Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG
BỘ MÔN HỆ THỐNG MÁY TÍNH & TRUYỀN THÔNG
GIÁO TRÌNH
THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT
BIÊN SOẠN: ĐOÀN HÒA MINH
1
Sưu t m b i: www.daihoc.com.vn

THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH
1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ
Họ và tên: ĐOÀN HÒA MINH
Sinh năm: 1956
Cơ quan công tác:
Bộ môn: Hệ thống máy tính và truyền thông (HTMT&TT)
(Đã giảng dạy trên 15 năm ở bộ môn Viễn thông & Tự động hóa,
chuyển sang bộ môn HTMT&TT từ 2008)
Khoa: Công nghệ thông tin và truyền thông.
Trường: Đại học Cần Thơ
Địa chỉ email để liên hệ: dhminh@cit.ctu.edu.vn
2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH
Giáo trình có dùng để tham khảo ở những ngành: Kỹ thuật Điện, Điện tử, Tự
động hóa của các trường đại học kỹ thuật.
Từ khóa: Linh kiện công suất, chỉnh lưu, ổn áp một chiều, điều khiển công
suất, biến tần gián tiếp, biến tần trực tiếp, lập trình mô phỏng, MATLAB,
PSIM, mạch tạo xung kích.
Yêu cầu kiến thức trước khi học về môn này: đã học lý thuyết về Điện tử công
suất.
Chưa xuất bản
2

CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN
Tất cả các mạch thí nghiệm đều sử dụng trực tiếp nguồn điện xoay chiều 220V. Do đó
khi thực tập sinh viên phải luôn cảnh giác giữ an toàn về người lẫn thiết bị thí nghiệm.
Để bảo đảm an toàn sinh viên phải tuyệt đối chấp hành các qui định sau đây:
1. Không được chạm vào mạch điện khi đã mở nguồn cấp điện.
2. Khi mắc điện xong, phải báo cáo cho cán bộ hướng dẫn kiểm tra, có sự đồng ý của
cán bộ hướng dẫn mới được mở nguồn cấp điện.
3. Khi đo điện áp, dòng điện hoặc xem dạng sóng cần phải:
− Sử dụng đúng giai đo.
− Đặt que đo đúng chỗ, đúng cực.
− Khi xem dạng sóng ở những điểm có điện thế cao phải dùng bộ điện cực
(probe) có giảm áp.
4. Sắp xếp thiết bị và dây dẫn điện ngăn nắp, gọn gàng, thao tác chính xác, tập trung
làm bài, không đùa giỡn.
5. Không được di dời các thiết bị thí nghiệm từ bài này sang bài khác.
6. Khi thực tập xong phải tắt điện, sắp xếp gọn gàng các thiết bị trước khi ra về.
Sinh viên sẽ chịu trách nhiệm về các sự cố và bồi thường thiết bị hư hỏng nếu không
chấp hành đúng các qui định trên.
3

MỤC LỤC
THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ............................................................................................................2
1. THÔNG TIN VỀ TÁC GIẢ....................................................................................................2
2. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG SỬ DỤNG CỦA GIÁO TRÌNH .............................................2
CHÚ Ý AN TOÀN ĐIỆN...............................................................................................................3
MỤC LỤC.......................................................................................................................................4
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................................7U
BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN............................................................8
1.1. MỤC ĐÍCH..........................................................................................................................8
1.2. KIẾN THỨC NỀN...............................................................................................................8
1.2.1. BJT công suất:...............................................................................................................8
a) Tải đặt ở chân E ..............................................................................................................8
b) Đặt tải ở chân C ..............................................................................................................9
c) Điều khiển gián tiếp ........................................................................................................9
1.2.2. MOSFET công suất:....................................................................................................10
1.2.3. SCR .............................................................................................................................10
a. Ký hiệu ..........................................................................................................................10
b. Khi phân cực thuận: ......................................................................................................11
c. Khi phân cực nghịch:.....................................................................................................11
d. Tóm lại: .........................................................................................................................11
1.2.4. TRIAC.........................................................................................................................11
1.3. THỰC HÀNH: ...................................................................................................................12
1.3.1. BJT:............................................................................................................................12
1.3.2. MOSFET....................................................................................................................12
1.3.3. SCR .............................................................................................................................13
A. Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20):..........................................................................13
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21):...........................................................................13
1.3.4. TRIAC.........................................................................................................................14
A. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.22):...........................................................................14
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.23):...........................................................................14
1.4. THIẾT BỊ: ..........................................................................................................................15
1.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:.................................................................................................15
BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN.........................................................16
2.1. MỤC ĐÍCH........................................................................................................................16
2.2. NỘI DUNG ........................................................................................................................16
2.2.1. DIODE: .......................................................................................................................16
4

2.2.1.1. Mô hình toán học [6]:...........................................................................................16
2.2.1.2. Thực hành:............................................................................................................17
2.2.2. TRANSISTOR ...........................................................................................................17
2.2.2.1. Mô hình toán học [6]:...........................................................................................18
Trong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện I , IC B, IE được xác định bởi
các biểu thức sau: ..............................................................................................................18
2.2.2.2. Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11]..........................................................19
2.2.3. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)...............................20
2.2.3.1. E-MOSFET transistor [2], [12]............................................................................20
2.2.4. THYRISTOR (SCR) [2], [10].....................................................................................21
2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của SCR là: ............................................................22
2.2.4.2. Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11] ....................................................22
2.2.5. TRIAC [2], [12]...........................................................................................................22
2.2.5.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là:.......................................................23
2.2.5.2. Thực hành:............................................................................................................23
BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN ...................................................................24
3.1. MỤC ĐÍCH........................................................................................................................24
3.2. CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN ......................................................................................24
3.2.1. Sinh viên ôn lại:...........................................................................................................24
3.2.2. Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích:............24
3.3. THỰC HÀNH: ...................................................................................................................24
3.3.1. Khảo sát Board mạch tạo xung kích: ..........................................................................24
3.3.2. Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở: ....................................................................26
3.3.3. Khảo sát chỉnh lưu cầu dùng 4 diode công suất:.........................................................27
3.3.4. Khảo sát chỉnh lưu cầu, bán điều khiển.......................................................................27
3.3.5. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn..................................................................28
a. Mắc tải R ( bóng đèn):...................................................................................................28
b. Mắc tải R-L (gồm đèn và cuộn cảm nối tiếp): ..............................................................28
3.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM...................................................................................................28
BÀI 4: LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU BẰNG MATLAB..............................30
4.1. MỤC ĐÍCH........................................................................................................................30
4.2. KIẾN THỨC NỀN.............................................................................................................30
4.3. THỰC HÀNH ....................................................................................................................30
4.3.1. Chỉnh lưu 3 pha mạch tia không điều khiển................................................................30
a. Chương trình mẫu 1:......................................................................................................31
5

b. Câu hỏi: .........................................................................................................................33
4.3.2. CHỈNH LƯU 3 PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN................................................34
a. Chương trình mẫu 2:......................................................................................................34
b. Câu hỏi: .........................................................................................................................36
4.4. TÀI LIỆU THAM KHẢO..................................................................................................38
BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN BẰNG PSIM .........39
5.1. MỤC ĐÍCH:......................................................................................................................39
5.2. KIẾN THỨC NỀN:...........................................................................................................39
5.3. THỰC HÀNH: ..................................................................................................................41
5.3.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ:........................................................41
5.3.2. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ:..................................................42
BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU........................................................................................................44
6.1. MỤC ĐÍCH........................................................................................................................44
6.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT.............................................................................................44T
6.2.1. Ổn áp tuyến tính..........................................................................................................44
6.2.2. Ổn áp ngắt mở .............................................................................................................45
6.3. PHẦN THỰC HÀNH ........................................................................................................47
6.3.1. Ổn áp tuyến tính..........................................................................................................47
6.3.2. Ổn áp ngắt mở:............................................................................................................49
6.3.2.1. Vi mạch KA3842 có sơ đồ chân: .........................................................................50
6.3.2.2. Sinh viên khảo sát mạch và thực hiện các công việc sau:....................................50
6.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:..................................................................................................51
BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC......................................................................................52
7.1. MỤC ĐÍCH:.......................................................................................................................52
7.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT: ..................................................................................................52
7.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH............................................................................................53
A. Câu hỏi lý thuyết : ............................................................................................................53
B. Câu hỏi thực hành :...........................................................................................................54
7.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:.................................................................................................56
BÀI 8: BIẾN TẦN GIÁN TIẾP....................................................................................................57
8.1. MỤC ĐÍCH.......................................................................................................................57
8.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT BIẾN TẦN ........................................................................57
8.2.1. Phân loại......................................................................................................................57
8.2.2. Cấu tạo: .......................................................................................................................57
6

a. Bộ chỉnh lưu và mạch trung gian một chiều:.................................................................58
b. Bộ nghịch lưu áp ...........................................................................................................58
8.2.3. Phương pháp điều khiển bộ nghịch lưu áp :................................................................60
a. Phương pháp điều chế độ rộng sin (sin PWM) .............................................................60
b. Phương pháp điều chế độ rộng xung vuông (Square PWM) ........................................60
c. Phương pháp điều chế độ rộng xung tối ưu (Optimum PWM).....................................61
8.2.4. Giới thiệu về biên tần SIEMENS G110 ......................................................................61
a. Giới thiệu chung............................................................................................................61
b. Sơ lược cấu tạo..............................................................................................................62
c. Sử dụng.........................................................................................................................63
A. Câu hỏi lý thuyết ..............................................................................................................65
B. Phần thực hành trên bộ biến tần dùng BJT công suất và mạch tạo xung kích dùng vi điều
khiển 89C51. .........................................................................................................................65
C. Phần thực hành trên bộ biến tần Siemens G110...............................................................66
1. Điều khiển G110 từ các DIN.........................................................................................66
2. Điều khiển G110 từ BOP ..............................................................................................66
8.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM...................................................................................................67
BÀI 9: BIẾN TẦN TRỰC TIẾP...................................................................................................69
9.1. MỤC ĐÍCH........................................................................................................................69
9.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT ...................................................................................................69T
9.2.1. Mạch công suất: ..........................................................................................................69
9.2.2. Mạch điều khiển (mạch tạo xung kích):......................................................................69
A. Câu hỏi lý thuyết: .............................................................................................................72
B. Câu hỏi thực hành.............................................................................................................73
1. Khảo sát mạch tạo xung kích: .......................................................................................73
2. Khảo sát mạch công suất:..............................................................................................73
9.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:.................................................................................................74
7

