Lời nói đầu
Ngày nay công nghệ điện tử đã có những bớc tiến nhảy vọt trên phạm vi
toàn cầu để hòa nhập với thế giới theo chiến lợc đón đầu những công nghệ mới,
Việt Nam đã phát triển và ứng dụng những công nghệ có sử dụng biến tần rộng
khắp với rất nhiều sản phẩm khác nhau đợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp
cũng nh dân dụng. Vì tính ứng dụng rộng rãi mà biến tần hiện nay đợc sử dụng
phổ biến. Trong đó biến tần Lenze đợc ứng dụng công nghệ tiên tiến hàng đầu
trên thế giới ,tính năng hiện đại ,phần mềm dễ sử dụng, tơng thích để kết nối với
các thiết bị ngoại vi tiêu chuẩn đã và đang đợc đa vào ứng dụng tại Việt Nam
Vì thế việc đi sâu tìm hiểu về cấu trúc, nguyên lý hoạt động cũng nh công
nghệ chế tạo là rất cần thiết.
Về phần nội dung của đồ án đợc bố cục nh sau:
- Chơng 1: Giới thiệu tổng quát về biến tần, so sánh biến tần trực tiếp và
biến tần gián tiếp.
- Chơng 2: Đi sâu vào nghiên cứu các khối của biến tần Lenze nh : Khối
nguồn, khối điều khiển, khối bảo vệ và khối công suất.
-Chơng 3: Kết nối và liên kết biến tần Lenze với các thiết bị ngoại vi .
Sau thời gian thực tập và thực hiện đồ án tốt nghiệp dới sự hớng dẫn nhiệt
tình của thầy giáo TS. Nguyễn Tiến Dũng, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp
của mình với đề tài: Biến tần Lenze và điều khiển.
Tuy nhiên do thời gian và khả năng có hạn nên còn nhiều hạn chế em rất
mong đợc sự góp ý thêm của các thầy cô giáo và các bạn để đồ án của em đợc
hoàn thiện hơn.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình với các thầy cô giáo và thầy hớng dẫn TS. Nguyễn Tiến Dũng đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

Chơng 1: Tổng quan về biến tần
1. Khái niệm
Biến tần là các bộ biến đổi dùng để biến đổi nguồn điện áp với các thông
số điện áp và tần số không đổi thành nguồn điện áp với điện áp và tần số thay đổi
đợc. Thông thờng, biến tần làm việc với nguồn điện áp đầu vào là điện áp lới;
nhng về nguyên tắc, biến tần có thể làm việc với bất cứ nguồn điện áp xoay

chiều nào.

1


Về nguyên lý, biến tần chia làm hai loại: biến tần gián tiếp và biến tần trực
tiếp. Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều,
dùng bộ chỉnh lu biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều,
sau đó lại dùng bộ nghịch lu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều.
Khâu trung gian một chiều đóng vai trò một kho tích trữ năng lợng dới dạng
nguồn áp, dùng tụ điện hoặc nguồn dòng, dùng cuộn cảm, tạo ra một khâu cách
ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lới.
Biến tần trực tiếp khác với biến tần gián tiếp, trực tiếp tạo ra điện áp trên
tải bằng các phần của điện áp lới, mỗi lần nối tải vào nguồn bằng phần tử đóng
cắt duy nhất trong một khoảng thời gian nhất định, thông qua một kho năng lợng
trung gian.
Do khác nhau về mặt nguyên lý nh vậy nên trong biến tần trực tiếp phụ tải
có thể trao đổi năng lợng với lới điện một cách liên tục. Đây chính là đặc tính u
việt của biến tần trực tiếp so với biến tần gián tiếp, nhất là đối với các hệ thống
điện cơ công suất lớn và cực lớn, từ hàng trăm kw đến vài mw. Ngoài ra tổn hao
công suất ở ở biến tần trực tiếp cũng ít hơn vì phụ tải chỉ nối với nguồn qua một
phần tử đóng cắt, không phải qua hai phần tử và qua khâu trung gian nh ở biến
tần gián tiếp. Tuy nhiên sơ đồ van và quy luật điều khiển ở biến tần trực tiếp sẽ
phức tạp hơn nhiều ở biến tần gián tiếp. Với kỹ thuật điện tử và kỹ thuật vi xử lý
phát triển hiện nay thì vấn đề này hoàn toàn có thể khắc phục đợc.

