Cấu tạo và chức năng của bo mạch điều khiển trong bộ nghịch lưu UPS

Bo mạch điều khiển trong bộ nghịch lưu UPS đóng vai trò quan trọng. Chúng chuyển đổi và ổn định nguồn điện. Đây là bộ phận “bộ não” giúp UPS hoạt động chính xác, bảo vệ thiết bị khỏi sự cố mất điện. Minh Phát Tech sẽ giới thiệu cấu tạo và chức năng cơ bản của bo mạch điều khiển. Giúp bạn hiểu rõ hơn về vai trò then chốt của nó trong hệ thống UPS.

Tổng quan về bo mạch điều khiển

Định nghĩa

Bo mạch điều khiển là một hệ thống điện tử phức tạp. Chúng chịu trách nhiệm quản lý và điều phối toàn bộ quá trình chuyển đổi nguồn điện DC thành nguồn AC có đặc tính chuẩn về điện áp, tần số và dạng sóng.

Bo mạch này thường tích hợp vi xử lý (MCU hoặc DSP) cùng các mạch điều khiển tín hiệu PWM (Pulse Width Modulation), mạch cảm biến, bộ điều khiển công suất và mạch bảo vệ nhằm thực hiện chính xác các thuật toán điều khiển nghịch lưu trong thời gian thực.

Nó ra các tín hiệu điều khiển đóng/ngắt cho các linh kiện công suất như IGBT hoặc MOSFET. Liên tục giám sát các thông số điện áp, dòng điện và nhiệt độ. Đảm bảo bộ nghịch lưu vận hành ổn định, tối ưu và an toàn.

Xem thêm:

Bộ nhớ lưu dữ liệu và chức năng bảo toàn thông tin cấu hình UPS

Bộ lưu điện UPS Online 120kVA Hyundai HD-120KH3

Vị trí và vai trò

Về vị trí, bo mạch điều khiển bộ nghịch lưu nằm trung tâm trong khối nghịch lưu của UPS. Chúng nhận dữ liệu phản hồi từ các cảm biến đầu vào và đầu ra. Đồng thời truyền tín hiệu điều khiển đến các linh kiện công suất.

Về vai trò, bo mạch điều khiển chịu trách nhiệm:

• Tạo sóng điện áp AC chuẩn:

Điều khiển các công tắc bán dẫn công suất tạo ra dạng sóng sin. Đảm bảo nguồn điện đầu ra đạt yêu cầu về điện áp và tần số ổn định.

• Giám sát và điều chỉnh liên tục:

Thu thập và xử lý dữ liệu từ cảm biến dòng điện, điện áp, nhiệt độ. Tự động điều chỉnh chu kỳ xung PWM, tần số chuyển mạch. Duy trì hiệu suất tối ưu, giảm thiểu tổn hao và biến dạng sóng.

• Bảo vệ hệ thống:

Phát hiện các tình trạng bất thường như quá dòng, quá áp, ngắn mạch để kích hoạt cơ chế ngắt mạch hoặc chuyển đổi sang chế độ an toàn. Tránh hư hỏng thiết bị và đảm bảo an toàn vận hành.

• Giao tiếp và quản lý:

Trong các hệ thống UPS hiện đại, bo mạch điều khiển còn tích hợp giao tiếp số (RS485, CAN, Ethernet) để truyền thông dữ liệu trạng thái. Cảnh báo và nhận lệnh điều khiển từ bên ngoài, hỗ trợ giám sát từ xa.

Cấu tạo của bo mạch điều khiển

Bo mạch điều khiển được cấu thành từ nhiều thành phần điện tử phối hợp chặt chẽ. Đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định.

• Vi xử lý (MCU/DSP):

Thực hiện các thuật toán điều khiển nghịch lưu, xử lý dữ liệu từ cảm biến và tạo tín hiệu điều khiển. MCU hoặc DSP được lựa chọn tùy theo yêu cầu về tốc độ xử lý.

