Mạch công suất là gì?
Mạch công suất (power circuit / power electronics) là phần mạch điện xử lý dòng điện và điện áp lớn để chuyển đổi, điều chỉnh và phân phối năng lượng điện đến tải. Khác với mạch tín hiệu (µA đến mA), mạch công suất làm việc ở dòng từ vài A đến hàng kA và điện áp từ 12 V đến hàng kV. Linh kiện chính: MOSFET, IGBT, thyristor, diode công suất.
H-Bridge — điều khiển motor DC
H-Bridge là mạch 4 MOSFET (hoặc IGBT) bố trí hình chữ H: 2 upper arm (Q1, Q3) và 2 lower arm (Q2, Q4). Motor DC kết nối giữa điểm giữa 2 nhánh. Bằng cách bật theo cặp chéo nhau, có thể đảo chiều dòng qua motor:
Chiều tiến: Q1 + Q4 bật (Q2, Q3 tắt) → dòng chạy từ trái sang phải qua motor Chiều lùi: Q2 + Q3 bật (Q1, Q4 tắt) → dòng chảy ngược lại Dừng/hãm: Q1 + Q3 bật (chập 2 đầu motor) → dynamic braking Idle: Tất cả tắt → motor quay tự do (coast) PWM: thay đổi duty cycle Q1/Q2 để điều chỉnh tốc độ motor.
IC driver H-Bridge phổ biến
| IC | V_motor | I_max/kênh | Đặc điểm |
|---|---|---|---|
| L293D | 4,5–36 V | 600 mA | 4 kênh, built-in diode, cổ điển |
| L298N | 5–46 V | 2 A | 2 kênh H-bridge, qua phổ biến cho Arduino |
| DRV8833 | 2,7–10,8 V | 1,5 A | 2 kênh, sleep mode, lý tưởng pin Li-Ion |
| TB6612FNG | 2,5–13,5 V | 1,2 A | 2 kênh, nhỏ gọn, standby mode |
| VNH5019 | 5,5–24 V | 12 A | 1 kênh công suất cao, over-current bảo vệ |
| BTS7960 | 5,5–27 V | 43 A | Half-bridge, dùng 2 con = full H-bridge |
Gate driver IC cho MOSFET/IGBT rời
Khi dòng tải lớn (>10 A), IC driver tích hợp không đủ — cần MOSFET/IGBT rời kết hợp gate driver IC. Gate driver cung cấp dòng peak lớn (0,5–4 A) để nạp/xả gate capacitance nhanh:
- IR2104/IR2110: Half/full-bridge driver 600 V, 2 A peak, tích hợp bootstrap cho upper arm.
- TC4427/TC4428: Dual MOSFET driver 1,5 A, low-side, 18 V.
- DRV8302: 3-phase MOSFET driver + 2 shunt current sense amplifiers cho FOC motor control.
Biến tần mini 3 pha
Biến tần mini (micro-inverter) cho motor 3 pha 220 V AC gồm: DC bus 300–320 V (từ chỉnh lưu 220 V AC) → 6 IGBT (hoặc 6 MOSFET nếu V thấp) cấu hình 3-phase bridge → motor AC 3 pha. MCU/DSP phát SVPWM 6 kênh. Module IRAMS10UP60B (Mitsubishi) tích hợp sẵn 6 IGBT + gate driver + protection trong 1 package — phổ biến trong biến tần máy giặt, điều hòa inverter.