2


2. BiÕn tÇn trùc tiÕp


2.1. Nguyªn lý biÕn tÇn trùc tiÕp
S¬ ®å nguyªn lý biÕn tÇn trùc tiÕp
Modul 1

Modul 2

Modul 3

Hình 1.2.1.1. Sơ đồ tia 3 pha

3


Modul 1

Modul 2

Modul 3

Hình 1.2. 1.2. Sơ đồ cầu 3 pha

4


Điện áp sin chuẩn
Uđk max

-UC


-UB

Điện áp dạng cosin

-UA

1
0,5
0

10

5

15

25

20

30

0,5
1

- Uđk max

Dạng điện áp trên tải



1

UA

Dòng điện với tải trở cản

UC

UB

0,5
0
5



10

15

25

20

30

0,5
1
Nghịch l u


Chỉnh l u

Nghịch l u



Chỉnh l u

Hình 1.2.1.3. Dạng điện áp ra một pha của hình 1.2.1.1
Sơ đồ cơ bản của biến tần trực tiếp là hình 1.2.1.1 và hình 1.2.1..2. Sơ đồ
gồm 3 pha điện áp ra. Mỗi pha điện áp ra tạo bởi một sơ đồ, về nguyên tắc chính
là sơ đồ chỉnh lu có đảo chiều, gồm hai cầu chỉnh lu 3 pha ngợc nhau. Mỗi cầu
chỉnh lu có nhiệm vụ tạo ra một nửa chu kỳ điện áp ra, dơng và âm. Nửa chu kỳ
điện áp ra đợc tạo ra bởi sơ đồ chỉnh lu làm việc với điện áp điều khiển thay đổi

5


theo một hình sin chuẩn, có tần số chậm hơn tần số điện áp lới. Nh vậy, điện áp
đầu ra bao gồm các đoạn của điện áp lới với tần số đập mạch bằng tần số đập
mạch của sơ đồ chỉnh lu tơng ứng, nhng với góc điều khiển liên tục thay đổi
theo sự thay đổi của điện áp điều khiển. Về nguyên tắc, các bộ biến đổi có đảo
chiều này có thể làm việc theo nguyên tắc điều khiển chung hoặc điều khiển
riêng. Trên hình 1.2.1.1. mỗi pha điện áp ra đợc tạo bởi một sơ đồ tia 3 pha có
đảo chiều. Trên hình 1.2.1.2 lại sử dụng sơ đồ cầu 3 pha. Dạng điện áp ra trên
một pha của sơ đồ hình 1.2.1.1 cho trên sơ đồ 1.2.1.3. Ta mô tả nguyên lý biến
tần trực tiếp theo phơng pháp điều khiển riêng cho các bộ biến đổi đảo chiều trên
mỗi pha. Phơng pháp điều khiển riêng cho phép loại bỏ cuộn kháng cân bằng
trong các bộ biến đổi là một kỹ thuật tiên tiến thờng đợc áp dụng hiện nay.
Nguyên lý tạo điện áp ra cho biến tần trực tiếp ở đây dùng cho các

thyristor chuyển mạch tự nhiên. Do đó tần số điện áp ra phải thấp hơn nhiều so
với tần số lới, cỡ 10 đến 25hz. Tuy nhiên, nếu sử dụng các van bán dẫn điều
khiển hoàn toàn thì có thể đạt đợc tần số ra cao hơn. Nh đã biết, điện áp ra của sơ
đồ chỉnh lu phụ thuộc góc điều khiển theo quy luật:
U d = U d 0 cos .
Nõu sử dông quy luật điều khiển arccos, sao cho = arccos Uđk thì ta sẽ
có U d = U d 0 . Uđk. Khi thay đổi Uđk theo quy luật Uđk = à.sin(2t) ta sẽ có đợc:
U d = U d 0à sin(2 t )
Trong đó:
2 là một tần số góc nào đó nhỏ hơn tần số góc của điện áp lới.

à = Uđk/Uđk,max: hệ số biến đổi, 0 < à < 1
Đồ thị hình 1.2.1.3 mô tả nguyên lý trên. Theo nguyên lý điều khiển này
một điện áp sin chuẩn với tần số góc 2 đợc so sánh với hệ thống điện áp tự dạng
cosin để xác định góc điều khiển cho mỗi van làm việc trong sơ đồ chỉnh lu ba
pha. Nếu thay đổi biên độ của điện áp sin chuẩn so với biên độ của điện áp tự,
nghĩa là thay đổi hệ số biến đổi à, ta có thể điều chỉnh đợc giá trị của điện áp
đầu ra.
Trong các sơ đồ chỉnh lu 3 pha góc điều khiển đợc tính từ các điểm
chuyển mạch tự nhiên, ứng với góc 300 theo các đờng điện áp pha. Nh vậy một
điện áp pha sớm pha hơn 600 so với đờng điện áp pha tơng ứng sẽ có điểm cao
nhất sau 900, đó chính là điện áp dạng cosin đối với tin hiệu điều khiển. Ví dụ

6


đối với pha A điện áp điều khiển dạng cosin chính là điện áp pha B. Trên đồ
thị hình 1.2.1.3 hệ thống điện áp tựa dạng cosin chính là hệ thống điện áp A, B, - C.
Theo nguyên tắc điều khiển riêng các bộ biến đổi chỉ đảo chiều khi dòng
điện về đến 0 và sau một khoảng thời gian trễ an toàn. Vì vậy nếu tải là trở cảm

mỗi bộ biến đổi sẽ luân phiên làm việc ở chế độ chỉnh lu và chế độ nghịch lu phụ
thuộc. Chế độ nghịch lu phụ thuộc ở mỗi bộ biến đổi sẽ xảy ra khi góc điều
khiển > 900. Nh vậy trong biến tần trực tiếp năng lợng có thể trao đổi giữa tải
và nguồn theo cả hai chiều. Hình 1.2.2.1 mô tả nguyên lý xây dựng hệ thống
điều khiển cho biến tần trực tiếp.