LỜI NÓI ĐẦU
Năm 2001, Bộ môn Viễn thông và điều khiển tự động, Khoa Công nghệ
thông tin & truyền thông, Trường Đại học Cần Thơ, đã thực hiện thiết kế lại
các bài thí nghiệm Điện tử công suất. Các bài thí nghiệm này đã được thiết kế
bao gồm thiết bị thí nghiệm và giáo trình, phục vụ cho các chuyên ngành Điện
tử, Viễn thông, Tự động hóa, Kỹ thuật điện,…
Giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất được thực hiện lần này là sự bổ sung
và cải tiến giáo trình thí nghiệm Điện tử công suất năm 2001. Giáo trình được
biên soạn gồm 9 bài thực tập cho học phần 2 tín chỉ, thời lượng là 60 tiết thực
tập, mỗi bài được thực hành với thời gian 6 tiết, 6 tiết còn lại dành cho kiểm tra
học phần. Tuy nhiên, ta cũng có thể chọn ra 5 bài cho học phần 1 tín chỉ.
Tôi xin chân thành cám ơn quí thầy cô trong Bộ môn Viễn thông & Kỹ
thuật điều khiển, Khoa Công nghệ thông tin & Truyền thông, hiện nay là Bộ
môn Viễn thông và Bộ môn Tự động hóa, khoa Công nghệ, đã tham gia thực
hiện các bài thí nghiệm năm 2001.
Cảm ơn ThS. Phạm văn Tấn, ThS. Nguyễn Hoàng Dũng, TS. Trần Thanh
Hùng và quí thầy, cô khác đã có nhiều đóng góp để hoàn thành giáo trình này.
Cần Thơ, ngày 18 tháng 2 năm 2009
ĐOÀN HÒA MINH
8

Bài 1: Khảo sát linh kiện công suất cơ bản
BÀI 1: KHẢO SÁT LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN
Tham gia thực hiện: KS. Trương Văn Tám
1.1. MỤC ĐÍCH
Khảo sát các linh kiện công suất: BJT, MOSFET, SCR và Triac. Trong lĩnh vực điện
tử công suất, các linh kiện này được dùng như các chuyển mạch (switch). Vì vậy, ta chỉ
khảo sát chúng trong hai chế độ đóng (dẫn) và ngắt (ngưng dẫn), riêng với SCR và Triac
ta sẽ khảo sát thêm các đặc tính cơ bản như điện thế phân cực, dòng kích, góc mỡ (điều
khiển pha)…
Qua bài thực hành này, sinh viên sẽ hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của các linh kiện
công suất, từ đó, có thể ứng dụng chúng trong thực tế.
1.2. KIẾN THỨC NỀN
Để làm tốt bài thí nghiệm này, sinh viên phải tự ôn tập kiến thức nền trong các giáo
trình lý thuyết đã học. Đây là các linh kiện quen thuộc, nên trong các phần sau đây chỉ
nhắc lại một số vấn đề cơ bản.
1.2.1. BJT công suất:
Về cấu tạo, nguyên lý họat động cơ bản vẫn giống như BJT công suất nhỏ. Sau đây
là các đặc tính riêng của BJT công suất mà ta cần lưu ý:
B
C
I
I
=βHệ số khuếch đại dòng điện của BJT công suất thường khá nhỏ (khoảng
vài chục).
Khi dùng BJT như một chuyển mạch, các điểm cần quan tâm là: thời gian chuyển
mạch (thời gian chuyển từ trạng thái dẫn bão hòa sang trạng thái ngưng dẫn và
ngược lại) càng ngắn càng tốt; ở trạng thái đóng, mạch kích phải tạo dòng IB đủ
lớn (trong thực tế I
B
lớn từ 2 đến 5 lần IB BSAT) để bảo đảm BJT dẫn điện tốt. Tất
nhiên, ta phải thiết kế sao cho BJT hoạt động không vượt quá các định mức.
BJT là lọai linh kiện công suất có thể kích ngắt.
Ví dụ:
a) Tải đặt ở chân E (Hình 1.1)
∞→=
C
CE
CE
I
V
R- Khi SW ở vị trí 1 (nối mass), BJT ngưng dẫn (ngắt):
BJT như một SW ở vị trí hở (OFF, ) và Vo= 0, I = 0.L
C
CE
CE
I
V
R =- Khi SW ở vị trí 2, BJT chuyển sang trạng thái dẫn :
≈ 0, thực tế từ 0.1V → 0.2V) thì RKhi BJT dẫn bảo hòa (VCE CE ≈ 0 (BJT như một
SW đóng mạch - ON), V0 ≈ Vi
Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất Trang 8

IC # IL
•
• •2 1
Vi
RL
Vo
IL
RB
SW
Hình 1.1
B+
- Việc điều khiển như trên có bất lợi là B+ phải lớn hơn VCC nếu không thì BJT
không bão hòa tuyệt đối (phải phân cực thuận cả nối BC và BE).
Để cải thiện ta có thể:
b) Đặt tải ở chân C (Hình 1.2)
-
c) Điều khiển gián tiếp (Hình 1.3):

* R3 nối B+ ⇒ Q3, Q2, Q1 dẫn bảo hòa, SW ở trạng thái ON
* R3 nối mass ⇒ Q3, Q2, Q1 ngưng, SW ở trạng thái OFF
Trong hai trường hợp trên B+ chỉ cần khoảng vài volt
1.2.2. MOSFET công suất:
Bài thí nghiệm này khảo sát MOSFET loại tăng (E-MOSFET) chế tạo dưới dạng
V-MOSFET (Vertical MOSFET) hay D-MOSFET (Double-diffused MOSFET)
MOSFET kênh N dẫn khi VGS > V > 0 và VGS(th) DS > 0.
MOSFET kênh P dẫn khi VGS < VGS(th)< 0 và VDS < 0.
Ở MOSFET kênh N do VGS > 0 nên tải thường phải mắc ở cực D khi sử dụng
MOSFET như một chuyển mạch (Hình 1.4).
MOSFET có ưu diểm là khi bão hòa là VDS xuống rất thấp nên công suất tiêu tán
bên trong (dưới dạng nhiệt) nhỏ hơn nhiều so với BJT
Chú ý: BJT được điều khiển bằng dòng điện IB, còn FET thì được điều khiển
bằng điện áp VGS và điện áp này tùy thuộc FET nên phải thật cẩn thận tránh để
ID vượt quá IDMAX mà FET có thể chịu được.
1.2.3. SCR
a. Ký hiệu (Hình 1.5)

b. Khi phân cực thuận: VA >V (Hình 1.6)K
- SCR không dẫn điện khi VAK còn nhỏ, khi tăng VAK (bằng cách tăng VAA) đến
trị số VBO (điện thế quay về) thì SCR chuyển sang trạng thái dẫn, lúc này VAK giảm
xuống còn khoảng 0.7V và hoạt động như Diode chỉnh lưu. Điện áp VBO thường khá lớn
(từ vài chục volt đến vài trăm volt tùy SCR).
- Thực tế người ta thường tạo dòng kích IG để SCR có thể dẫn điện ngay mà
không chờ điện thế cao. Dòng kích IG tối thiểu và tối đa tùy thuộc vào mỗi SCR nhưng
nói chung các dòng này càng lớn (từ vài mA đến vài chục mA) khi SCR có công suất
càng lớn.
- Khi SCR đã dẫn, nếu ta bỏ dòng kích thì SCR vẫn tiếp tục dẫn điện (không thể
tắt SCR bằng cực cổng).
c. Khi phân cực nghịch: VA <VK
SCR không dẫn điện cho dù có dòng kích IG
d. Tóm lại: SCR chỉ dẫn điện một chiều từ Anode sang Cathode khi có dòng kích IG
thích hợp.
1.2.4. TRIAC
Ký hiệu (Hình 1.7)
IG
G (Gate)
T2 (đầu cuối)
T1 (đầu cuối)
VT1T2
Hình 1.7
Triac còn được gọi là SCR lưỡng hướng.
>VKhi VT2 T1, Triac dẫn điện từ T2 sang T1 khi kích bằng dòng cổng IG dương
(VGT1>0)
Khi VT1 >VT2, Triac dẫn điện từ T1 sang T2 khi kích bằng dòng cổng âm.
Khi Triac ⏐VT2T1⏐# 0,7V
Như vậy Triac dùng trong điện xoay chiều thuận lợi hơn SCR. Cũng như SCR, dòng
cổng tối thiểu và tối đa cũng tuỳ thuộc vào mỗi Triac.

1.3. THỰC HÀNH:
1.3.1. BJT:
Ta khảo sát một công tắc điện tử dùng BJT. Mạch thực hành như hình sau (Hình 1.8):
a) Bật SW về vị trí mass. Đo điện thế của các chân Q1, Q2, Q3. Giải thích kết quả.
b) Bật SW về vị trí +5V. Lập lại câu 1.
LR
V0
c) Bật SW về vị trí +5V. Đo V0 suy ra I ( I # ) của QC C 1
d) Bật SW về vị trí +5V. Đo VCE suy ra RCE của Q1
1.3.2. MOSFET:
Mạch thực tập có dạng (Hình 1.19):
Hình 1.19
a) Đo VD chỉnh VR xác định điện thế thềm VGS(th)
b) Đo VD chỉnh VR đến khi MOSFET bảo hòa. Xác định thị số tối thiểu của VGS
làm FET bảo hòa. Suy ra IDSAT .
So sánh VDS(SAT) với VCESAT của BJT. Nhận xét.
Vi
Tải
vi
RG
47Ω
470Ω/5W
47K
VR
10K
47K
VD
0.33Ω

1.3.3. SCR
A. Mắc mạch như hình sau: (Hình 1.20):
a) Lần lượt bật SW về vị trí 1, 2, 3 quan sát led (được mắc song song với tải, khi
SCR dẫn led cháy sáng). Giải thích kết quả.
b) Đặt SW về vị trí 2 quan sát tải, xong bật về vị trí 1. Nhận xét giải thích.
c) Đổi cực của nguồn V , lập lại câu a, giải thích kết quả.i
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.21):
a) Chỉnh VR quan sát tải. Giải thích.
b) Chỉnh VR , dùng dao dộng nghiệm quan sát điện áp hai đầu tải, vẽ lại dạng
sóng ở một vị trí nào đó của VR khi SCR dẫn. Giải thích.
c) Tại sao bán kỳ âm SCR không dẫn.
d) Chức năng của diode D1.
e) Làm cách nào để tăng công suất của SCR trong mạch điện xoay chiều?
Hình 1.21

1.3.4. TRIAC
A. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.22):
a. Lần lượt bật SW về vị trí 1, 2, 3 quan sát led và giải thích kết quả.
b. Đặt SW về vị trí 2 quan sát tải, xong bật về vị trí 1. Nhận xét giải thích.
c. Đổi cực của nguồn VI, lập lại câu a và b, giải thích kết quả.
B. Mắc mạch như hình sau (Hình 1.23):
∼
Tải
VR
2,2K
50K
47Ω
Hình 1.23
a. Giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch (nêu rõ chức năng các linh kiện
trong mạch điều khiển pha).
, quan sát tải, vẽ lại dạng sóng hai đầu tải.b. Chỉnh VR
c. Thử nêu vài ứng dụng của mạch này.

1.4. THIẾT BỊ:
1. 01 Mạch thí nghiệm (board lớn).
2. 01 oscilloscope
3. 01 VOM
1.5. TÀI LIỆU THAM KHẢO:
[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[2]. TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn
Thông & Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.
[3]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông &
Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.

