Ngày 02/08/2010 12:20:14 / Lượt xem: 23942 / Người đăng: biendt / Nguồn: Sưu tầm và Biên soạn

Nguyên tắc thiết kế mạch và điều khiển mạch cầu H trong ĐK tải hay động cơ

---

Mạch cầu H là được gọi là mạch cầu vì  nó được cấu tạo bởi 4 transitor hoặc FET. Tác dụng của transitor hoặc FET trong mạch cầu H là đóng mở dẫn dòng điện từ nguồn cấp cho tải với công suất nhỏ đến lớn. Tìn hiệu điều khiển các van là tín hiệu nhỏ (điện áp hay dòng điện) và cho dẫn dòng và điện áp lớn để cung cấp cho tải.
Mạch cầu H có thể đảo chiều dòng điện qua tải nên thế hay được dùng trong các mạch điều khiển động cơ DC và các mạch băm xung áp...
1) Các dạng cấu tạo của mạch cầu H
Mạch cầu H được cấu tạo bởi 2 dạng chính :
a) Dạng 1 : Được cấu tạo bởi 4 transitor (Fet) Cùng kênh N. Sơ đồ nguyên lý mạch được cấu tạo như sau :(Tôi chỉ vẽ mạch dùng transitor để mình họa)

Đối với dạng này thì được cấu tạo bởi các transitor cùng kênh N. và chỉ cần 2 tín hiệu điều khiển kích mở các transitor
b) Dạng 2 : Được cấu tạo bởi 2 cặp đôi transitor P,N hay FET (THuận Ngược). Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nó được cấu tạo như sau :(Tôi cũng dùng transitor mình họa

Đối với thiết kế này quả là thấy khá là ổn định  đối với điện áp đầu vào nhỏ khoảng 24V. Đối với mạch công suất lớn thì các FET công suất lớn thường ko có kênh P nên ta ko dùng được theo cách này mà phải dùng theo cách 1.
2) Nguyên tắc hoạt động của mạch cầu H.
Ở đây tôi chỉ xét đến nguyên lý hoạt động như thế nào của mạch cầu H Cho nên tôi lấy BJT làm ví dụ.
Ta hãy phân tích một dạng mạch cầu H như trên. Hai dạng này có nguyên lý hoạt động giống nhau chỉ khác là linh kiện cấu tạo lên cầu H như thế nào và việc đóng mở các transitor hay Fet như thế nào? Đối với dạng 1 khi dùng Fet cùng kênh thì phải dùng mạch lái đối với công suất lớn và điện áp lớn. Còn dạng 2 dùng với công suất nhỏ với điện áp đầu vào nhỏ.
Ta đi phân tích nguyên lý hoạt động của mạch dang 2 như sau:

Mạch cầu H này được điều khiển bởi 4 tín hiệu đóng mở các van đó là các tín hiệu 1 và tín hiệu 2( Như trên hình vẽ) và điều khiển được 2 chiều (Có nghĩa là đảo chiều dòng điện). Xét từng chế độ thuận và nghịch
Như chúng ta đã bit điều kiện để đóng mở đê các transitor thông là:
+ Đối với kênh N để mở thì Ube > 0 và mở transitor bằng dòng điện
+ Đới với transitor kênh P để mở thì Ube <= 0 . Thường thì bằng 0 là nó sẽ mở
* Điều khiển với chế độ thuận.
Ở chế độ thuận này cấp 4 tín hiệu điều điều khiển vào 4 con Transitor và điều kiện để có dòng thuận chạy qua tải trong 1 thời điểm là :
+ Tín hiệu 1 = 0 (Tức là mở transitor Q1).
+ Tín hiệu 2 = 0 ( Tức là đóng transitor Q2)
+ Tín hiệu 3 = 1 (Tức là đóng transitor Q3)
+ Tín hiệu 4 = 1 (Tức là mở transitor Q4)
Và dạng đường đi được mô tả như hình vẽ sau:

Đấy là dạng đi của chiều thuận : Dòng điện từ nguồn qua Q1 sau đó qua tải và qua Q2 xuống GND.
* Điều khiển ở chế độ nghịch
Ở chế độ này ta cũng cấp 4 tín hiệu điều khiển vào 4 con transitor. Và 4 tín hiệu điều khiển này phải thỏa mãn điều kiển sau :
+ Tín hiệu 1 = 1 (Tức là khóa transitor Q1).
+ Tín hiệu 2 = 1 ( Tức là mở transitor Q2)
+ Tín hiệu 3 = 0 (Tức là mở transitor Q3)
+ Tín hiệu 4 = 0 (Tức là đóng transitor Q4)
Và dạng đường đi của chúng được thể hiện như hình vẽ sau :

3) Ưu nhược điểm của cầu H.
a ) Ưu điểm : Sử dụng cầu H làm cho mạch trở nên đơn giản hơn và tiếp kiệm chi phí.
b) Nhược điểm : Hiện tượng trùng dẫn ở 2 nửa cầu của mạch cầu H. Sự trùng dẫn này sinh ra tổn hao, quá tải, nóng trên van... gây ra phá hủy van. Do đó khoảng thời gian chuyển giữa tín hiệu 1 và tín hiệu 2 phải đủ để tránh trường hợp trùng dẫn.
4) Chú ý
Trên là tôi chỉ giới thiệu cho các bạn mạch cầu H và nguyên lý thiết kế mạch và nguyên tắc hoạt động của mạch. Đối với mạch trong thực tế thì phải thiết kế cận thận, tính toán dòng điện qua cầu H, điện áp kích Van! khi thiết kế mạch cầu H cần chú ý những điểm sau: Tín hiệu điều khiển van,dòng điện qua cầu H, bảo vệ cho van, dòng ngược do tải cảm tạo ra làm phá hủy tiếp giáp.....
a ) Đối với mạch công suất nhỏ
Đối với tải có công suất nhỏ : Tần số đóng cắt hay tần số điều khiển nhỏ như điều khiển động cơ nhỏ hay tải cảm có công suất nhỏ. Thì mạch cầu H thường được thiết kế bằng BJT. và chúng ta cần chú ý đến dòng ngược khi điều khiển động cơ, tín hiệu điều khiển để cho BJT mở và các thông số khác liên quan đến nó như dòng điện, điện áp.
( Tôi không vẽ mạch này các bạn có thể tham khảo)
b) Đối với mạch công suất lớn. Đối với tải thiết bị cần tần số đóng cắt lớn (>20Khz) người ta thường không dùng BJT vì nhược điểm trên mà người ta dùng các linh kiện công suất như Mosfet hay IGBT ... Chúng ta cần chú đến : Tín hiệu điều khiển đóng cắt , bảo vệ các van điều khiển, dòng ngược từ tài có khả năng phá hủy tiếp giáp của van.
Tôi lấy ví dụ như mạch dùng Công suất dùng Mosfet điều khiển động cơ DC - 24V:

Mạch này  là điều khiển động cơ DC-24 hay nhỏ hơn 24V dùng cầu H sử dụng Fet công suất. Trong mạch này do tín hiệu từ vi điều khiển không đủ để mở khóa Fet cho nên phải dùng con kích xung là opto P521 ( Xem nguyên lý ). Do đây tôi không dùng diode để tránh dòng ngược vì trong Fet đã có diode tích hợp!
Ngoài ra các bạn còn thiết kế ra những mạch cầu H công suất lớn hơn như thế phải cần dùng các con FET  có Id lớn phù hợp với tải khi đó mạch cầu H của bạn phải dùng tất cả các FET cùng kênh và có mạch lái.
Trong thực tế có 1 loại IC bán dẫn được tích hợp luôn cả cầu H trong đó ta chỉ cần cấp xung điều khiển, có bảo vệ dòng  :
+ L293 : Với điện áp đầu vào là 36V và dòng điện đỉnh qua nó là 1.2A
+ L298 : Với điện áp đầu vào là 46V và dòng điện đỉnh qua nó là 4A
Chú ý : FET là chỉ chung của các van như  : Mosfet, IGBT