = IF
t = t0 : đóng khoá S, áp ngược Vng đặt lên diode và dòng thuận giảm dần;
t = t1 : dòng thuận giảm về 0, IF = 0. Do sự tồn tại chuyển động các hạt dẫn không cơ
bản nên diode tiếp tục dẫn, cho dòng ngược đi qua;
t = t2 : các hạt dẫn không cơ bản tiêu tán hết, diode khôi phục nhanh khả năng khoá
áp ngược;
t = t3 : dòng ngược giảm về 0. Quá trình ngắt diode kết thúc.
Thời gian phục hồi tính nghịch được định nghóa là: trr = t3 – t1 =ta+tb (1.16)
Thời gian phục hồi ngược trr thường nhỏ hơn 1µs. Hiện tượng này trở nên quan trọng
cho các ứng dụng có tần số làm việc cao. Diode phục hồi nhanh được sử dụng trong
trường hợp này với trr nhỏ hơn so với thời gian phục hồi của diode tần số công nghiệp
50Hz.

12

ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

R

C

D

L
S
Vng

a) Mạch khảo sát trr

b) Quá trình ngắt diode
H1.7. Khảo sát thời gian phục hồi tính nghịch của diode công suất
1.5.

Mạch bảo vệ :
Khi dòng ir giảm đột ngột (ở thời điểm t=t2) ta có thể quan sát hiện tượng quá áp trên
diode (nếu trong mạch diode có cảm kháng mắc nối tiếp):

v r = Vng − L

1.6.

di L
, (iL=ir)
dt

(1.17)

tốc độ giảm dòng lớn quá mức có thể làm hỏng diode.
Người ta có thể hạn chế ảnh hưởng của hiện tượng quá áp và bảo vệ cho linh kiện
diode công suất bằng mạch lọc RC mắc song song với diode làm quá trình tắt dòng diễn
ra chậm hơn (xem hình H1.7.a) (mạch RC không cho phép điện áp tăng đột ngột trên
hai đầu điện cực diode). Trong các diode hiện nay, module diode công suất chứa mạch
RC tích hợp bên trong lúc sản xuất.
Một số vấn đề phụ :
• Khả năng chịu áp tải và dòng tải ⇒ ghép nối tiếp các diode để tăng khả năng khóa
áp và ghép song song các diode để tăng khả năng tải dòng;
• Các loại diode đặc biệt trong công nghiệp: diode cao áp, tần số đóng ngắt cao (trr
nhỏ, giá thành cao), diode Schottky… có thể xuất hiện trong các dạng mạch đặc
biệt. Schottky diode với lớp chuyển tiếp kim loại –bán dẫn thay vì lớp p-n. Sụt áp
trên diode Schottky khoảng 0.3V và thường được sử dụng trong các ứng dụng điện
áp thấp, khi sụt áp trên diode cần xét đến. Điện áp ngược tối đa trong trường hợp
này khoảng 100V. Lớp chuyển tiếp kim loại –bàn dẫn không có quá độ lúc phục
hồi nên đóng ngắt nhanh hơn các diode với lớp chuyển tiếp p-n.

2. TRANSISTOR CÔNG SUẤT
2.1.
Cấu tạo:

13


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

H1.8. Cấu trúc BJT

H1.9 (a) BJT(NPN). (b) Đặc tuyến V-A. (c ) Đặc tuyến BJT lý
tưởng. (d) Mắc Darlington