Bài 2: Mô phỏng linh kiện công suất cơ bản
BÀI 2: MÔ PHỎNG LINH KIỆN CÔNG SUẤT CƠ BẢN
2.1. MỤC ĐÍCH
Đặc tính hoạt động của linh kiện được mô tả một cách rõ ràng nhất thông qua đặc
tuyến của nó. Đặc tuyến của các linh kiện điện tử chỉ phụ thuộc vào loại linh kiện mà
không phụ thuộc vào công suất của nó và chúng ta cũng đã biết trong các môn lý thuyết
linh kiện điện tử và điện tử công suất. Đặc tuyến của một linh kiện có thể xây dựng từ
thực nghiệm hoặc vẽ ra từ mô hình toán học của nó. Tuy rằng linh kiện công suất hoạt
động chủ yếu ở hai chế độ ngắt (ngưng dẫn) và đóng (dẫn bão hòa), nhưng việc vẽ đặc
tuyến của linh kiện giúp cho sinh viên nắm được đặc tính hoạt động của linh kiện, từ đó
sử dụng chúng tốt hơn trong các mạch công suất. Vì vậy, nội dung chủ yếu của bài này là
vẽ đặc tuyến của các linh kiện điện tử cơ bản từ các mô hình toán học của nó, với sự trợ
giúp của máy tính. Bài thực tập này còn giúp cho sinh viên nắm được các nguyên tắc cơ
bản của việc mô phỏng linh kiện hay mạch điện tử bằng máy vi tính.
2.2. NỘI DUNG
2.2.1. DIODE:
Đặc tuyến biểu diễn sự phụ thuộc của dòng điện I [A] qua diode vào điện áp V[V]
giữa anode A và cathode K của diode.
Qui ước: chiều dương của I là chiều từ anode đến cathode, tương ứng với chiều
dương của điện áp hướng về anode. Hình 2.1 mô tả cấu tạo (a) và ký hiệu của diode (b) .
Phaân cöïc thuaän: U > 0, I > 0
Phaân cöïc nghòch: U < 0, I < 0
P
N
A
K
(a)
A
K
I
V
(b)
+
Hình 2.1
2.2.1.1. Mô hình toán học [6]:
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
−⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
= 1exp
t
S
V
V
II
e
kT
Vt =với được gọi là nhiệt điện thế.
-19
là dòng điện rỉ; T là nhiệt độ tuyệt đối; e = 1,59.10 Coulomb;Trong đó: IS
và k = 1.38.10-23
(hằng số Boltzmann).
= 1,2mA đối với diode Germanium.IS
= 0,2nA đối với diode Silicon.IS
Ở nhiệt độ bình thường T = 3000
K, Vt = 0,026 Volt

Khi phân cực thuận, dòng điện qua diode tăng nhanh, vì thế phải hạn chế dòng điện qua
diode để nó không bị đánh thủng. Khi diode dẫn diện, điện áp phân cực thuận V=0,3 Volts
đối với diode Ge và V=0,7 Volts đối với diode Si. Do đó, V/Vt > 10 và exp(V/Vt) >>1.
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
≈
t
S
V
V
expIISuy ra:
Công thức trên chỉ đúng khi dòng điện qua mối nối khá lớn. Với dòng điện nhỏ (vài
mA trở xuống) dòng điện qua diode là:
I ≈ Is[exp(V/ηVt)-1]
Trong đó: η=1 đối với diode Ge, η=2 đối với diode Si
Trong thí nghiệm, mạch phân cực để vẽ đặc tuyến của diode như sau:
2.2.1.2. Thực hành:
1) Dự vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến I-V của diode bằng
ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý) với V biến thiên từ -10V đến 0.7V
cho diode Si ở nhiệt độ bình thường. Chạy thử chương trình và so sánh kết quả mô
phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học. Dựa vào đặc tuyến vẽ được, hãy ghi
lại các đại lượng: I khi phân cực ngược và V khi phân cực thuận. [1], [6]S
2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 hoặc 5.12 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc
tuyến của diode và so sánh với kết quả ở câu 1. [3], [7], [8], [9] Cho nhận xét.
2.2.2. TRANSISTOR
Cấu tạo, ký hiệu và mạch tương đương Ebers-Moll của transistor NPN lần lượt được
trình bày trong hình 2.2 (a), (b), (c).
(a)
•
IC
IRVBC
BE
IB
IF
IEC
(ICS)
(IES)
IE
V
E
•
C
B
ICC
•
N
•
N
P
C
B
C
B
Hình 2.2
E
EE
(b) (c)

2.2.2.1. Mô hình toán học [6]:
, I , ITrong mô hình Ebers-Moll cơ bản (hình 3.c), các dòng điện IC B E được xác
định bởi các biểu thức sau:
Ic = α IF ES[exp (VBE/Vt)-1]-ICS[exp(VBC/Vt)-1]
IE = -IES[exp(VBE/Vt)-1]+I [exp (VS BCV/vt)-1]
IB = -(I +I )C E
Trong đó:
IES: dòng điện bảo hòa ngược của diode B-E
ICS: dòng điện bảo hòa ngược của diode B-C
αF và α lần lượt là độ lợi dòng điện thuận và ngượcR ở chế độ tín hiệu lớn của
BJT cực nền chung.
Hai nguồn dòng điện ICC và IEC được điều khiển bởi IF và IR như sau:
I =IF CC/αF
I =IR EC/βR
ICC=α IF ES[exp(VBC/Vt)-1]=α IF F
IEC=α IR CS[exp(VBC/Vt)-1]=α IR R
ITa có: αF ES = α IR CS = I (dòng bảo hòa của BJT)S
Suy ra:
=I /α [exp(VIF S R BE/Vt)-1]
=I /αIR S R [exp(VBC/Vt)-1]
IEC=I [exp(VS BC/Vt)-1]
ICC=I [exp(VS BE/Vt)-1]
Dựa vào kết quả này, ta có thể biểu diễn transistor theo mô hình vận chuyển
(transport model) như trong hình 2.3.a .
IC
IEC/αRBC
VBE
IB
CC
V
I /α
IEC
S
F
(I /αR)
S(I /αF)
IE
E
•
•
C
ICC
•
(a)
•
IC
IEC
B •
/βR
IB
ICC/βF
(IS/βF)
IE
E
•
C
B ICC -IEC
•
•
Hình 2.3
(b)

và αNói chung các tham số αF R thường không được dùng để mô hình hóa
transistor, người ta thay thế bằng các tham số thân thiện hơn, đó là:
=αβF F/(1-α ) và βF R=α /(1-αR R)
và ββF R lần lượt là độ lợi dòng điện thuận và độ lợi dòng điện ngược của transistor
mắc cực E chung. Mô hình Ebers-Moll có thể được thay đổi bằng cách thay thế ICC và IEC
bởi một nguồn dòng duy nhất có biểu thức như sau:
ICT = I – ICC EC = I [exp(VS BE/V ) - exp(VT BC/V )]T
Mô hình này được trình bày trong hình 2.3.b.
2.2.2.2. Thực hành: [1], [3], [7], [8], [9], [10], [11]
1) Dựa vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến ngõ vào với VBE
biến thiên từ 0 đến 0.7V của BJT loại Silicon bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc
ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình thường. Chạy thử chương trình và so sánh kết
quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
2) Dự vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến ngõ ra với VCE
biến thiên từ 0 đến 24V của BJT loại Silicon bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc
ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình thường. Chạy thử chương trình và so sánh kết
quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
3) Dự vào mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của BJT loại
Silicon bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình thường,
với VCE biến thiên từ 0 đến 24V và VBE biến thiên từ 0 đến 0.7V . Chạy thử
chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
tuyến ngõ vào và đặc tuyến ngõ ra của BJT, so sánh với kết quả ở câu 1, câu 2 và
câu 3. Cho nhận xét.
Gợi ý:
Dựa vào mô hinh cấu trúc này ta tìm được:
= I (VIC S BE/Vt)-exp(VBC/Vt)]-I /β [exp(VS R BC/Vt)-1]
I = I /β [exp(VB S R BC/Vt)-1]+ I /β [exp(VS R BE/Vt)-1]
=I [(VIE S BE/Vt)-exp(VBC/Vt)]-I /β [exp(VS R BE/Vt)-1]
Phương trình đặc tuyến ngỏ vào của transistor:
=f(VIB BE)|VCE
I = I /β [exp(VB S R BC/Vt)-1]+ I /β [exp(VS R BE/Vt)-1]
Thay VBC=VBE-VCE, suy ra:
I = I /β [exp(VB S R BC/Vt)-1]+ I /β {exp(VS R BE--VCE)/Vt]-1}
Phương trình đặc tuyến ngỏ ra của transistor:
I =f(VC CE)|IB
I = I (VC S BE/Vt)-exp(VBC/Vt)]-I /β [exp(VS R BC/Vt)-1]
Thực tế VBE<<-Vt, suy ra:
=I exp(VIC S BE/Vt)
Phương trình đặc tuyến truyền của transistor:
I =f(VC BE)|VCE

I = I (VC S BE/Vt)-exp(VBC/Vt)]-I /β [exp(VS R BC/Vt)-1]
Thay VBC=VBE-VCE ta được:
I = I {(VC S BE/Vt)-exp[(VBE-VCE)/V ]}-I /β {exp[(Vt S R BE-VCE)/Vt]-1}
2.2.3. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
MOSFET có 2 loại: loại hiếm (DE-MOSFET: Depletion-type MOSFET) và loại
tăng (E-MOSFET: Enhancement-type MOSFET).
Trong bài thực hành này ta chỉ khảo sát loại tăng (E-MOSFET)
2.2.3.1. E-MOSFET transistor [2], [12]
Cấu tạo căn bản
E-MOSFET có hai loại: loại kênh N và loại kênh P.
Mô hình 2.4 mô tả cấu tạo, ký hiệu và hình dạng của hai loại E-MOSFET kênh N
và kênh P.
Hình 2.4
Hoạt động
Khi VGS<0, do không có thông lộ nối liền giữa hai vùng thoát và nguồn, nên mặc dù
có nguồn điện thế VDS áp vào hại cực thoát và nguồn, điện tử cũng không thễ di chuyển
nên không có dòng thoát I (I =0) lúc này chỉ có một dòng rỉ rất nhỏ chạy qua.D D
Khi VGS>0 một điện trường được tạo ra ở vùng cổng. Do cổng mang điện tích
dương nên hút các điện tử trong nền P _
(là hạt tải điện thiểu số ) đến tập trung ở mặt đối
diện của vùng cổng. Khi VGS đủ lớn, lực hút mạnh các điện tử đến tập trung nhiều và tạo
thành một thông lộ tạm thời nối liền giữa hai vùng nguồn S và thoát D. Điện thế VGS mà
từ đó dòng điện thoát ID bắt đầu tăng được gọi là điện thế thềm cổng nguồn VGS(th). Khi
VGS tăng lớn hơn VGS(th), dòng điện thoát ID tiếp tục tăng nhanh..
Dòng điện thoát I được xác định theo từng điều kiện sau:D
ID=0 ,VGS<Vth
ID=β[VGS-V -(Vth DS/2)]VDS ,VGS>Vth and VGS-VDS>Vth
ID=(β/2)(VGS-V )2
,Vth GS>V and Vth GS-VDS<=Vth
Với β=k (W/L) gọi là tham số độ hỗ dẫnP

Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11]
1) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến ngõ ra của MOSFET
kênh N bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình
thường, với VDS biến thiên từ 0 đến 24V và VGS = -2V; -1V; 0V; 1V; 2V; 3V;
4V; 5V; 6V. Chạy thử chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc
tuyến lý thuyết đã học.
2) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của
MOSFET kênh N bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ
bình thường, với VGS biến thiên từ 0 đến 10V và VDS= 24V. Chạy thử chương
trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
tuyến ngõ ra và đặc tuyến truyền của MOSFET, so sánh với kết quả ở câu 1 và
câu 2. Cho nhận xét.
2.2.4. THYRISTOR (SCR) [2], [10]
SCR vàTriac là các linh kiện điều khiển không thể kích ngắt. Công dụng quan trọng
của nó là điều khiển công suất trên tải. Trong trường hợp này chúng đóng vai trò như
một khóa điện tử, nên chỉ có 2 trạng thái dẫn (đóng) và khóa (ngắt). SCR điều khiển công
suất DC, TRIAC điều khiển công suất AC. Tuy nhiên, ta cũng có thể dùng 2 SCR hoặc
kết hợp SCR với một số Diode để điều khiển công suất AC.
Cấu tạo, ký hiệu, hình dạng thực tế và đặc tuyến vào – ra của SCR được trình bày
trong hình 2.5.
Hình 2.5
Ta thấy, SCR chỉ dẫn điện một chiều.
- Kích đóng (mở): VAK > 0, IG > 0

- Để SCR khóa ta không thể kích bằng dòng IG. Để SCR khóa phải thỏa điều kiện
sau: V ≤ 0 .AK
2.2.4.1.Các thông số kỹ thuật cơ bản của SCR là:
- Dòng điện thuận định mức: In (A)
(V)- Điện áp ngược cực đại Vinmax
- Điện áp rơi ΔV (V)
(V)- Điện áp điều khiển VG
- Dòng điện điều khiển IG (mA).
- Tốc dộ tăng dòng điện di/dt (A/μs)
- Tốc dộ tăng điện áp dv/dt (V/μs)
- Dòng điện rỉ ICO (mA)
2.2.4.2. Thực hành [1], [3], [6], [7], [8], [9], [10], [11]
1) Xây dựng mô hình toán học, viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của SCR bằng
ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình thường. Chạy thử
chương trình và so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
tuyến ngõ ra và đặc tuyến truyền của SCR, so sánh với kết quả ở câu 1. Cho
nhận xét.
2.2.5. TRIAC [2], [12]
Cấu tạo, ký hiệu, hình dạng thực tế và đặc tuyến vào – ra của TRIAC được trình bày
trong hình 2.6.
Hình 2.6
- Triac dẫn cả 2 chiều.
- Triac được kích đóng (dẫn) bằng dòng điện IG
- Để đưa Triac từ trạng thái dẫn sang trạng thái khóa phải có 2 điều kiện là : IG=0
và điện áp nguồn đổi chiều.
Triac có thể được kích đóng trong 4 trường hợp sau :
a/. VD>0, VG>0, I >0 (chiều dương là chiều mũi tên)G
>0, V <0, Ib/. VD G G<0
c/. VD<0, VG>0, I >0G
<0, V <0, Id/. VD G G<0
Triac ít nhạy nhất trong trường hợp c/.

2.2.5.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của TRIAC là:
- Dòng điện định mức: In (A)
- Điện áp điện mức Vn (V)
- Điện áp rơi ΔV (V)
(V)- Điện áp điều khiển VG
- Dòng điện điều khiển IG (mA).
- Tốc dộ tăng dòng điện di/dt (A/μs)
- Tốc dộ tăng điện áp dv/dt (V/μs)
- Dòng điện rỉ ICO (mA)
2.2.5.2. Thực hành:
1) Xây dựng mô hình toán học, hãy viết chương trình vẽ đặc tuyến truyền của
TRIAC bằng ngôn ngữ MATLAB (hoặc ngôn ngữ tuỳ ý), ở nhiệt độ bình
thường, với VGS biến thiên từ 0 đến 10V và VDS= 24V. Chạy thử chương trình và
so sánh kết quả mô phỏng được với đặc tuyến lý thuyết đã học.
2) Dùng phần mềm Multisim V6.20 (Electronics WorkBench) để vẽ đặc tuyến ngõ
ra và đặc tuyến truyền của TRIAC, so sánh với kết quả ở câu 1. Cho nhận xét.
[1]. Các bài giảng và giáo trình CAD – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật Điều khiển -
Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[3]. NGUYỄN CHÍ NGÔN - Giáo trình THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ
MẠCH IN - Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin &
Truyền thông – ĐHCT – 2003.
[4]. TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn
Thông & Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin – ĐHCT – 2001.
[5]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông &
Tự Động Hóa - Khoa công Nghệ Thông Tin – ĐHCT – 2001.
[6]. M. BIALKO, R. CRAMPAGNE, D. ANDREU – BASIC METHODS FOR
MICROCOMPUTER AIDED ANALYSIS OF ELECTRONIC CIRCUITS –Prentice
Hall – 1995.
http://www.vocw.edu.vn/content/m10373/latest/[7].
[8]. http://www.electronicsworkbench.com/index.html
http://www.box.net/shared/rma8ut6x4s[9].
[10]. http://www.powersimtech.com
www.mathworks.com[11]. http://
[12]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 –
UTM.JB – 2003

Bài 3: Chỉnh lưu một pha có điều khiển
BÀI 3: CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU KHIỂN
Tham gia thực hiện: KS Ngô Trúc Hưng
3.1. MỤC ĐÍCH
- Khảo sát mạch chỉnh lưu không điều khiển dùng Diode công suất.
- Khảo sát mạch chỉnh lưu dùng SCR.
- Kết hợp SCR và Diode để chỉnh lưu và điều khiển công suất ở ngõ ra bằng cách
thay đổi góc mở (góc trễ) α.
3.2. CÁC KIẾN THỨC LIÊN QUAN
3.2.1. Sinh viên ôn lại:
- Các nguyên tắc cấu tạo của diode và SCR, các mạch chỉnh lưu dùng diode và
SCR.
- Nguyên tắc điều khiển góc mở.
- Chỉnh lưu một pha bán điều khiển.
- Chỉnh lưu một pha điều khiển hoàn toàn.
3.2.2. Sinh viên tìm hiểu và giải thích nguyên tắc hoạt động của mạch tạo xung kích:
Board tạo xung kích dùng để tạo và cấp xung kích cho board công suất tại những thời
điểm mong muốn.
Hoạt dộng của nó được mô tả bằng giản đồ dạng sóng tín hiệu trong hình 3.1.
Sơ đồ mạch thí nghiệm được trình bày trong hình 3.2 ở cuối bài thí nghiệm này.
3.3. THỰC HÀNH:
3.3.1. Khảo sát Board mạch tạo xung kích:
Nối board mạch kích xung vào Board công suất bằng dây BUS 4 sợi.
a. Quan sát và vẽ lại dạng sóng của TP3 và TP6 trên cùng một đồ thị. Điều chỉnh
VR1, cho nhận xét.
b. Quan sát và vẽ lại dạng sóng của TP3 và TP8 trên cùng đồ thị, điều chỉnh VR1,
cho nhận xét.
c. Đo và vẽ lại dạng sóng của TP3 và TP9 trên cùng đồ thị. Điều chỉnh VR2, cho
nhận xét.
d. Trường hợp câu c. khác với trường hợp câu b. về thời điểm kích xung như thế nào?

TP3
Tín hiệu ngõ vào
TP4
Qua so sánh
TP5
Qua mạch vi phân
TP6
Qua đa hài đơn ổn
TP7
Qua mạch tạo xung
Cổng EXOR
TP8
Qua mạch chọn xung,
Xung kích bán kỳ dương
TP9
Xung kích bán kỳ âm
Hình 3.1: Giản đồ dạng sóng tạo tín hiệu

Hình 3.2: Mạch tạo xung kích TRAC
3.3.2. Khảo sát nguyên tắc điều khiển góc mở:
Ráp mạch như hình 3.3:
R6
R1
U3
MOC3021
1
2
64
R4
R1
D
U1
MOC3021
1
2
64
Q1
SCR
Q4
SCR
D
D
U2
MOC3021
1
2
64
U4
MOC3021
1
2
64
R3
E
C
R2
R2
R5
TP2
1
Q2
SCR
D
TP1
1
R1
Board Taûi
C
R2
Q3
SCRE
D3
Dm
Hình 3.3
a. Điều chỉnh góc mở α = π/2
- Vẽ lại dạng sóng điện áp AC ( nên lấy ở ngõ vào trên mạch tạo xung, tại điểm TP3),
xung kích và ngõ ra Vo theo cùng trục thời gian.
- Tính công suất trên tải.
b. Thay đổi góc mở α bằng cách chỉnh biến trở VR1, quan sát độ sáng của đèn, cho
nhận xét về công suất trên tải theo góc mở α.

3.3.3. Khảo sát chỉnh lưu cầu dùng 4 diode công suất:
Mắc mạch như hình 3.4:
Board tải
A
B
•
•
•
•
•
•
TP1
TP2
5K
220K
Vo
Vin
Hình 3.4
Dùng Oscilloscope quan sát dạng sóng trên TP1 và TP2
- Vẽ lại dạng sóng V và Vin o theo cùng trục thời gian.
- Tính công suất trên tải, so sánh công suất với câu 2.3.1.
3.3.4. Khảo sát chỉnh lưu cầu, bán điều khiển
Mắc mạch như hình 3.5 :
a. Để hở Dm, nối tải R (bóng đèn 75W)
bằng π/3 và π/3+π (tương ứng với xung kích
-
b. 1 và T2 là 2π/3 và π+2π/3
c. ộn cảm nối tiếp).
rên tải).
và T2. Quan sát dạng sóng
trên t
g của Dm.
D1
R6
R1 R4
D
U1
MOC3021
1
2
64
Q1
SCR
U2
MOC3021
1
2
64
R3
E
R2
R5
TP2
1
D2
Q2
SCR
TP1
1
Board Taûi
C
D
D3
Dm
Hình 3.5
- Điều chỉnh góc mở α của T1 và T2
tại TP8 và TP9). Vẽ lại dạng sóng điện áp AC ( nên lấy ở ngõ vào trên mạch tạo
xung, tại điểm TP3), xung kích của T1 và T2, và điện áp ngõ ra Vo
Tính công suất trên tải.
Thay đổi góc mở α của T
- Cho nhận xét về độ sáng của đèn.
- Tính lại công suất trên tải.
Mắc tải R-L (gồm đèn và cu
- Lập lại câu a và b ( không cần tính công suất t
-Nối Dm vào mạch, thay đổi thời điểm kích xung của T1
ải và nêu nhận xét.
- Cho biết công dụn

3.3.5. Chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển hoàn toàn
Mắc mạch như hình 3.6 :
R6
R1
U3
MOC3021
1
2
64
R4
R1
D
U1
MOC3021
1
2
64
Q1
SCR
Q4
SCR
D
D
U2
MOC3021
1
2
64
U4
MOC3021
1
2
64
R3
E
C
R2
R2
R5
TP2
1
Q2
SCR
D
TP1
1
R1
Board Taûi
C
R2
Q3
SCRE
D3
Dm
Hình 3.6
a. Mắc tải R ( bóng đèn):
a.1. Chỉnh góc mở α của T1, T2 là π/3 và π+π/3
, xung kích T- Vẽ lại dạng sóng Vin 1, T2 và Vo. Tính công suất.
a.2. Thay đổi góc mở α là 2π/3 và π+2π/3
- Lập lại câu a.1. Nhận xét độ sáng của đèn
b. Mắc tải R-L (gồm đèn và cuộn cảm nối tiếp):
Để hở Dm,
b.1. Lập lại câu a.1. Cho nhận xét dạng sóng vừa vẽ có gì khác với câu a.1, cho
biết ảnh hưởng của cuộn cảm vừa mắc vào?
b.2. Lập lại câu a.2. Cho nhận xét so với câu b.1
b.3. Nối Dm vào mạch, thay đổi thời điểm kích xung của cả 2 bán kỳ (thay đổi góc mở),
dùng Oscilloscope quan sát dạng sóng trên tải, cho nhận xét . Dạng sóng trên tải có gì khác so
với trường hợp để hở Dm? Giải thích? (Dùng thêm hình vẽ).
3.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM
1) 01 mạch tạo xung điều khiển (board nhỏ).
2) 01 mạch công suất (board lớn).
3) 01 board tải.
4) 01 oscilloscope.
5) 01 VOM.
6) Dây nối mạch.