7


2.2 Nguyên lý xây dựng hệ thống điều khiển biến tần trực tiếp
Tạo sóng
sin chuẩn

Biến áp
đồng pha

iZA

So sánh

Tạo xung và
khuyếch đại xung

Lấy đồng bộ Lọc tích cực

Lôgic đảo
chiều

Hình 1.2.2.1. Nguyên lý xây dựng hệ thống điều khiển cho biến tần trực tiếp


Hệ thống điều khiển bao gồm khâu phát sóng sin chuẩn 3 pha a, b, c, với
tần số và biên độ có thể thay đổi đợc theo mong muốn. Khâu quan trọng trong hệ
thống điều khiển là khâu tạo điện áp tựa dạng cosin. Yêu cầu cơ bản đối với
khâu này là điện áp tựa phải ổn định về biên độ và có dạng sóng không bị méo.
Điều đó có thể thực hiện đợc nhờ biến áp đồng pha, mạch ổn áp xoay chiều và
các mạch lọc trên cơ sở các phần tử tích cực nh khuyếch đại thuật toán. Khâu so
sánh sẽ xác định góc điều khiển cho mỗi thyristor trên sơ đồ. Mạch logic đảo
chiều pháp tín hiệu cho bộ biến đổi chiều dơng hoặc chiều âm làm việc tuỳ theo
nửa chu kỳ dơng hoặc nửa chu kỳ âm của điện áp ra mong mong muốn. Tuy
nhiên dòng điện trên mạch lực đợc theo dõi và tín hiệu phát xung vào bộ chỉnh lu
mới chỉ đợc thực hiện khi dòng điện đã về 0, trễ sau một khoảng thời gian an
toàn.
Có thể thấy số lợng van bán dẫn sử dụng trong sơ đồ rất lớn,
điều này dẫn đế hệ thống điều khiển rất phức tạp. Tuy nhiên biến tần trực
tiếp có khả năng trao đổi năng lợng với lới theo cả hai chiều, điều này cực kỳ
quan trọng đối với những phụ tải công suất lớn. Trên đồ thị hình 1.2.1.3 mô tả

8


các chế độ làm việc của các cầu chỉnh lu ứng với tải trở cảm, ví dụ nh động cơ
điện. Có thể thấy các chế độ chỉnh lu và nghịch lu phụ thuộc xem kẽ nhau trong
mỗi nửa chu kỳ của điện áp ra. Do có đặc tính u việt này mà biến tần trực tiếp đợc sử dụng cho dải công suất lớn 1000 30.000kW. Với công suất lớn nh vậy
thì số lợng van sử dụng và độ phức tạp của hệ thống điều khiển không còn đợc
coi là trở ngại vì vấn đề chính là khả năng điều chỉnh công suất và hiệu suất của
bộ biến đổi. Với những hệ truyền động công suất lớn thì việc giảm tốc độ và chi
phí vận hành đều rất cao. Đó chính la lý do để ngời ta ứng dụng các biến tần trực
tiếp cho các động cơ có công suất cực lớn, có số vòng quay thấp và cần điều
chỉnh tốc độ.
3. Biến tần gián tiếp

Còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dùng bộ chỉnh lu biến
đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều, sau đó lại dùng bộ
nghịch lu biến đổi nguồn một chiều thành nguồn xoay chiều. Khâu trung gian
một chiều đóng vai trò một kho tích trữ năng lợng dới dạng nguồn áp, dùng tụ
điện hoặc nguồn dòng, dùng cuộn cảm, tạo ra một khâu cách ly nhất định giữa
phụ tải và nguồn điện áp lới.
Biến tần gián tiếp chia làm ba loại chính:
-

-

Biến tần nguồn dòng

-

-

Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển

-

-

Biến tần nguồn áp không điều khiển (sử dụng nghịch lu áp

biến điều khiển độ rộng xung).

3.1. Biến tần nguồn dòng:
Biến tần nguồn dòng dùng chỉnh lu có điều khiển, nghịch lu thyristor. Ưu
điểm cơ bản của biến tần loại này là có sơ đồ đơn giản nhất và sử dụng loại

thyristor với tần số không cao lắm.