BJT có hai loại : npn và pnp, tuy nhiên npn (H1.8) thường dùng hơn vì với cùng định
mức áp và dòng thì loại này có kích thước nhỏ gọn hơn;
• Linh kiện điều khiển hoàn toàn và có ba cực ngoài Collector (C) , Emitter (E) và
cổng điều khiển Base (B). (H1.9a)
+ Mạch công suất nối giữa 2 cực C và E
+ Mạch điều khiển nối giữa 2 cực B và E
Đặc điểm:
+ Transistor vận hành như một khóa đóng cắt bán dẫn được sử dụng trong điện tử công
suất và như vậy thường chỉ làm việc ở chế độ đóng ngắt;
+ BJT công suất được định mức đến 1200V và 400A. Chúng thường được sử dụng trong
các bộ biến đổi vận hành đến 10kHz. BJT công suất có định mức cao hơn MOSFET.
+ Không có khả năng khoá áp ngược trị số lớn ⇒ chuyên dùng khoá áp thuận (áp VCE >
0)
+ Đặc tính của BJT được trình bày trên H1.9b. BJT chuyển sang trạng thái dẫn khi cấp
cho nó một dòng cổng Base đủ lớn để BJT dẫn bão hoà. Điện áp bão hoà collectoremitter khoảng 1 – 2V đối với BJT công suất. Dòng Base bằng 0 làm BJT ngắt.
+ BJT là một linh kiện điều khiển bằng dòng, có hệ số khuếch đại hFE thấp, thường nhỏ
hơn 20. Sự vận hành của khoá được đặc trưng bởi dòng vào ở cực điều khiển IB để đóng
dòng IC ở cực chính
•

2.2.

hFE =
2.3.

IC
,

IB

hFE ≤ 20

Đặc tuyến VA:

14

(1.18)


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

H1.10. Đặc tuyến Volt-Ampère của BJT
+ Đặc tuyến Volt-Ampère (V-A) trình bày trên H1.10: Đó là mối quan hệ giữa dòng
collector IC vào áp giữa hai đầu cực công suất VCE phụthuộc tham số điều khiển là dòng
IB
+ Hai vùng làm việc tương ứng với trạng thái đóng ngắt của BJT: vùng ngắt và vùng
bão hoà
2.4.

Thời gian đóng ngắt : Tính chất động được khảo sát thông qua đáp ứng của dòng IC so
với dòng điều khiển IB (H1.11).
IB

2.5.

H1.11. Thời gian đóng cắt BJT
t1 – t0 : thời gian trễ của quá trình chuyển sang đóng
t2 – t0 : thời gian đóng tON – khoảng vài µs

t4 – t3 : thời gian trễ của quá trình chuyển sang ngắt
t5 – t3 : thời gian ngắt tOFF - lớn hơn 10µs
Mạch kích:
Nguyên tắc thiết kế mạch sao cho BJT sẽ được đóng ngắt bởi dòng IB thích hợp trong
mọi điều kiện thay đổi dòng IC trong quá trình vận hành.

15


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

Nhiệm vụ mạch kích :
+ giảm thời gian khóa chuyển trạng thái tON và tOFF , dạng dòng cổng thường có dạng
như trên H1.12

H1.12.
+ đủ dòng IB min để đóng BJT bão hòa – cần có khâu khuếch đại tín hiệu.
+ cách ly điện giữa mạch điều khiển và mạch công suất : sử dụng biến áp xung hoặc
linh kiện quang điện tử (optocoupleur)
Các dạng mạch kích :
+ mạch kích đóng : dòng kích cổng base có gai nhọn như trên H1.12 có thể được tạo bởi
mạch như trên H1.13. Khi điện áp V1 xuất hiện ở ngõ vào, dòng cổng base chỉ bị hạn
chế bởi điện trở R1 và giá trị ban đầu là:

I B1 =

V1 − V BE
R1

(1.19)

I Bs =

V1 − V BE
R1 + R2

(1.20)

vaø giá trị cuối cùng là

tụ điện C nạp điện đến giá trị cuối cùng là :