[1]. Các bài giảng và giáo trình ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông &
Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT.
[2]. NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I – NXB Đại
học Quốc gia TP HCM – 2002.
[3]. TRƯƠNG VĂN TÁM - LINH KIỆN ĐIỆN TỬ– Giáo trình – Bộ Môn Viễn
Thông & Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông –
ĐHCT – 2001.
[4]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông
& Kỹ thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT
– 2001.
[5]. CYRIL W. LANDER – POWERS ELETRONICS –McGraw-Hill, London –
1987.
[6]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 –
UTM.JB – 2003

Bài 4: Lập trình mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng Matlab
BÀI 4: LẬP TRÌNH MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU BẰNG
MATLAB
4.1. MỤC ĐÍCH
- Biết cách xây dựng mô hình tóan học để mô phỏng mạch điện tử, đặc biệt là
mạch điện tử công suất.
- Nắm vững nguyên tắc họat động của mạch chỉnh lưu không điều khiển và có
điều khiển.
- Thấy rõ dạng điện áp và dòng điện ở ngã ra, đặc biệt khi tải có cảm kháng.
- Rèn luyện kỷ năng xây dựng phần mềm mô phỏng.
- Củng cố các kiến thức và kỹ năng đã học trong bài 2.
4.2. KIẾN THỨC NỀN
- Sinh viên tự ôn tập lý thuyết về mạch chỉnh lưu không điều khiển và có điều
khiển; một pha và 3 pha.
- Giả sử các linh kiện công suất được dùng là lý tưởng và đóng vai trò của một công
tắc (khi đóng điện thế giữa 2 cực chính bằng 0, khi ngắt dòng điện qua nó bằng 0).
- Khi mô phỏng mạch chỉnh lưu bằng MATLAB, ta không thể sử dụng các khối dựng
sẵn trong thư viện SIMULINK. Vì vậy, ta phải xây dựng mô hình toán học cho mạch
điện (các phương trình của dòng điện và điện áp), từ đó viết chương trình mô phỏng.
4.3. THỰC HÀNH
Trong bài này, sinh viên sẽ mô phỏng mạch chỉnh lưu 3 pha, với nguồn điện 3 pha
lý tưởng có các điện áp pha lệch nhau 1200
, như sau:
u1 = um sin(x), với x = Ωt = 2πFt
u2 = um sin(x-2π/3)
u3 = um sin(x-4π/3)
Các linh kiện công suất được giả thiết là lý tưởng, hoạt động ở 2 trạng thái: đóng (điện
trở giữa 2 cực chính bằng 0, điện áp rơi bằng 0), ngắt (điện trở giữa 2 cực chính bằng ∞).
4.3.1. Chỉnh lưu 3 pha mạch tia không điều khiển
Xét trường hợp tải R-L-E và giả sử có thể bỏ qua tổng trở của nguồn
Hình 4.1: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia không điều khiển tải thuần trở.
Chú ý chiều dương điện áp được qui ước như sau: + → -

a. Chương trình mẫu 1:
function [i_d,u_d]=cl_diode_RLE(u,r,l,e,F)
% cl_diode_RLE(u,r,l,e,F) mô phỏng mạch chỉnh lưu tia 3 pha không điều khiển dùng
% diode, tải R-L-E, tính điện áp và dòng điện chỉnh lưu trên tải, vẽ đồ thị của các đại lượng
% này với cùng thang đo trên trên trục góc pha x = wt = 2πFt, w là tần số góc của nguồn 3
% pha. Đối số vào (input argument) u là giá trị hiệu dụng của điện áp nguồn, r và l giá trị
% của điện trở và cuộn dây trên tải, e sức điện động trên tải hoặc nguồn dc trên tải, F là tần
% số của điện áp nguồn. Đối số ra (Output argument) i_d là dòng điện qua tải , u_d là điện
% áp trên tải. Các đồ thị được vẽ theo biến x = wt . Vì giá trị của dòng điện rất nhỏ so với
% điện áp, nên để có thể quan sát dạng sóng của dòng điện tốt hơn, trước khi vẽ đồ thị, dòng
% điện đã được nhân lên từ 3 đến 10 lần so với giá trị thật.
global R L E f u_m % Khai báo biến toàn cục.
if nargin < 4
error('Requires 4 or 5 input arguments.')
elseif nargin >= 4
R=r;L=l;E=e; % Gán đối số vào cho các biến toàn cục.
u_m=sqrt(2)*u; % Tính biên độ điện áp nguồn 3 pha.
% Khai báo vector biến góc pha x, x=wt.
x1=[0:0.01:pi/6];x2=[pi/6+0.01:0.01:5*pi/6];
x3=[5*pi/6+0.01:0.01:9*pi/6];x4=[9*pi/6+0.01:0.01:13*pi/6];
x=[x1 x2 x3 x4];
% Khai báo điện áp nguồn điện 3 pha.
u_1=u_m*sin(x);
u_2=u_m*sin(x-2*pi/3);
% Mặc định biến tần số f =50, khi không có đối số vào F.
if nargin==4
f=50;
else
f=F;
end
% Tính dòng điện tải bằng cách sử dụng hàm ode15s để giải phương
dt
did
% trình vi phân ud = Rid + L + E, nếu L khác 0.
if L==0
i_d1=(u_m*sin(x1-4*pi/3)-E)/R;i_d2=(u_m*sin(x2)-E)/R;
i_d3=(u_m*sin(x3-2*pi/3)-E)/R;i_d4=(u_m*sin(x4-4*pi/3)-E)/R;
i_d=[i_d1 i_d2 i_d3 i_d4];
else
[k_1,id1]=ode15s('phuongtrinh3',[0:0.01:pi/6],u_m/(R+2*pi*f*L));
[k_1,id2]=ode15s('phuongtrinh1',[pi/6+0.01:0.01:5*pi/6],…
id1(length(id1)));
[k_1,id3]=ode15s('phuongtrinh2',[5*pi/6+0.01:0.01:9*pi/6],…
id2(length(id2)));
[k_1,id4]=ode15s('phuongtrinh3',[9*pi/6+0.01:0.01:13*pi/6],…
id3(length(id3)));
i_d=[id1' id2' id3' id4'];
end

i_d3=3*i_d; %Tăng thang đo của dòng điện lên từ 3 đến 10 lần.
for n=1:length(x)
if (x(n)<=pi/6) % Giả sử tại thời điểm t=0, D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
elseif (x(n)>pi/6)&(x(n)<=5*pi/6) % D1 đóng.
u_v1(n)=0;
u_d(n)=u_1(n);
i_v1(n)=i_d(n);
elseif (x(n)>5*pi/6)&(x(n)<=9*pi/6) % D2 đóng.
u_v1(n)=u_1(n)-u_2(n);
u_d(n)=u_2(n);
i_v1(n)=0;
elseif (9*pi/6<x(n)&x(n)<=13*pi/6) % D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
end
end;
% Vẽ đồ thị của điện áp nguồn 3 pha, điện áp và dòng điện tải, điện áp và % dòng điện
trên diode D1
subplot(311);
plot(x,u_1,'r',x,u_2,'g',x,u_3,'b');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u');
legend('u_1','u_2','u_3');
subplot(312);
plot(x,u_d,'b',x,i_d3,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_d i_d');
legend('u_d','3*i_d');
subplot(313);
plot(x,u_v1,'b',x,10*i_v1,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_v_1 i_v_1');
legend('u_v_1','10*i_v_1');
% Vẽ lại dạng sóng điện áp và dòng điện tải trên một cửa sổ đồ họa
% riêng.
figure('Color','w');
grid on
end;
function ham=phuongtrinh1(x,i)

% Định nghĩa phương trình vi phân cho hàm ode23s.
global u R L E f u_m
ham=(-i(1)*R/L+ u_m*sin(x)/L-E/L)/(2*pi*f);
% Định nghĩa phương trình vi phân cho hàm ode23s
ham(1)=(-i(1)*R/L+ u_m*sin(x-2*pi/3)/L-E/L)/(2*pi*f);
% Định nghĩa phương trình vi phân cho hàm ode23s
ham(1)=-i(1)*R/(2*pi*f*L)+ u_m*sin(x-4*pi/3)/(2*pi*f*L)-E/(2*pi*f*L);
b. Câu hỏi:
1. Hoàn thành các khoảng trống trong hệ phương trình mô tả trạng thái mạch điện
(hình 4.1) sau đây:
+ Khi 0 < x ≤ π/6 và 9π/6 <x ≤ 2π (D3 dẫn, D1, D2 ngắt):
i = …… ; id D1 = …….; iD2 =…….; ud = …….
+ Khi π/6 < x ≤ 5π/6 ( D1 dẫn, D2 , D3 ngắt):
id = …… ; iD3 = …….; iD2 =…….; u = ……..d
+ Khi 5π/6 < x ≤ 9π/6 ( D2 dẫn, D , D1 3 ngắt):
id =….. ; iD1 = …..; iD3 = ….; ud = …..
Quan hệ giữa dòng điện tải id và điện áp trên tải ud: i = ……d
Điện áp trên các diode, ví dụ D1:
+ uD1 = ….. khi D1 dẫn ( π/6 < x ≤ 5π/6)
+ uD1 = …... khi D1 ngưng dẫn.
2. Vẽ lưu đồ thuật toán của chương trình mô phỏng cl_diode_RLE (chương
trình mẫu 1).
3. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE với điện áp hiệu dụng của nguồn 3
pha là 220V, điện trở tải là R=10 Ω, E=0V, F=50Hz, lần lượt với các giá trị L khác nhau:
L=0H, L=0.001H, L=0.01H và L=0.1H. Nhận xét (so sánh các trường hợp L khác nhau
và so với lý thuyết).
4. Mở PSIM, ráp mạch như hình 4.1 và chạy chương trình mô phỏng trên PSIM
lần lượt với các thông số của R-L-E như câu 4.1.3. So sánh kết quả với câu 3.1.3 và cho
nhận xét. (Nhớ mắc thêm các ampere kế và volt kế vào các vị trí cần đo dòng điện và
điện áp).