9


Th1

Th2

Th7

Th8

Th9

D1

D2

D3

Th3

U

M

V
W
Th4


Th5

Th6

D4

D5

D6

Th10

Th11

Th12

Hình 1.3.1.1. Biến tần nguồn dòng
Trên sơ đồ chỉnh lu có điều khiển cùng với cuộn cảm tạo nên nguồn dòng
cấp cho nghịch lu. Ngịch lu ở đây là sơ đồ nguồn dòng song song. Hệ thống tụ
chuyển mạch đợc cách ly với tải qua hệ thống điôt cách ly. Dòng ra nghịch lu có
dạng xung chữ nhật, điện áp ra có dạng tơng đối sin nếu phụ tải là động cơ.
Ưu điểm của biến tần loại này khi dùng với động cơ không đồng bộ là sơ
đồ có khả năng trả năng lợng về lới. Khi động cơ chuyển sang chế độ máy phát
dòng đầu nghịch lu vẫn đợc giữ không đổi nhng chỉnh lu chuyển sang làm việc
với góc điều khiẻn lớn hơn 90, nghĩa là chuyển sang chế độ nghịch lu phụ thuộc,
nhờ đó năng lợng từ phía nghịch lu đợc đa về lới. Biến tần nguồn dòng cũng
không sợ chế độ ngắn mạch vì có hệ thống giữ dòng không đổi nhờ chỉnh lu có
điều khiển và cuộn kháng trong mạch một chiều. Với công suất nhỏ thì sơ đồ
nay không phù hợp và hiệu suất kém và cồng kềnh nhng với công suất cỡ trên

100 kW thì đây là một phơng án rất hiệu quả.
Nhợc điểm của sơ đồ này là hệ thống công suất thấp và phụ thuộc vào phụ
tải, nhất là khi tải nhỏ.
3.2. Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển

10


U
V
W

Th1

Th2

Th3

Tr1

D1

Tr2

D4

Tr3

D2


Tr5

D3

D5

Tr6

D6

C1
Th4

Th5

Th6

a)

Tr4

Za

Zc

Zb

T0

U

V
W

Th1

Th2

Th3
D0

Th4

Th5

Tr1

D1

Tr2

D4

Tr3

D2

Tr5

D3


D5

Tr6

D6

C1

Th6

b)

Tr4

ZA

ZB

Hình 1.3.2.1. Biến tần nguồn áp với nguồn có điều khiển
a) Chỉnh lu có điều khiển
b) Dùng chỉnh lu không điều khiển và bộ biến đỗi xung áp một chiều
Biến tần nguồn áp loại này dùng nghịch lu nguồn áp với đầu vào một
chiều điều khiển đợc. Điện áp một chiều cung cấp có thể dùng chỉnh lu có điều
khiển hoặc chỉnh lu không điều khiển, sau đó điều chỉnh nhờ bộ biến đổi xung
áp một chiều. Với phơng án thứ hai thì hệ số công suất của sơ đồ không đổi,
không phụ thuộc phụ tải. Tuy nhiên khi đó sơ đồ sẽ qua nhiều khâu biến đổi và
hiệu suất sẽ kém, do đó chỉ phù hợp cho tải nhỏ, dới 30kW.
Biến tần nguồn áp có dạng điện áp ra xung chữ nhật, biên độ đợc điều
chỉnh nhờ thay đổi điện áp một chiều. Hình dạng và giá trị điện áp ra không phụ
thuộ phụ tải, dòng điện do tải xác định. Điện áp ra có độ méo phi tuyến lớn, có

thể không phù hợp với một số loại phụ tải. Ngày nay biến tần nguồn áp đợc chế
tạo chủ yếu với điện áp biến điệu bề rộng xung.
3.3. Biến tần nguồn áp biến đổi bề rộng xung.

11

Zc


U

Th1

Th2

Th3

V

Tr1

Tr3

D1

D3

Tr5

D4


Tr6

D5

C0

W
Th4

Th5

Th6

Tr2

Tr4

D2

a)

Za

D6

Zb

Zc


Hình 1.3.3.1. Sơ đồ biến tần nguồn áp biến điệu bề rộng xung
Biến tần loại này dùng chỉnh lu không điều khiển ở đầu vào. Điện áp và
tần số ở đầu ra sẽ hoàn toàn do phần nghịch lu xác định. Nghịch lu thờng sử
dụng các van điều khiển hoàn toàn nh GTO, IGBT, transistor công suất.
IGBT hoặc transistor công suất đợc sử dụng cho biến tần công suất tới
300kW, điện áp lới đầu vào đến 690V. Tần số sóng mang thờng đến 12 kHz đối
với công suất tới 55 kW, với công suất lớn hơn tần số này bị giới hạn dới 3kHz.
GTO đợc sử dụng cho biến tần công suất trên 300 kW, điện áp lới đến
690V, tần số sóng mang 1 kHz.
Tần số cắt cao trong biến đổi bề rộng xung tạo ra điện áp đầu ra gần nh
hình sin hoặc chỉ cần những mạch lọc LC đơn giản là có thể tạo ra điện áp hình
sin tuyệt đối.
Vì sử dụng chỉnh lu không điều khiển ở đầu vào nên hệ số công suất của
sơ đồ gần nh bằng 1 (cỡ 0,98) và không phụ thuộc vào phụ tải. Tuy nhiên ở thời
điểm đóng điện ban đầu đòng nạp cho tụ một chiều có thể có giá trị rất lớn, cần
phải đợc hạn chế. Các biện pháp hạn chế dòng khởi động nạp tụ ban đầu đợc thể
hiện trên hình 1.3.3.2.