Vc = V1
thời hằng nạp tụ là τ 1 =

R1 R2 C1
R1 + R2

R2
R1 + R2

(1.21)
(1.22)

khi điện áp VB về 0, lớp chuyển tiếp base-emitter phân cực ngược, tụ C1 phóng điện
qua điện trở R2. thời hằng xả tụ là τ 2 = R2 C1 .
(1.23)
Để đảm bảo đủ thời gian nạp và xả tụ, thời gian tạo xung t1≥ 5τ1 ; t2≥ 5τ2, tần số đóng
cắt tối đa là fs=1/T = 1/(t1+t2) = 0.2/(τ1+τ2).
+ mạch kích ngắt: Nếu điện áp ngõ vào giảm xuống giá trị –V2 lúc ngắt, điện áp tụ

điện Vc theo (1.21) sẽ cộng với điện áp V2 và là áp ngược đặt trên cổng điều khiển
BJT hình thành dòng cổng kích ngắt. Khi tụ C1 phóng điện, điện áp ngược sẽ giảm đến
giá trị xác lập V2.

16


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

H1.13
Mạch kích trên H1.14 trình bày chức năng khuyếch đại tín hiệu dùng Transistor và cách
ly dùng biến áp xung

R5

2

VCC

R6

C

1

2

D2
D1

Q4

R4
1

TX1
C2

R7
C1

C3

Q1

R1

Q2

E

A
R2

Q3

R8

GND

2.6.

R3

H1.14
Cổng Base của BJT công suất được điều khiển bởi cuộn thứ cấp C3 của biến áp xung
ba cuộn dây. Cuộn sơ cấp ký hiệu là C1 và 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, diện
áp dương xuất hiện trên cuộn C3. Đồng thời cuộn C2 không có dòng đi qua vì Q2 ngắt
do Q1 đóng và 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 ngắt. Khi Q3 ngắt cuộn C1 hở và không được cấp
nguồn, Q1 ngắt làm cuộn C2 được cấp điện do Q2 đóng. Do khác cực tính nên cuộn C3
xuất hiện điện áp ngược ngắt Q4.
Mạch bảo vệ:
+ Để bảo vệ quá áp trong quá trình ngắt mạch ta có thể sử dụng các mạch sau:
dV/dt

dV/dt

di/dt

a)

b)

c)
H1.15

17

ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

2.7.

Công dụng của tụ C mắc nối tiếp với điện trở R (H1.15a) hoặc diode D (H1.115b) là
giảm tốc độ tăng áp khoá tên BJT trong quá trình ngắt (dV/dt quá lớn có thể làm hỏng
linh kiện). Mạch còn gọi là mạch đệm (snubber). Quá trình nạp tụ : dòng nạp đi qua
D,C vàTransistor chuyển sang trạng thái ngắt; quá trình xả tụ dòng phóng điện qua
mạch C, R,Transistor ở lần đóng tiếp theo.
+ Để bảo vệ quá dòng di/dt khi đóng mạch (nếu cần thiết): sử dụng cuộn cảm mắc nối
tiếp với linh kiện trên H1.15c
. L giảm tốc độ tăng dòng, tích năng lượng
. Mạch xả năng lượng năng lượng tích lũy trong cuộn L giải phóng qua mạch L, R,
D
Mắc Darlington:
Ta có hệ số khuyếch đại hFE = IC/IB thường có giá trị không lớn. Vì thế nếu cần điều
khiển dòng Ic có trị số cao (ví dụ IC = 200 A) ⇒ ta cần thiết kế mạch điều khiển tạo
dòng IB khá cao (IB =10A) để kích đóng linh kiện ⇒ mạch điều khiển sẽ thiết kế khó
và hiệu suất kém. Vì thế có thể khắc phục nhược điểm này bằng cách dùng cách mắc
Darlington (H1.9d). Mạch gồm 2 Transistor: BJT chính và BJT phụ dùng điều khiển
BJT chính. Ví dụ BJT phụ cũng có hệ số hFE =20, ta chỉ cần dòng IB=10/20=0.5A để
điều khiển dòng công suất 200A của BJT chính.