4.3.2. CHỈNH LƯU 3 PHA MẠCH TIA CÓ ĐIỀU KHIỂN
Xét trường hợp tải R_L_E và giả sử có thể bỏ qua tổng trở của nguồn.
Hình 4.2: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia có điều khiển tải R_L_E.
a. Chương trình mẫu 2:
function [i_d,u_d]=cl_diode_RLE_dk(u,r,l,e,al,F)
% cl_diode_RLE_dk(u,r,l,e,al,F) mô phỏng mạch chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển dùng
% diode, tải R-L-E, tính điện áp và dòng điện chỉnh lưu trên tải, vẽ đồ thị của các đại lượng
% này với cùng thang đo trên trên trục góc pha x = wt = 2*pi*f*t, w là tần số góc của
% nguồn điện 3 pha. Đối số vào (input argument) u là giá trị hiệu dụng của điện áp
nguồn, r
% và l là giá trị của điện trở và cuộn dây trên tải, e sức điện động trên tải hoặc nguồn dc
% trên tải, F là tần số của điện áp nguồn. Đối số ra (Output argument) i_d là dòng điện qua
% tải , u_d là điện áp trên tải. Các đồ thị được vẽ theo biến x . Vì giá trị của dòng điện rất
% nhỏ so với điện áp, nên để có thể quan sát dạng sóng của dòng điện tốt hơn, trước khi vẽ
% đồ thị, dòng điện đã được tăng lên từ 3 đến 10 lần so với giá trị thật.
global R L E a f u_m % Khai báo biến toàn cục.
if nargin < 5
error('Requires 5 or 6 input arguments.')
elseif nargin >= 5
R=r;L=l;E=e;a=al; %Gán giá trị các biến theo giá trị của các đối số vào.
u_m=sqrt(2)*u; % Tính biên độ của điện áp nguồn.
% Khai báo biến góc pha x=wt=2*pi*t, t là thời gian.
x1=[0:0.01:pi/6+a];x2=[pi/6+0.01+a:0.01:5*pi/6+a];
x3=[5*pi/6+0.01+a:0.01:9*pi/6+a];x4=[9*pi/6+0.01+a:0.01:13*pi/6];
x=[x1 x2 x3 x4];
% Khai báo điện áp nguồn 3 pha.
u_1=u_m*sin(x);
% Gán giá trị mặc định cho biến tần số .
if nargin==4

f=50;
else
f=F;
end
% Tính dòng điện qua tải.
if L==0
i_d1=(u_m*sin(x1-4*pi/3)-E)/R;i_d2=(u_m*sin(x2)-E)/R;
i_d3=(u_m*sin(x3-2*pi/3)-E)/R;i_d4=(u_m*sin(x4-4*pi/3)-E)/R;
i_d=[i_d1 i_d2 i_d3 i_d4];
else
[k_1,id1]=ode23s('phuongtrinh3',[0:0.01:pi/6+a],u_m/(R+2*pi*f*L));
[k_1,id2]=ode23s('phuongtrinh1',[pi/6+0.01+a:0.01:5*pi/6+a],id1(length(id1)));
[k_1,id3]=ode23s('phuongtrinh2',[5*pi/6+0.01+a:0.01:9*pi/6+a],id2(length(id2)));
[k_1,id4]=ode23s('phuongtrinh3',[9*pi/6+0.01+a:0.01:13*pi/6],id3(length(id3)));
i_d=[id1' id2' id3' id4'];
end
for k=1:length(i_d) % Nếu giá trị âm thì cho bằng zero.
if i_d(k)<0
i_d(k)=0;
end
end
i_d3=3*i_d; %Tăng thang đo của dòng điện lên 3 lần, để dễ nhìn thấy trên đồ thị.
for n=1:length(x)
if (x(n)<=pi/6+a) % Giả sử tại thời điểm t=0, D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
elseif (x(n)>pi/6+a)&(x(n)<=5*pi/6+a) % D1 đóng.
u_v1(n)=0;
u_d(n)=u_1(n);
i_v1(n)=i_d(n);
elseif (x(n)>5*pi/6+a)&(x(n)<=9*pi/6+a) % D2 đóng.
u_v1(n)=u_1(n)-u_2(n);
u_d(n)=u_2(n);
i_v1(n)=0;
elseif (9*pi/6+a<x(n)&x(n)<=13*pi/6) % D3 đóng
u_d(n)=u_3(n);
u_v1(n)=(u_1(n)-u_3(n));
i_v1(n)=0;
end
end;
% Vẽ đồ thị
subplot(311);
plot(x,u_1,'r',x,u_2,'g',x,u_3,'b');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u');
legend('u_1','u_2','u_3');
subplot(312);

grid on
subplot(313);
plot(x,u_v1,'b',x,10*i_v1,'r');
grid on
xlabel('x'),ylabel('u_D_1 i_D_1');
legend('u_D_1','10*i_D_1');
end;
b. Câu hỏi:
1. Hoàn thành các khoảng trống trong hệ phương trình mô tả trạng thái mạch điện
(hình 3.1) sau đây:
+ Khi 0 < x ≤ π/6 + α và 9π/6 + α <x ≤ 13π/6 (D3 dẫn, D1, D2 ngắt):
i = …… ; id D1 = …….; iD2 =…….; ud = …….
+ Khi π/6 + α < x ≤ 5π/6 + α ( D1 dẫn, D2 , D3 ngắt):
id = …… ; iD3 = …….; iD2 =…….; u = ……..d
+ Khi 5π/6 + α < x ≤ 9π/6 + α ( D2 dẫn, D1 , D3 ngắt):
id =….. ; iD1 = …..; iD3 = ….; ud = …..
Quan hệ giữa dòng điện tải id và điện áp trên tải ud: i = ……d
Điện áp trên các diode, ví dụ D1:
+ uD1 = ….. khi D1 dẫn ( π/6 + α < x ≤ 5π/6 + α )
+ uD1 = …... khi D1 ngưng dẫn.
2. Chương trình mẫu 1 cl_diode_RLE khác với chương trình mẫu 2 phần nào?
3. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE_dk với điện áp hiệu dụng của
nguồn 3 pha là 220V, điện trở tải là R=10 Ω, E=0V, α = π/4 rad, F=50Hz, lần lượt với
các giá trị L khác nhau: L=0H, L=0.001H, L=0.01H và L=0.1H. Nhận xét (so sánh các
trường hợp L khác nhau và so với lý thuyết).
4. Chạy chương trình MATLAB cl_diode_RLE_dk với điện áp hiệu dụng của
nguồn 3 pha là 220V, điện trở tải là R=10 Ω, E=0V, L=0.01H, F=50Hz, lần lượt với các
giá trị α khác nhau: α = 0 rad, α = π/4 rad, α = π/3 rad . Nhận xét (so sánh các trường
hợp α khác nhau và so với lý thuyết).
5. Mở PSIM, ráp mạch như hình 4.2 (phải thêm vào mạch tạo xung kích) và chạy
chương trình mô phỏng trên PSIM lần lượt với các thông số của R-L-E như câu 4.2.4. So
sánh kết quả với câu 4.2.4 và cho nhận xét. (Nhớ mắc thêm các ampere kế và volt kế vào
các vị trí cần đo điện áp và dòng điện).

Trường hợp có hiện tượng trùng dẫn tải R_L và cảm kháng của nguồn LC không thể
bỏ qua (LC ≠ 0).
Hình 4.3: Chỉnh lưu 3 pha mạch tia có điều khiển tải R_L, L ≠ 0.C
Câu hỏi:
6. Hiện tượng trùng dẫn là gì?
7. Mở PSIM, lắp ráp mạch như hình 4.3 (phải thêm vào mạch tạo xung kích mắc
thêm các ampere kế và volt kế vào các vị trí cần đo dòng điện và điện áp) và chạy
chương trình mô phỏng trên PSIM lần lượt với các thông số:
= 0.001 H.R=10, L= 0.01 H, α = π/3 rad, LC
So sánh kết quả với câu 4.2.4 và cho nhận xét.

[3]. NGUYỄN CHÍ NGÔN - Giáo trình THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ MẠCH
IN - Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền
thông – ĐHCT – 2003.
[4]. NGUYỄN VĂN NHỜ - GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT I – NXB Đại học
Quốc gia TP HCM – 2002.
[5]. TRƯƠNG VĂN TÁM - MẠCH ĐIỆN TỬ – Giáo trình – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT – 2001.
[6].M. BIALKO, R. CRAMPAGNE, D. ANDREU – BASIC METHODS FOR
MICROCOMPUTER AIDED ANALYSIS OF ELECTRONIC CIRCUITS –Prentice
Hall – 1995.
www.powersimtech.com[7]. http://
[8]. http:// www.mathworks.com
[9]. http://www.vocw.edu.vn/content/m10373/latest/
[10]. http://www.electronicsworkbench.com/index.html
[11]. http://www.box.net/shared/rma8ut6x4s

Bài 5: Mô phỏng mạch chỉnh lưu một pha có điều khiển bằng Psim
BÀI 5: MÔ PHỎNG MẠCH CHỈNH LƯU MỘT PHA CÓ ĐIỀU
KHIỂN BẰNG PSIM
5.1. MỤC ĐÍCH:
Dùng phần mềm PSIM để mô phỏng mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ
và mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ. So sánh với kết quả trong bài 3 và
bài 4. Từ đó củng cố được kiến thức về việc điều khiển đóng ngắt các linh kiện công suất
nói chung và mạch chỉnh lưu có điều khiển nói riêng. Đồng thời hình thành được
phương pháp và kỹ năng viết chương trình mô phỏng cũng như sử dụng các phần mềm
mô phỏng có sẵn.
5.2. KIẾN THỨC NỀN:
- Sinh viên tự ôn tập lý thuyết về mạch chỉnh lưu không điều khiển và có điều
khiển; một pha và ba pha [1], [4].
- Giả sử các linh kiện công suất được dùng là lý tưởng và đóng vai trò của một công
tắc (khi đóng điện thế giữa 2 cực bằng 0, khi ngắt dòng điện qua nó bằng 0).
- Phần mềm PSIM của Powersim Inc [6].
PSIM là một phần mềm đóng gói chuyên dùng cho việc mô phỏng mạch điện tử
công suất và điều khiển mô tơ. Nó có các ưu điểm là tốc độ nhanh, giao diện thân
thiện với người dùng và có chức năng xử lý hiển thị dạng sóng của tín hiệu. Bao
gồm 03 chương trình: chương trình vẽ sơ đồ mạch điện SIMCAD; chương trình
mô phỏng PSIM; chương trình xử lý và hiển thị dạng sóng SIMVIEW.
Một mạch điện được trình bày bởi PSIM gồm 04 khối: mạch công suất, mạch điều
khiển, cảm biến và các bộ điều khiển switch.
- Để mô phỏng một mạch điện hoặc một hệ thống điều khiển, ta tiến hành các bước sau:
Khởi động PSIM (Theo sự chỉ dẫn của giảng viên): Một giao diện mô phỏng
SIMCAD xuất hiện, như hình 5.1:

Hình 5.1
Trên menu, từ File ta chọn New (thực hiện mạch điện mới) hoặc Open (để mở
project cũ đã lưu dưới dạng file có phần mở rộng là “.sch”).
Các thao tác cơ bản để thực hiện một mạch điện mới:
o Chọn linh kiện, nguồn tín hiệu và các thành phần khác từ Elements trên
menu hoặc trên thanh công cụ ở phía dưới màn hình ( nhấp chuột trái vào
phần tử muốn chọn. Sau đó nhấp chuột vào vị trí muốn đặt phần tử đó trên
cửa sổ thiết kế, có thể quay phần tử đã chọn từ Rotate trên menu Edit hoặc
nhấp chuột trái vào biểu tượng tương ứng trên menu bar).
o Thực hiện các đường mạch nối các linh kiện và các thành phần khác: chọn
Wire trên menu Edit hoặc biểu tượng tương ứng trên menu bar, sau đó rê
chuột giữa các điểm muốn nối.
o Đặt các tham số của các linh kiện: nhấp chuột trái vào biểu tượng “mũi tên”
trên menu bar, rồi nhấp chuột trái vào thành phần muốn đặt tham số, sau đó
chọn Attributes trên menu Edit (hoặc ấn phím tắt F4), một cửa sổ con hiện
ra, cho phép ta nhập các tham số cần thiết. Chú ý các tham số và đơn vị
tính của các linh kiện.
o Dán nhãn: chọn Label trên menu Edit (hoặc ấn phím tắt F2) , nếu cần.
o Chạy chương trình mô phỏng: chọn Run Simulation trên menu Simulate,
hoặc ấn phím tắt F8, hoặc nhấp chuột trên biểu tượng tương ứng trên menu
bar. Ở chế độ mặc định (Auto-Run SIMVIEW), một cửa sổ con “Data
Display Selection” hiện ra cho phép ta chọn các biến cần hiển thị đã liệt kê
sẵn (theo các thiết bị và điện áp có trong mạch điện). Nếu muốn hiển thị đồ
Quay Nối dây dẫn Dán nhãn
Chạy PSIM
Chạy SIMVIEW
Chọn phần tử
trong mạch
Cửa sổ thiết kế

thị của một đại lượng (biến) nào đó, ta cần phải đặt thiết bị đo lường tướng
ứng vào vị trí đó trên mạch điện.
o Sinh viên cần tham khảo trước về PSIM trong các tài liệu [6].
5.3. THỰC HÀNH:
5.3.1. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ:
a. Mở phần mềm PSIM và vẽ mạch chỉnh lưu một pha bán điều khiển hình 5.2:
Hình 5.2: Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha nửa chu kỳ.
- Thiết lập các giá trị phù hợp.
- Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sóng điện thế tải ud, dạng sóng dòng điện tải id.
- Giải thích dạng sóng ud, id.
- Dựa vào đồ thị dạng sóng điện áp tải, tính giá trị điện áp trung bình giữa 2
đầu tải
b. Thay đổi V1 để thay đổi góc kích α. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sóng ứng với
góc kích α= 2π/3 (V1 = 120 Volt).
c. Thiết lập L=0.05H. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sóng ud, id. So sánh với dạng
sóng ở câu a và giải thích.

5.3.2. Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ:
a. Vẽ mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ như sau (Hình 5.3):
Hình 5.3: Mạch chỉnh lưu điều khiển một pha hai nửa chu kỳ.
- Thiết lập các giá trị phù hợp.
- Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sóng điện thế tải ud, dạng sóng dòng điện tải id.
- Giải thích dạng sóng ud, id.
b. Thay đổi V2 để thay đổi góc kích α. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sóng ứng với
góc kích α = π/3 (V2 = 120 Volt).
c. Thiết lập L = 0H. Vẽ lại trên bài phúc trình dạng sóng ud, id. So sánh với dạng
sóng ở câu a và giải thích.

[3]. NGUYỄN CHÍ NGÔN - Giáo trình THIẾT KẾ MÔ PHỎNG MẠCH VÀ VẼ MẠCH
IN - Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ thuật điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền
thông – ĐHCT – 2003.
[6]. http:// www.powersimtech.com
http://www.electronicsworkbench.com/index.html[8].
http://www.box.net/shared/rma8ut6x4s[9].

Bài 6: Ổn áp một chiều
BÀI 6: ỔN ÁP MỘT CHIỀU
Tham gia thực hiện: KS. Trương Văn Tám
6.1. MỤC ĐÍCH:
Giúp cho sinh viên thấu hiểu nguyên lý hoạt động của các loại ổn áp DC, rèn luyện kỹ
năng thực hành, hình thành khả năng thiết kế và lắp ráp các loại ổn áp DC theo yêu cầu thực tế.
6.2. SƠ LƯỢC VỀ LÝ THUYẾT
Mạch ổn áp một chiều còn được gọi là mạch biến đổi DC-DC, đây là một mạch biến
đổi từ điện áp một chiều này thành điện áp một chiều khác.
Thông thường, người ta chia ổn áp một chiều ra làm 2 loại:
- Ổn áp tuyến tính,
- Ổn áp ngắt mở (switching regulator).
Dù là loại nào, một mạch ổn áp cũng phải đạt 2 chức năng:
- Ổn định điện áp ngõ ra khi điện áp ngõ vào thay đổi và khi dòng tải thay đổi.
- Giảm đến mức thấp nhất sóng dư ở ngõ ra.
6.2.1. Ổn áp tuyến tính
Trong bài thí nghiệm này ta khảo sát mạch ổn áp tuyến tính dạng nối tiếp. Sơ đồ khối
như sau:
C1: Tụ lọc ngõ vào
C2: Tụ lọc ngõ ra
Ổn áp
+
vi
-
vo
+
- RL
Hình 6.1
+ -AV
Công suất ổn áp
Kích
So sánh
Chuẩn
Lấy mẫu
C1
+
-
+vi
Chưa
ổn áp
C2
-
+
vo Đã ổn áp
RL
IL
Hình 6.2

- Công suất ổn áp: Thường là một transistor công suất lớn, hoạt động như một điện
trở thay đổi.
- So sánh: So sánh điện thế lấy mẫu và điện thế chuẩn để tạo thành điện thế điều khiển
VDK để điều khiển mạch kích tạo dòng kích cho công suất.
- Chuẩn: Tạo điện thế chuẩn Vref cho mạch so sánh (thường dùng zener).
- Lấy mẫu: Lấy một phần điện thế ngõ ra so sánh với điện thế chuẩn (điện thế lấy mẫu
thay đổi theo điện thế ngõ ra vo).
Nguyên tắc hoạt động: vo=vi-AV
Giả sử khi vo thay đổi (vì lý do nào đó), điện thế lấy mẫu thay đổi theo trong khi điện
thế chuẩn không đổi nên ngõ ra VDK của mạch so sánh thay đổi, điện thế VDK này điều
khiển mạch kích và công suất thay đổi độ hoạt động (chạy mạnh/chạy yếu) để thay đổi
A sao cho vV o ổn định.
Mạch căn bản có dạng:
R3
VR
R4
R2
Q1
Q2
Q3
R1
RL
IL
+
-
vo
C3
D
C2
C1
+
+
-
-
R
+
vi
Hình 6.3
Q1: Công suất ;
Q2: Thúc (kiểu darlington) ;
Q3: So sánh
Zener D: tạo điện thế chuẩn
R3, R4,VR: Lấy mẫu
C2: Giảm sóng dư ngõ ra
chạy thẳng và thường trực qua QDo dòng tải IL 1 nên Q1 phải có công suất lớn và
phải được giải nhiệt cẩn thận. Mạch thường có một điện trở R công suất lớn để chia bớt
dòng qua Q1
6.2.2. Ổn áp ngắt mở
- Tuy có rất nhiều dạng, nhưng đa số đều dùng phương pháp biến điệu độ rộng xung.
- Nguyên lý chung vẫn như mạch ổn áp tuyến tính nhưng thay mạch khuếch đại kích
bằng một mạch dao động tạo sóng vuông. Tín hiệu ra của mạch dao động kích vào
transistor công suất ổn áp (thường là BJT hoặc MOSFET công suất lớn), mức cao của

xung vuông làm transistor bảo hòa, mức thấp làm transistor ngưng. Như vậy công suất ổn
áp hoạt động như một chuyển mạch (switch).
- Dao động tạo xung vuông có thể là đa hài (công suất độc lập với mạch dao động)
hoặc thông dụng hơn là dao động blocking (công suất tham gia vào mạch dao động) do
cách ly được mass điện.
Công suất ổn áp
Dao động tạo
xung vuông
So sánh
Chuẩn
Lấy mẫu
Ci
+
-
+
vi
+ -AV
Co
-
+
vo
RL
IL
-
SW
vi vo
vo
0
Tx
T
⇒
Hình 6.4
- Khi chưa mắc tụ lọc ngõ ra, v0 có dạng xung với biên độ đỉnh bằng vi khi SW ở
trạng thái ON và v0=0 khi SW ở trạng thái OFF. Trị trung bình của v0 là
Ta thấy: Để thay đổi trị trung bình ngõ ra v
T
T
vv x
io =
o ta có thể:
- Thay đổi thời gian SW ở trạng thái ON (Transistor dẫn bảo hòa)
- Thay đổi tần số của mạch dao động (Tức thay đổi chu kỳ T)
- Hoặc thay đổi cả hai
Thực tế, để tiện việc thiết kế và kiểm soát, thường người ta giữ nguyên tần số dao động
(thực tế trong máy thu hình, monitor máy tính…. Người ta dùng xung quét ngang đưa về

để giữ cho tần số dao động bằng với tần số quét ngang), tín hiệu lấy mẫu chỉ làm thay đổi
độ rộng của xung vuông tức thay đổi thời gian dẫn-ngưng của transistor công suất, tức Tx.
- Để ổn định vo, thí dụ khi vi cao người ta giảm Tx, khi vi giảm người ta tăng Tx.
- Mạch thường được thiết kế ở tần số khá cao (hơn 10KHz) nên tụ lọc ngõ ra không
cần lớn mà vẫn bảo đảm được việc giảm tối đa sóng dư (vo gần lý tưởng).
- Để tạo ra nhiều loại điện áp khác nhau, nhất là cách ly được mass điện và mass máy
(chống giật), người ta thường thiết kế bộ nguồn có biến áp xung. Tùy theo tần số hoạt động
của mạch và số vòng cuộn sơ cấp, thứ cấp mà ta có được các điện áp khác nhau theo yêu cầu.
+
-
B1
D
+
-
B2
D
SW
B+
OSC
Hình 6.5
6.3. PHẦN THỰC HÀNH
6.3.1. Ổn áp tuyến tính
Mạch dùng thực tập có dạng:
R4
VR
R5
R3
Q1
Q2
Q3
R1
RL
IL
+
-
voCo
D
C
Ci
+
+
-
-
+
vi
+ vo
R2
1,8K
2200µF
2200µF
100µF
100K
560Ω 1K
1K
2,2K
Hình 6.6
Với vi được cấp từ một nguồn thay đổi bên ngoài
a/ Giải thích vắn tắt nguyên lý hoạt động của mạch (khi vi và I thay đổi)L
b/ Cấp vI = +18V, đo điện thế ngõ ra v , chỉnh Vo R theo hai chiều. Nhận xét và giải thích.

c/ Chỉnh VR để vo=+12V, cho vi thay đổi từ +15V →+20V, đo vo, lập bảng theo mẫu
sau và vẽ đồ thị vo=f(vi). Nhận xét.
Vi +15V +16V +17V +18V +19V +20V
vo
d/ Cấp vi=+18V, Đo vo khi thay đổi I (bằng cách thay đổi RL L)
RL R1(100Ω)R2(50Ω) R3(100/3Ω) R4(25Ω)
IL
vo
Vẽ đồ thị vo=f(I ). Nhận xét.L
e/ Không mắc tụ C vào mạch, quan sát sóng dư ngõ ra. Lập lại thí nghiệm. Khi mắc tụ
C vào mạch. Nhận xét và giải thích.
f/ Giả sử không mắc Co vào mạch, vo bị ảnh hưởng gì? Giải thích?