12


U

Th1

Th2

Th3

V

W

C0
Th4

Th5

Th1

U
V

Th2 Th3
C0

W

Th6

Th4

Th5

a)

U
V

Th6


a)

D1

D2

D3
C0

W
D4

D5

D6

U
V

Th1

Th3
C0

W
Th4

c)

Th2


Th5

Th6

d)

Hình 1.3.3.2. Các biện pháp hạn chế dòng nạp tụ ban đầu
a) Dùng thyristor trong mạch nạp tụ; b) Dùng tiếp điểm công-tắc tơ;
c) Dùng công-tắc-tơ phụ và điện trở hạn chế song song với công-tác-tơ chính;
d) Dùng cầu chỉnh lu bán điều khiển.

13


4. Biến tần Lenze
Biến tần Lenze là bộ biến tần gián tiếp áp dụng nguyên lý điều khiển độ
rộng xung với điện áp đầu vào là 220v hoặc 380v xoay chiều 3 pha. Loại biến
tần này đợc sử dụng rộng rãi trong các loại máy công nghiệp để điều khiển tốc
độ của động cơ . Chính vì dùng nguyên lý điều khiển độ rộng xung nên nó có u
điểm là có thể điều chỉnh tần số lên đến hàng nghìn hz. Ngoài ra, với phần mềm
ứng dụng linh hoạt, biến tần Lenze giúp cài đặt dễ dàng các thông số phù hợp với
từng ứng dụng khác nhau.
ứng dụng của biến tần Lenze:
Các bộ điều khiển loại Lenze 93xx đợc thiết kế để dùng trong các tủ
điều khiển.
Các bộ điều khiển loại Lenze 93xx đợc định hớng để điều khiển
truyền động tốc độ thay đổi vói các mô tơ đồng bộ và không đồng bộ ba pha để
lắp đặt trong các hệ thống truyền động. Các hệ thống truyền động này đợc định
hớng để lắp đặt vào trong một máy hoặc để cấu trúc tạo dạng một máy hoặc một

thiết bị với các thành phần khác.
Các hệ thống truyền động với các bộ điều khiển 93xx đợc lắp đặt
phù hợp với các đờng dẫn của các hệ thống truyền động điển hình CE, phù hợp
với chỉ dẫn máy EC.
Các hệ thống truyền động điển hình CE thích hợp với vận hành trên
các lới điện công cộng và không công cộng.
Các hệ thống truyền động điển hình CE đợc cung cấp để vận hành
trong các ngành công nghiệp cũng nh đối với khu vực thơng mại và dân c.
Về quy chuẩn điện thế đất của các bộ lọc nguồn hệ thống truyền
động điển hình CE đợc mô tả là không thích hợp để nối vào mạng IT (điện mạng
không quy chuẩn điện thế đất).
Các bộ điều khiển này không phải là thiết bị nội trợ nhng chúng đợc định
hớng nh một phần của các hệ thống truyền động để dùng trong thơng mại.
Chơng 2
hệ thống mạch điều khiển của biến tần lenze
1. Khối nguồn
Cấu tạo của biến tần Lenze gồm các phần cơ bản sau: khối điều khiển
trung tâm, khối giám sát, khối hiển thị, Để những bộ phận này có thể hoạt
động đợc, không thể thiếu khối nguồn. Khối nguồn có vị trí đặc biệt quan trọng,

14


cã vai trß cung cÊp ®iÖn ¸p mét chiÒu: +5vdc, +12vdc, -12vdc, +24vdc víi chÊt
lîng ®iÖn ¸p cao, æn ®Þnh ®Ó duy tr× ho¹t ®éng cña c¸c m¹ch ®iÖn tö vµ IC b¸n
dÉn, …
1.1. Nguyªn lý ho¹t ®éng
1.1.1. S¬ ®å nguyªn lý (H×nh 2.1.1.1)