3. MOSFET
3.1. Cấu tạo: Đặc điểm khác BJT
+ Linh kiện điều khiển bằng áp, chỉ cần dòng điều khiển rất nhỏ ở cổng điều khiển ( vài mA ) để
duy trì MOSFET ở trạng thái đóng. Điện áp gate-source đủ lớn sẽ đóng MOSFET. Mạch kích
MOSFET thường đơn giản hơn mạch kích BJT. trạng thái dẫn, sự biến thiên vDS tỷ lệ thuận với
sự biến thiên dòng iD.

+ MOSFET đóng cắt nhanh hơn BJT và được sử dụng trong các bộ biến đổi vận hành với tần số
đến 100kHz và hơn.
+ MOSFET có cấu trúc diode ngược ký sinh (do cấu trúc bán dẫn) đôi khi có lợi cho một số mạch
ứng dụng.
+ Sụt áp khi dẫn điện của BJT thấp hơn so với MOSFET ⇒ công suất tổn hao nhiệt ở trạng thái
đóng của MOSFET cao hơn. MOSFET điện áp thấp sẽ có điện trở lúc dẫn RDS(on) nhỏ hơn 0.1Ω,
tuy nhiên các MOSFET cao áp có điện trở dẫn lên đến vài Ω.
+ Giá trị áp, dòng chịu được của BJT lớn hơn MOSFET. Định mức MOSFET khoảng 1000V và
50A.

a)

(b) MOSFET(kênh N). (c) Đặc tuyến V-A. (d) Đặc tuyến
MOSFET lý tưởng.
H1.16. MOSFET công suất

18


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

3.2. Đặc tuyến VA:
+Đặc tuyến VA tương tự như BJT ( thay đổi ký hiệu các cực , D ⇒ C, S⇒ E, G⇒ B ) (H1.16c)
+Khi áp điều khiển VGS >0 và áp khóa VDS >0 ⇒ MOSFET đóng ⇒ dòng ID chảy qua cực công
suất DS
+Khái niệm điện trở RDS ở trạng thái đóng: Do không có lớp chuyển tiếp p – n mà chỉ có n nên
phiến bán dẫn được xem như điện trở. Điện áp 2 đầu cực ở trạng thái dẫn và công suất tổn hao
tónh:
VF = ID. RDS( ON )
P = I2D . RDS ( ON)

Do RDS(ON) cao ⇒ Taïi sao MOSFET điều khiển áp và dòng kém hơn BJT.
3.3. Quá trình đóng ngắt MOSFET

H1.17
tON = t d ( ON) + tr
tOFF = t d(OFF) + tf
+ So với các khóa công suất, thời gian tON , tOFF của MOSFET là ngắn nhất ⇒ là linh kiện thích
hợp để điều kiện đóng ngắt tần số cao.
3.4. Mạch bảo vệ: ( Giống như trường hợp BJT )
Quá trình quá độ khi ngắt, dòng nạp tụ chạy từ cực D ⇒ cực G ⇒ MOSFET dẫn ngoài ý muốn ⇒
quá áp nếu dV/dt cao ( ic = C . dV/dt )
Quá trình quá độ khi đóng MOSFET có thể gây nên quá áp ở giai đoạn diode ngược phục hồi tính
nghịch.
Trong những trường hợp này, mạch bảo vệ là cần thiết.
3.5.Mạch kích MOSFET: Có các chức năng tương tự mạch kích BJT (H1.18). Khi P → , điện áp
nguồn 15V cấp cho biến áp xung ferritetrong một khoảng thời gian ngắn cho đến khi bão hòa,

19


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

xung dòng phóng điện qua diode zener Z2 (làm việc như diode thường), điện dung tổng GateSource sẽ đóng MOSFET. Điện áp trên cực Gate được giới hạn bởi diode zener Z1. Khi P → 0,
biến áp xung sẽ không bão hòa và xung dòng phóng điện từ tụ C qua diode Z2. Khi điện áp tụ C
bắt đầu âm, diode Z1 dẫn điện (như diode thường) và hạn chế điện áp âm công Gate nhỏ hơn 1V.