6.3.2. Ổn áp ngắt mở:
Mạch thực hành hình 6.7
Ghi chú quan trọng:
* Trong mạch có 2 mass, một mass điện và 1 mass máy. Sinh viên khi làm thực tập phải
thật cẩn thận, tránh bị điện giật.
* Trong bài thực tập dùng SCR và E-MOSTFET kênh N với sơ đồ chân như sau:
SCR K794
G D S
+300V
7 8
5
9
B1
100μF/
100V
+
-
RL1
47K/2W
272/1K
B2
+
-
RL2
10
11
13
15
4
3
2
1
5
6
7
8
+
-
.001
1KΩ
47Ω
47K
.33Ω/2W
K794
47K/2W
47K/2W
100Ω
3
272/1K
.1
1KΩ
Vz=18V
1
100μF/
25V
+
-
1MΩ100p
.22
100K
3.3K
.KA3842
out
Vcc
18K
5K
47Ω
22K.0022
47Ω
.1
220VAC
+
-
C1
+
-
+
-
Hình 6.7

6.3.2.1. Vi mạch KA3842 có sơ đồ chân:
7 Vcc
5
RT/C
IC KA3842 là IC dao động điều khiển mạch nguồn Switching được sử dụng rất nhiều
trong các mạch nguồn monitor máy tính. IC này hoạt động theo kiểu biến điệu độ rộng
xung (pulse width modulation). IC có khả năng tạo nguồn chuẩn Vref=+5V tại chân 8,
mạch so sánh cảm nhận về điện áp để khoá mạch biến điệu độ rộng xung bên trong. Chân
4 mắc R, C định tần số dao động, xung biến điệu độ rộng được thực hiện bởi mạch FF RS
cấp cho mạch khuếch đại Push-Pull thông qua cổng OR.
Khi mở máy, chân 7 được cấp nguồn từ điện thế 300V để khởi động mạch, sau đó
điện thế cảm ứng lấy từ cuộn 1-3 sẽ đuợc chỉnh lưu để cấp nguồn ổn định cho IC3842.
Cuộn 1-3 còn được dùng để lấy mẫu ngõ ra để đưa về mạch so sánh (chân 1-2). Zener
18V và SCR giữ vai trò bảo vệ khi điện áp vượt quá cao.
6.3.2.2. Sinh viên khảo sát mạch và thực hiện các công việc sau:
1. Để hở công suất nguồn, khảo sát IC3842
a/ Đo điện áp DC chân 7 khi mạch hoạt động ổn định. Lúc này zener 18V và SCR
dẫn hay ngưng?
T
29V
5V SET
Vref RESET
8
INTERNAL
BIAS
LOGIC
2
1
3
4
GND
Vref
VFB
Comp
CS
Sense
UVLO
7
PWRVC
6
out
5
PWR
GND
OSCILLATOR
22V
+
-
T>
R
S
1/3
C.S Comp
½ Vref
ERROR Amp
1V
Hình 6.8

b/ Đo điện áp DC tại chân 2. Điện áp này dùng làm gì? Có thay đổi theo điện áp
ngõ ra B1 và B2 không? Tại sao?
c/ Quan sát và vẽ lại dạng sóng chân số 4
d/ Quan sát và vẽ lại dạng sóng tại ngõ ra (chân 6). Chỉnh biến trở 5K, dạng sóng
ngõ ra thay đổi như thế nào?
2. Nối công suất nguồn vào mạch
2
7.4
a/ Đo B1 khi RL = KΩ
b/ Thay đổi RL bằng cách không nối rồi nối lần lượt JP1, JP2, JP3, đo B1, lập bảng:
RL(KΩ)
B1
IL =
LR
B1
3
7.4
4
7.4
5
7.4
2
7.4
Vẽ đồ thị B1 theo I . Nhận xét?L
c/ Đo B1, chỉnh VR=5K. Nhận xét và cho biết chức năng của V .R
6.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:
1) 01 mạch ổn áp tuyến tính (board nhỏ).
2) 01 mạch ổn áp ngắt mở (boad lớn).
3) 01 VOM.
4) 01 ocilloscope
[1]. Giáo trình THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT - 2001.
[5]. CYRIL W. LANDER – POWERS ELETRONICS –McGraw-Hill, London – 1987.
[6]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 – UTM.JB –
2003

Bài 7: Điều khiển công suất AC
BÀI 7: ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT AC
7.1. MỤC ĐÍCH:
- Biết cách dùng Triac để điều khiển công suất tiêu thụ trên tải AC.
- Nắm được nguyên tắc tạo xung kích Triac và mối quan hệ giữa góc mở α với công
suất tiêu thụ trên tải.
7.2. SƠ LƯỢC LÝ THUYẾT:
- Triac là một linh kiện điều khiển không thể kích ngắt. Công dụng quan trọng của nó là điều
khiển công suất AC trên tải. Trong trường hợp này Triac đóng vai trò như một khóa điện tử.
Sơ đồ mạch điều khiển công suất AC như hình 7.1 :
Mạch tạo xung kích
VS
VG
IG
A2 A1
VD
Tải
VL
G
Hình 7.1
VS
IG
VL
t
t
t
α
Hình 7.2
Vì Triac dẫn cả 2 chiều nên chỉ có 2 trạng thái dẫn và khóa. Triac được kích đóng
(dẫn) bằng dòng điện IG và để đưa Triac từ trạng thái dẫn sang trạng thái khóa phải có 2
điều kiện là : I =0 và điện áp nguồn đổi chiều.G
Triac có thể được kích đóng trong 4 trường hợp sau :
a/. VD>0, VG>0, I >0G
b/. V >0, V <0, ID G G<0
c/. VD<0, VG>0, I >0G
<0, V <0, Id/. VD G G<0
Triac ít nhạy cảm nhất trong trường hợp c/.
Với VS là nguồn điện xoay chiều hình sin, công suất tiêu thụ phụ thuộc vào góc mở α
(hay góc trễ). Dạng sóng của điện áp nguồn V , dòng điện kích đóng IS G (hoặc điện áp
V được vẽ trong hình 7.2.), điện áp trên tải VG L

- Sơ đồ mạch điều khiển công suất AC dùng Triac được trình bày trong hình 7.3 ở
cuối bài thí nghiệm này.
Lưu ý rằng, để xác định góc trễ và xung kích xuất hiện đúng thời điểm, mạch tạo
xung kích cần phải có thông tin về pha của điện áp nguồn.
=V- Trường hợp điện áp nguồn có dạng sin : VS Msinωt= V2 Ssinθ.
Với VM : giá trị cực đại,V : giá trị hiệu dụng,θ=ωt=2πftS
Điện áp hiệu dụng trên tải là :
∫
π
απ
2
2
2 2
VL=[ VS sin2
θdθ ]1/2
2
2sin α
π
1
Hay: VL=VS[ (π-α+ )]1/2
Ta thấy, khi α biến thiên từ 0->π thì VL biến thiên từ VS->0. Điều này chứng tỏ công
suất tiêu thụ trên tải phụ thuộc vào α.
7.3. CÂU HỎI VÀ THỰC HÀNH
A. Câu hỏi lý thuyết :
1/. Từ sơ đồ mạch tạo xung kích và mạch công suất hình 7.3 hãy cho biết chức năng
của các linh kiện sau đây:
U2, U3, U4, U5, D3, D4, D5, Q1, Q2, Q3, C3, C6 và R8 (VR 5K).
2/. Thông tin về pha của điện áp nguồn được lấy và xử lý như thế nào?

B. Câu hỏi thực hành :
1. Mắc tải R (bóng đèn) vào mạch điều khiển công suất AC, lấy điểm đất (mass)
chung, dùng oscilloscope xem và vẽ lại dạng sóng tại các điểm : TP0, TP1, TP2, TP3,
TP4, TP5, TP6, TP7 (tất cả cùng một thang thời gian). Trong đó, TP5 được vẽ trên cùng
một đồ thị với TP2 và TP5 cũng được vẽ trên cùng một đồ thị với TP3 (các thang giá trị
của các đồ thị được vẽ như hình 7.4 ), so sánh và nhận xét.
- So sánh dạng sóng ở TP0 với TP2 và Tp4, từ đó suy ra Q2 và U3 tạo xung kích
đóng trong bán kỳ nào?
- So sánh dạng sóng ở TP0 với TP3 và TP6, từ đó suy ra Q3 và U4 tạo xung kích
đóng trong bán kỳ nào?

TP1
t
TP3
TP5
t
TP9
t
TP7
t
TP6
t
TP2
TP5
t
Hình 7.4
2. Với tải R, dùng Oscilloscope quan sát điện áp trên tải, ước lượng góc mở, đo điện
áp hiệu dụng (hoặc dòng điện hiệu dụng) trên tải, lập bảng 1, nhận xét và so sánh với lý
thuyết.
L
L
R
V
P
2
=
α
VL
00
300
600
900
1200
1500
1800
Hình 7.5

3. Mắc tải R_L vào mạch điều khiển công suất AC, dùng oscilloscope xem và vẽ lại
dạng sóng điện áp trên tải, so sánh với trường hợp tải trở, giải thích.
là điện áp giữa 2 đầu R) . Nhận xét.4. Với tải R_L, lặp lại câu 2 (chú ý: VL
7.4. THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM:
1) 01 board thí nghiệm (board lớn).
2) 01 tải R-L.
3) 01 tải motor.
4) 01 oscilloscope.
5) 01 VOM.
[1]. Giáo trình THÍ NGHIỆM ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT – Bộ Môn Viễn Thông & Kỹ
thuật Điều khiển - Khoa công Nghệ Thông Tin & Truyền thông – ĐHCT - 2001.
[5]. CYRIL W. LANDER – POWERS ELETRONICS –McGraw-Hill, London – 1987.
[6]. Zainal Salam – POWER ELECTRONICS AND DRIVES – Version 3 – UTM.JB –
2003

Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất

Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Destaque

Destaque (20)

Semelhante a Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất

Semelhante a Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất (20)

Último

Último (20)

Giáo trình thí nghiệm điện tử công suất