15



4.7 1W

1
220µ F
250V

873-3
AC
INPUT

4.7k
4w

0,01µ F
400V

56k
1w

T1 USD735
7805
470µ F
10V

1N3813

2


1N3813

4

7815

0,01µ F
10µ F
20V

UC3842 VCC
20K

6 27
OUT

COMP
3,5k

3
CUR
SEN

100PF
105k

VREF

820pF


100µ F/25V

100µ F/25V

3
20k

UFN4432

7915

7824

1k
470pF

470µ F/35V

0,85

RT/CT
0,01µ F

100µ F/25V

100µ F/25V

2,8k
100K VPB


100µ F/25V

0,047µ F
ISOLATION
§OUNDARY

5

16

100µ F/35V


1.1.2. Nguyên lý hoạt động mạch nguồn
VCC đợc cấp điện áp khởi động từ nguồn chỉnh lu đầu vào qua điện trở
56k/1W với dòng điện khởi động khoảng 2mA. Sau khi khởi động sẽ có xung
đầu ra mở bóng trờng UPN 1432. Dòng điện qua cuộn sơ cáp biến áp T1 sẽ tăng
dần (do có điện cảm của biến áp) đến giá trị 1/0,56 = 1,78 A thì xung đầu ra bị
ngắt, lúc này năng lợng tích trong biến áp T1 đợc giải phóng qua hai cuộn thứ
cấp. Cuộn thứ nhất đa vào VCC tao điện áp nguồn nuôi cho UC3842 (điện áp này
mới là nguồn chính cấp năng lợng cho vi mạch). Cuộn thứ 2 nắn qua điôt để lấy
nguồn 5V cấp cho mạch tải.
Lu ý rằng điện áp VCC cũng đợc phân áp qua điện trở
VCC =

2,5
.(20 + 3,6) = 16,4V
3,6

20k và 3,6k đa vào chân VPB. Đây chính là mạch hồi tiếp ổn áp đầu ra. V CC

sẽ đợc ổn áp ở mức:
Nh vậy là đầu ra 5V không đợc ổn áp trực tiếp, mà gián tiếp qua cuộn thứ
cấp thứ nhất. Sở dĩ phải làm nh vậy là vì nếu trích từ điện áp 5V đa vào chân VPB
thì đầu vào chân VPB thì đầu ra không đợc cách điện với đầu vào. Để có đầu ra
đúng 5V thì số vòng dây của cuộn thứ cấp trong trờng hợp lý tởng và không tải
phải bảo đảm tỷ lệ sau:
n1 16,4 + U D
=
n2
5 + UD
Trong đó: n1: Số vòng dây cuộn thứ cấp thứ nhất;
n2: Số vòng dây cuộn thứ cấp thứ hai;
UD: Điện áp rơi trên điôt
Dòng điện ra tải cũng không đợc điều khiển trực tiếp, mà chỉ đợc hạn chế
gián tiếp bởi dòng điện đầu vào và chất lợng của biến áp T1. Tuy nhiên bộ nguồn
này vẫn có tác dụng chống chập mạch đầu ra. Giả sử đầu ra 5V chập mạch thì
năng lợng của biến áp T1 sẽ bị tiêu tán ở đây là điện áp V CC sẽ bị tiêu tán ở đây và
điện áp VCC sẽ sụt xuống dới 10V nên bộ UVLO sẽ ngắt mạch dao động. Trong
trờng hợp này mạch điện sẽ liên tục ở hai trạng thái khởi động và ngắt nên sẽ có
tiếng rít rất đặc trng.
Nếu muốn ổn áp trực tiếp đầu ra phải dùng vi mạch hồi tiếp cách điện,
chẳng hạn UC1901.

17


Với vi mạch UC3842 còn có thể thực hiện chức năng tắt nguồn tự động
bằng cách đa chân 3 lên hơn 1V hoặc kéo điện áp chân 1 xuống dới mức 2UD
(UD là điện áp dẫn của điôt).
Sơ đồ nguyên lý mạch tắt nguồn tự động nh trên hình 2.1.1.2

8
VREF

4.7k

1
COMP

4.7k
3
ISENCE
SHUTDOWN
500
SHUTDOWN

TO CURENT
SENSE RESISTOR

Hình 2.1.1.2. Sơ đồ điều khiển tắt nguồn tự động
Khi có nhiều bộ nguồn Switching sử dụng UC3842 trong một thiết bị, để
tránh nhiễu, ta cần dùng bộ dao động của tất cả các vi mạch UC3842. Lúc đó ta
không cho chúng dao động riêng (bằng mạch RC của chúng) mà cấp một đờng
xung dao động chung từ ngoài vào (đa vào chân 4 của vi mạch). Sơ đồ trên hình

18


2.1.1.3 nªn mét c¸ch cÊp dao ®éng ngoµi b»ng vi m¹ch NE555.
5V


RA

7

VCC

8

4
RESET

VCC

T

DISCH

OUT

RB

3

RT /CT

NE555

2 TRIG
6


C

UC1842

4

5

THRESH

1

TO OTHER
UC3842

H×nh 2.1.1.3. M¹ch ®ång bé vµ h¹n chÕ ®é réng xung cùc ®¹i
(§é réng xung do IC555 quyÕt ®inh)