H1.18. Mạch kích MOSFET
4. IGBT
4.1.Cấu tạo, đặc điểm:
IGBT (H1.19) là mạch tích hợp một MOSFET và một BJT. Mạch kích BJT giống như mạch kích

MOSFET, trong khi đặc tính đóng của nó giống như của BJT.
IJBT có thể làm việc với tần số đóng cắt lên đến 20kHz và thay thế BJT trong nhiều ứng dụng.

a)

b) Sơ đồ tương đương

c) Ký hiệu

H1.19. IGBT
-

Kết hợp ưu điểm của BJT và MOSFET
Linh kiện điều khiển bằng áp ( giống MOSFET ) ⇒ mạch điều khiển giống như MOSFET
Điện áp rơi trên hai điện cực CE lúc đóng nhỏ hơn MOSFET
Không có diode ngược ký sinh

20


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

- Không có khả năng khóa áp ngược giá trị lớn hơn 10V
- Định mức IGBT áp U <= 1200 V, dòng I <= 1 KA
- Tần số đóng ngắt cao hơn so với BJT nhưng thấp hôn MOSFET, tON IGBT ≅ tON MOSFET , tOFF IGBT >
tOFF MOSFET
4.2. Nguyên lý đóng cắt :
+ Giống MOSFET , khác ở điện trở lúc IGBT đóng RCE ( ON ) nhỏ hơn nhiều so với RDS(ON)
MOSFET vì cấu trúc IGBT có lớp chuyển tiếp pn ⇒ có sự dẫn điện bằng hạt dẫn không cơ bản
⇒ dòng I điều khiển được đối với IGBT lớn hơn 5, 10 lần so với MOSFET

+ Có tín hiệu áp điều khiển VGE ⇒ dòng qua lớp pn phân cực thuận từ cực C ⇒ E.
4.3. Đặc tuyến VA: Giống BJT và MOSFET
IC = f ( V GE )
5. SCR ( Thyristor)
5.1. Caáu tạo và đặc điểm hoạt động:

a)
b)
H1.20
-

dùng cho mạch công suất lớn;
bốn lớp p, n với 3 cực ngoài Anode (A), Cathode (K) và Gate (G);
mạch điều khiển được nối giữa cực G & K . Mạch công suất được nối giữa A & K ;
linh kiện điều khiển bằng dòng. Xung dòng IG kích đóng SCR;
không kích ngắt, dòng qua SCR đang dẫn if bị ngắt khi giá trị dòng này thấp hơn dòng duy trì if
< ih ≈ 0
định mức SCR : áp vài kV, dòng vài kA
Ba trạng thái của SCR:
Trạng thái khóa áp ngược ( SCR ngắt )
R

G

V

K
A

21

ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

-

Trạng thái khóa áp thuận ( SCR ngắt)
R

A
V

G

-

K

Trạng thái đóng ( ON ) dẫn thuận
R

A

IF
IG

V

G

K

H1.21. Các trạng thái của SCR
5.2. Quá trình đóng ngắt
a. Hiện tượng đóng mạch xảy ra ( chuyển từ ngắt ⇒ đóng ) khi
- SCR được đặt ở trạng thái khóa áp thuận
- Xung dòng IG > 0 đưa vào cổng GK
Mạch tương đương của SCR gồm 2 transistor mắc đối Collector và Base với nhau, xung IG làm
2 transistor nhanh chóng dẫn bão hòa. Lúc SCR dẫn, trạng thái của nó giống diode nên dòng IG
không còn cần thiết nữa để duy trì trạng thái đóng SCR.
b. Hiện tượng ngắt mạch gồm 2 giai đoạn; Chuyển từ đóng ⇒ ngắt
•
Giai đoạn 1: Giai đoạn làm dòng thuận bị triệt tiêu bằng cách thay đổi điện trở
hoặc điện áp giữa anode và cathode ( đặt áp ngược )
•
Giai đoạn 2: khôi phục khả năng khóa của SCR Sau khi dòng thuận bị triệt tiêu
SCR cần có 1 thời gian ngắt an toàn (tq) để SCR có thể chuyển sang trạng thái khóa áp
thuận an toàn.
5.3. Đặc tuyến Volt-Ampère: Đó là mối quan hệ giữa IAK vào áp VAK phụ thuộc tham số điều
khiển là xung dòng IG. Đặc tuyến V-A phản ảnh ba trạng thái làm việc của SCR.