• Mạch phát tín hiệu điều khiển (PWM):

Mạch này tạo ra các xung điều chế độ rộng (PWM) dùng để điều khiển trạng thái đóng/ngắt của các linh kiện công suất (IGBT, MOSFET). Từ đó hình thành điện áp xoay chiều chuẩn ở đầu ra. Việc điều chỉnh chu kỳ xung PWM giúp kiểm soát điện áp và tần số chính xác.

• Bộ chuyển đổi tín hiệu (Driver):

Bộ driver khuếch đại và cách ly tín hiệu PWM từ vi xử lý để điều khiển các công tắc công suất. Driver đảm bảo tín hiệu điều khiển đủ mạnh và an toàn. Tránh tác động ngược từ tải hoặc nguồn điện đến vi xử lý.

• Mạch cảm biến điện áp, dòng điện:

Bao gồm các cảm biến dòng, điện áp và nhiệt độ. Cung cấp dữ liệu phản hồi cho vi xử lý để giám sát và điều chỉnh hoạt động.

• Mạch bảo vệ và ngắt mạch:

Các linh kiện bảo vệ giúp ngắt mạch khi phát hiện lỗi. Đảm bảo an toàn cho thiết bị và người sử dụng.

• Các linh kiện hỗ trợ khác:

Điện trở, tụ điện, diode, transistor… Dùng để lọc nhiễu, ổn định nguồn, và hỗ trợ mạch điều khiển.

Tất cả các thành phần này phối hợp tạo nên một bo mạch điều khiển hiệu quả. Đảm bảo bộ nghịch lưu hoạt động ổn định và bền bỉ.

Chức năng chính

• Điều khiển chuyển đổi DC sang AC (tạo sóng sin chuẩn):

Bo mạch điều khiển sử dụng các thuật toán điều chế độ rộng xung (PWM). Điều khiển các linh kiện công suất như IGBT hoặc MOSFET. Chúng chuyển đổi dòng điện một chiều (DC) từ ắc quy thành dòng điện xoay chiều (AC) với dạng sóng sin. Việc tạo ra sóng sin ổn định và chuẩn xác giúp bảo vệ các thiết bị tải khỏi hư hỏng.

•  Giám sát và điều chỉnh điện áp, tần số đầu ra:

Bo mạch liên tục đo lường điện áp và tần số đầu ra thông qua các cảm biến. Từ đó tự động điều chỉnh tín hiệu PWM để duy trì điện áp và tần số cho phép. Điều này đảm bảo nguồn điện luôn ổn định, đáp ứng yêu cầu vận hành.

• Bảo vệ quá tải, quá áp, ngắn mạch cho UPS:

Bo mạch điều khiển tích hợp các cơ chế phát hiện lỗi. Như quá dòng, quá áp, nhiệt độ cao và ngắn mạch. Khi phát hiện sự cố, hệ thống sẽ kích hoạt cơ chế ngắt mạch nhằm bảo vệ UPS và thiết bị tải .

• Điều phối hoạt động cùng các bộ phận khác (ắc quy, biến áp, relay):

Bo mạch điều khiển phối hợp nhịp nhàng với các thành phần khác trong UPS. Như ắc quy, biến áp và relay. Nó quyết định thời điểm chuyển đổi chế độ hoạt động, điều chỉnh sạc ắc quy và đảm bảo chuyển đổi mạch diễn ra trơn tru.

Ý nghĩa của bo mạch

Bo mạch điều khiển có vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của hệ thống UPS. Nhờ điều khiển chính xác qua PWM, quá trình chuyển đổi từ DC sang AC diễn ra hiệu quả. Giảm tổn hao năng lượng và sinh nhiệt, từ đó tăng hiệu suất tổng thể.

Ngoài ra, bo mạch giúp duy trì điện áp và tần số ổn định. Đảm bảo nguồn điện liên tục và an toàn cho thiết bị tải. Với khả năng phản ứng nhanh trước sự cố như quá tải hay ngắn mạch, hệ thống được bảo vệ kịp thời, hạn chế rủi ro hư hỏng.

Đặc biệt, bo mạch còn kiểm soát quá trình sạc/xả ắc quy hợp lý. Góp phần tối ưu tuổi thọ cho cả ắc quy lẫn các linh kiện công suất. Nhờ đó, UPS vận hành bền bỉ, ổn định trong thời gian dài.