19


1.2. Phân tích hoạt động của IC UC3842 trong mạch nguồn
VCC
UVLO
34V
GND

5V
REF


S/R

5
15V

5V

4

Vref
5.0V
50mA

INTERNAL
BLAS

2.5V

Rt/Ct

8

OSC
6

OUTPUT

S
+
Vpb

COMP
CURRENT
SENSE

2
1
3

-

2R
R

1V

R

PVM
LATCH

CURRENT
SENSE
COMPARATOR

Hình 2.1.2.1. Sơ đồ nguyên lý mạch rút gọn của IC UC3842
Hình 2.1.2.1 vẽ sơ đồ nguyên lý mạch rút gọn của UC3842. UC3842 gồm
có các khối chức năng sau:
1.2.1. Phần giám sát điện áp đầu vào
Khối này có tác dụng khởi động vi mạch từ nguồn cao và chạy duy trì hoạt
động bằng nguồn thấp. Nó gồm 1 điôt Zener bảo vệ đầu vào với điện áp 34V và

một bộ so sánh Hysterezis với khoảng trễ 6V. Đặc tuyến của bộ so sánh vẽ trên
hình 2.1.2.2.

Hình 2.1.2.2. Đặc tuyến của bộ so sánh UVLO
Lúc bắt đầu khởi động, điện áp vào (Vcc) phải lớn hơn 16V. Sau khi khởi
động, điện áp Vcc có thể nhỏ hơn, nhng khi Vcc < 10V mạch sẽ bị ngắt hoàn
toàn (không hoạt động).

20


Điôt Zener làm nhiệu vụ bảo vệ duy trì điện áp cấp cho toàn bộ vi mạch
nhỏ hơn 34V.
Từ đặc tuyến của khổi UVLO nh trên ta có hai cách cấp nguồn cho vi
mạch nh sau:
- Cấp nguồn chạy liện tục (không cần chế độ khởi động): nối thẳng nguồn
Vcc mà không cần qua điện trở.
+ Tại thời điểm bật nguồn phải đảm bảo:
16V < Vcc < 34
+ Khi đã chạy phải đảm bảo:
10V < Vcc <34V
- Cấp nguồn theo chế độ khởi động và duy trì:
+ Cấp nguồn khởi động (VH) qua điện trở hạn dòng R, phải đảm bảo hai
điều kiện sau:
Điều kiện khởi động
(VH 16V)/R > 1mA
Điều kiện bảo vệ
(Vh 34V)/R < 25mA
+ Cấp nguồn duy trì VL qua điôt vào chân Vcc (không cần qua điện trở
hạn dòng). Thông thờng VL = 12V. Điôt nhằm mục đích chặn không cho dòng

điện chạy qua từ VH vào nguồn VL.
Trong bộ nguồn Switching sử dụng UC3842, nguồn Vh đợc cấp từ đầu vào
bộ chỉnh lu, còn VL là điện áp ra thứ cấp của bộ nguồn (nguồn cần đợc ổn áp).

21


1.2.2. Phần to in ỏp chun
Tạo ra điện áp chuẩn VREF = 5V cấp đợc dòng đến 50mA. Đối với bản
thân UC3842, điện áp này sử dụng cho bộ dao động. Tuy nhiên nếu mạch ngoài
cần vi mạch số thì nguồn 5V này có thể sử dụng cho vi mạch số đó.
Tạo ra điện áp chuẩn 2,5V cho bộ khuếch đại sai số.
1.2.3. Phần dao động tạo xung nhịp OSC
Đầu vào của bộ dao động là chân R T/ CT (chân 4). Nó có thể nhận xung
vuông từ ngoài vào hoặc dao động từ mạch R T , CT. Chân RT của mạch dao động
nối vào VREF (chân 8) và tụ CT đợc nối xuống đất.
3
VREF
LARGE RT
SMALL CT

RT

Vpin4

4
RT/CT
INTERNAL CLOCK

CT

LARGE RT
SMALL CT

5
GND

Vpin4

INTERNAL CLOCK

Hình 2.1.2.3. Sơ đồ đấu nối và dạng xung của bộ dao động
Tín hiệu xung từ chân R TCT (chân 4) ngoài việc cấp dao dộng cho OSC
còn có thể đợc khuếch đại lặp lại và đa vào chân ISensc (chân 3) để hạn chế độ
rộng xung điều khiển (sẽ trình bày sau).
Tụ dao động CT đợc nạp bởi VREF qua điện trở RT và phóng bởi nguồn dòng
bên trong. Trong quá trình phóng tụ, xung clock bên trong sẽ hạ đầu ra xuống
mức thấp. Nh vậy là giá trị RT và CT xác định tần số dao động và độ rộng xung
cực đại. Thời gian phóng nạp đợc xác định bởi công thức:
tC 0.55RTCT
0.0063R T 2.7

tD ln
0
.
0063
R

4

T


Khi đó tần số là : f = 1/ (tC + TD).