22


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

a)

b)
H1.21

Các thông số :
• VBO - áp thông dòng: Khi điện áp VAK đủ dương để đóng SCR mà không cần tín hiệu điều
khiển. (BO- Break Over). Khi thay đổi giá trị dòng kích thì áp thông dòng thay đổi theo IG2
> IG1 > IG0 = 0 ⇒ VB02 < VB01 < VB0
• IL - Dòng chốt : Khi dòng thuận qua SCR iF lớn hơn giá trị dòng chốt iL mới có thể tắt xung
điều khiển . (L- latching)
• IH – Dòng duy trì : trong quá trình dòng thuận SCR iF thấp hơn dòng duy trì iH thì SCR
chuyển sang trạng thái ngắt. (H- Holding)
• VBR –áp đánh thủng SCR kiểu thác.

23


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

5.4. Các tính chất động
• dvBL/ dt : SCR xử lý như 1 tụ điện, nếu dVBL/ dt quá lớn dẫn đến SCR dẫn ngoài ý muốn.
Vì thế người ta giới hạn tốc độ thay đổi điện aựp khoựa trong khoaỷng 10 100V/às
ã diF / dt: Nếu diF / dt lớn quá sẽ làm tiết diện SCR bị quá tải ở chổ nối với cổng làm hỏng
SCR . Vì thế người ta giới hạn độ tăng cuỷa doứng thuaọn trong khoaỷng 10 100A/às
ã tq : sau khi phục hồi lớp điện trở nghịch của J1 và J3 quá trình ngắt vẫn chưa chấm dứt, cần
có thêm một thời gian nữa để khôi phục khả năng khóa áp thuận tức là khôi phục điện
trở nghịch của lớp J2 . Thời gian ngắt an toàn vì vậy sẽ được định nghóa : tq- Nó bắt đầu
khi dòng thuận trở về không cho đến khi xuất hiện điện áp khóa thuận mà SCR vẫn
không bị đóng trở lại khi chưa có xung dòng điều khiển IG.
5.5. Mạch bảo vệ:
- Để giảm độ dốc diF/ dt có thể dùng cảm kháng mắc nối tiếp với SCR
- Việc quá áp có thể được hạn chế bằng mạch dùng RC hoặc mạch D, R, C để giới hạn độ
dốc của dvBl / dt

dV/dt

dV/dt

di/dt

H1.22.

5.6. Mạch kích SCR:
VCC

R4
Q1

A

R3
TX1

D1

R2

X1

G

R6
A

Q2

D2

R1

R5
K
-

H1.23
Xung đóng được đặt vào cổng base của Q2 làm Q2 chuyển sang trạng thái đóng. R5 & R6 có giá
trị cao và có chức năng cải thiện đặc tính làm việc bằng cách tạo đường dẫn giữa base và emitter.
Q2 đóng cung cấp dòng điều khiển đã được khuyếch đại cho Q1 làm Q1 đóng. Giá trị dòng này
phụ thuộc R3 và áp nguồn Vcc. Q1 đóng cấp điện áp cho cuộn sơ cấp của biến áp xung (có giá trị
gần bằng Vcc). Độ rộng xung áp tương đương độ rộng tín hiệu điều khiển ngõ vào A. Cuộn thứ
cấp cấp xung cho cổng G của SCR. Điện trở R1 & R2 hạn chế áp và dòng cực cổng. Diode D1
ngăn ngừa điện áp ngược đặt lên cực cổng từ biến áp xung. R6 còn có chức năng tạo đường dẫn
giữa cổng G & K giúp hoạt động cổng G ổn định hơn ít chịu ảnh hưởng của điện áp trôi.

24


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

6. GTO
6.1. Đặc điểm cấu tạo
Thyritor GTO trên H.1.24 cũng giống như SCR, được đóng bằng xung dòng cổng Gate nếu điện
áp anode- cathode dương. Tuy nhiên, khác với SCR, GTO có khả năng điều khiển ngắt bằng
dòng cổng Gate giá trị âm. Vì vậy, GTO thích hợp cho một số ứng dụng khi yêu cầu điều khiển

cả hai quá trình đóng và ngắt khóa bán dẫn. Dòng âm ngắt GTO cần phải ngắn (vài µs), nhưng
biên độ phải rất lớn so với dòng đóng GTO và thông thường dòng kích ngắt GTO khoản 1/3 dòng
anode ở trạng thái dẫn. Đặc tuyến V-A cho GTO giống của SCR.
Định mức GTO : dòng vài kA , áp vài kV: Dùng cho mạch công suất lớn

b)

a)

H1.24.
6.2. Đặc điểm đóng ngắt: Kích đóng tương tự SCR thường.
Kích ngắt bằng dòng tương đối lớn
6.3. Mạch kích:
+VGG
+ PS1
Q2A
C1

A

R5

R3
R1

G

U1

X1

ON

R6
Xung đóng

Q1
OFF

K
Q4A
R4
R2
Xung ngắt

Q5

R7

U2

Q3
PS2
-VGG

H1.25
Hai nguồn độc lập PS1 & PS2. Xung đóng cần duy trì, xung ngắt dạng xung hẹp. Chức năng
cách ly được thực hiện bằng optron.
6.4. Mạch bảo vệ: Tương tự SCR
7. TRIAC:
Linh kiện điều khiển dòng xoay chiều và có 1 cổng điều

khiển.
Kích đóng bằng xung dòng điều khiển giống SCR
Ngắt tự nhiên bằng áp ngược

A1

G
25

A2


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH

26


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng

CHƯƠNG II: BỘ CHỈNH LƯU
I. TỔNG QUÁT :
1.Chức năng của bộ chỉnh lưu và ứng dụng:
a. Chức năng: Biến đổi dòng điện xoay chiều một pha, ba pha thành dòng một chiều.
b. Ứng dụng:
- Truyền động động cơ điện một chiều có điều khiển (công suất đến hàng MW)
- Nguồn cho mạch kích từ máy phát điện
- Các hệ thống giao thông dùng điện một chiều
- Công nghệ luyện kim màu, công nghệ hóa học
- Thiết bị hàn điện một chiều, mạ kim loại, nạp điện acquy
- Là bộ phận của thiết bị biến tần

2. Phân loại: Các dạng bộ chỉnh lưu cơ bản được phân loại theo :
a. Tính năng điều khiển
- Bộ chỉnh lưu không điều khiển ( dùng toàn diode trong cấu hình mạch động
lực)
- Bộ chỉnh lưu điều khiểu hoàn toàn ( dùng toàn Thyristor )
- Bộ chỉnh lưu điều khiển bán phần ( dùng Diode + Thyristor )
b. Dạng mạch:
- Bộ chỉnh lưu mạch tia ( có điểm giữa )
- Bộ chỉnh lưu mạch cầu ( gồm khóa công suất nhóm Cathode + nhóm Anode )
- Bộ chỉnh lưu ghép nối tiếp, song song
- Bộ chỉnh lưu kép

H2.1. Bộ chỉnh lưu mạch tia

28


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng

c. Theo số pha:
- Bộ chỉnh lưu một pha
- Bộ chỉnh lưu ba pha
- Bộ chỉnh lưu nhiều pha