22


Với RT > 5K thì f= 1,8/ RTCT
Tín hiệu ra của OSC là xung vuông (Internal Clock) chính là xung nhịp
tạo ra tin hiệu điều khiển.
1.2.4. Phần tạo xung điều khiển
Khối này gồm ba bộ chính:
- Một flip flop điều khiển độ rộng xung PWM.
- Một mạch logic tổ hợp.
- Một cặp bóng bán dẫn đẩy kéo để khuếch đại dòng ra.
Hoạt động của khối này nh sau:
- Khi UVLO ngắt thì OUTPUT = 0
- Khi R = 1 thì OUTPUT = 0 (không phụ thuộc vào tín hiệu S)
- Khi R = 0 mà S = 1 thì OUTPUT = 1.
Nh vậy là trong mỗi chu kỳ của xung nhịp, trạng thái cao của Internal
Clock sẽ khởi động OUTPUT. Việc điều khiển độ rộng xung ra OUTPUT nằm
trong miền mà Internal Clock ở mức thấp. Trong miền này OUTPUT sẽ đợc
xuống mức 0 thì có sờn lên của R và sẽ ở mức 0 ít nhất là trong thời gian R = 1,
chỉ sau khi R xuống 0 và đợc khởi động lại bằng S thì nó mới lại lên cao và sẽ bị
hạ xuống 0 bất lúc nào khi UVLO ngắn mạch.
1.2.5. Phần tạo tín hiệu điều khiển độ rộng xung
Khối này nhằm tạo ra tín hiu R (đã nói ở trên). Nó gồm bộ khuếch đại sai
số và bộ cảm biến dòng, hoạt động của khối này nh sau:
Goi U1 là điện áp trên đầu điôt Zener 1V và cầu phân áp 2R/R và U S là
điện áp và chân CURRENT SENSE (chân 3).
- Khi U1 > US thì R = 0

- Khi U1 < US thì R = 1
Mạch khuyếch đại sai số điều khiển U1. Hình 2.1.2.5.1 vẽ cấu trúc mạch
khuếch đại sai số.

23


2,5V

0.5mA

Z1

2
VPB
Z1
1
COMP

Hình 2.1.2.5.1. Cấu trúc mạch khuếch đại sai số.
Đây là mạch khuếch đại vi sai mắc theo chế độ đảo. Chân vào dơng nối ở
bên trong với nguồn chuẩn 2,5V. Chân vào âm (V PB) nối với đầu vào (qua điện
trở) và nối với đầu ra qua điện trở hồi tiếp khá lớn (100k). Khi V PB > 2,5V thì
mạch vi sai hạ U1 xuống, khi VPB < 2,5 V thì mạch vi sai nâng U1 lên (nhng
không bao giờ lớn hơn 1V do có điôt Zener hạn chế). Trong chế độ hoạt động ổn
định, nó luôn giữ cho U1 = 1V. Chức năng chính của mạch khuếch đại sai số là
nhằm ổn định điện áp đầu ra của bộ nguồn Switching sử dụng UC3842.
Bộ cảm biến hạn dòng mục đích hạn chế dòng điện nguồn cấp (chủ yếu ở
mạch sơ cấp của bộ nguồn Switching có thể đợc cấp ở một dải rất rộng mà không
cần phải mắc thêm điện trở công suất nối tiếp và cũng không cần phải quan tâm

đến điện cảm của biến áp xung (cho việc tính toán hạn dòng) ).

24


ERROR
AMP

IS

2R

1V

R

CURRENT
SENSE
COMPARATOR

1
COMP

R

3
CURRENT
SENSE

RS


5
GND

Hình 2.1.2.5.2. Mạch cảm biến dòng
Dòng điện sơ cấp của bộ nguồn (dòng cấp chính) IS chạy qua dòng điện trở
RS tạo ra điện áp US vẫn có dạng răng ca. Khi US đặt biên độ 1V thì mạch so
sánh tạo ra xung Reset R. Vì vậy dòng điện đợc xác định bởi công thức:
ISmax = 1,0V/RS
1.2.6. Mạch kiểm tra UC3842
Hình 2.1.2.6 sơ đồ mạch điều khiển tra UC3842
VREF
RT
A
4.7k

UC3842
100k

5k
ISENCE
ADJUST

8
VREF

1
COMP
2
VPB


ERROR AMP
ADJUST

4.7k

VCC

2N2222

0,1àF

7
VCC
6

3
ISENCE

0,1àF

OUTPUT
5

4
RT/CT

OUTPUT

Hình 2.1.2.6. Sơ đồ kiểm tra UC3842

Khi bật nguồn ta sẽ đo đợc trên chân 8 (VREF) điện áp 5V. Điện áp này một
mặt cấp cho bộ dao động, mặt khác qua phân áp cấp vào đầu không đảo của
mạch khuếch đại sai số để làm điện áp chuẩn so sánh với điện áp chân VPB.

25