H2.2. Bộ chỉnh lưu dạng cầu

II. BỘ CHỈNH LƯU (BCL) MẠCH TIA BA PHA KHÔNG ĐIỀU KHIỂN
1. Sơ đồ mạch: Gồm nguồn xoay chiều ba pha, ba diode công suất, tải một chiều tổng quát
R,L,E

H2.3. Sơ đồ nguyên lý chỉnh lưu tia ba pha không điều khiển
2. Các giả thiết khi khảo sát BCL:
- Nguồn áp lý tưởng ( áp hài cơ bản, hệ thống nguồn xoay chiều ba pha cân bằng, đối xứng,
điện trở trong của nguồn bằng 0 )
- Các linh kiện bán dẫn lý tưởng
- Các dây nối và các bộ phận khác của mạch cũng lý tưởng
3. Nguồn: Điện áp pha có phương trình :

29


ĐHBK TPHCM – KHOA ĐIỆN & ĐIỆN TỬ – BỘ MÔN CCĐ & ĐKH –GV : TS. Phan Quốc Dũng

u1 = U m sin (ωt );

(
);
3
sin (ωt − 4π )
3

u 2 = U m sin ωt − 2π
u3 = U m

(2.1)

với Um –biên độ áp pha nguồn, ω = 2πf với f – tần số áp nguồn.
4. Phân tích : Giả thiết dòng tải liên tục và mạch ở trạng thái xác lập. Trình tự tiến hành phân
tích BCL :
- Xác định trình tự đóng ngắt của các khóa diode trong một chu kỳ áp nguồn

- Thiết lập các phương trình trạng thái áp, dòng cho tải, linh kiện, nguồn
- Dựng các giản đồ áp và dòng ở xác lập cho tải, linh kiện, nguồn
- Các hệ thức, hệ quả ở xác lập đối với tải, linh kiện, nguồn
4.1.Trình tự đóng ngắt của các khoá Diode:
Xét xem diode nào dẫn trong khoảng XY = [ π/6, 5π/6 ]. Điều kiện : chỉ 1 diode dẫn,
2 diode còn lại ngắt.
- Giả sử V2 đóng, V1, V3 ngắt ⇒ uV2 = 0
p rơi trên V1: uV1 = u1 – u2 > 0 ⇒ V1 dẫn ⇒ mâu thuẫn với giả thiết ⇒ V2 không
thể đóng trong khoảng này.
- Giả sử V3 đóng, V1, V2 ngaét : ⇒ uV3 = 0 , uV1 = u1 – u3 >= 0 ⇒ V1 daãn ⇒ mâu
thuẩn với giả thiết ⇒ V3 không thể đóng trong khoảng này.
uV2 = u2 – u1 < 0 ⇒ V2 ngắt
⇒ V1 đóng . Ta có : uV1 = 0 ,
uV3 = u3 – u1 < 0 ⇒ V3 ngắt
Kết luận : Vậy trong khoảng [ π/6, 5π/6 ] chỉ có thể V1 dẫn , V2, V3 ngắt

⎡π

2π

5π

2π ⎤

⎡π

4π

5π

4π ⎤

, V2 dẫn, V1, V3 ngắt
Chứng minh tương tự ⇒ trong khoảng ⎢ +
÷
+
6
3 ⎥⎦
⎣6 3
, V3 dẫn, V1, V2 ngắt.
⇒ trong khoảng ⎢ +
÷
+
6
3 ⎥⎦
⎣6 3
Như vậy trình tự đóng ngắt các khóa là V1, V2, V3, …
Kết luận : Pha có giá trị áp tức thời lớn nhất thì diode pha đó dẫn , các diode còn lại
ngắt.
4.2.Phương trình trạng thái áp và dòng:
Khi V1 dẫn

⎧uV 1 = 0
⎨
⎩iV 1 = id

30