Tài liệu Mạch cung cấp nguồn pptx

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



182
CHƯƠNG 7: MẠCH CUNG CẤP NGUỒN
GIỚI THIỆU CHUNG
- Khái niệm bộ nguồn, sơ đồ khối của bộ nguồn gồm các khối biến áp, chỉnh lưu, lọc
san bằng và ổn áp.
- Biến áp: nhiệm vụ của biến áp.
- Mạch chỉnh lưu: chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha toàn sóng, chỉnh
lưu cầu và chỉnh lưu bội áp. Nhiệm vụ của mạch chỉnh lưu.
- Mạch lọc. Nhiệm vụ
của mạch lọc. Có mạch lọc C, mạch lọc L, mạch lọc LC và RC.
- Mạch ổn áp. Nhiệm vụ của mạch ổn áp. Có mạch ổn áp dùng điôt zene, mạch ổn áp
dùng tranzito, mạch ổn áp dùng vi mạch.
- Mạch bảo vệ quá dòng, quá áp. Nhiệm vụ của mạch bảo vệ. Phân tích mạch bảo vệ
quá dòng, mạch bảo vệ quá áp.
- Bộ nguồn chuyển mạch: khái niệm, sơ đồ khối và nguyên lý hoạ
t động của bộ
nguồn chuyển mạch.
NỘI DUNG
7.1. KHÁI NIỆM
Mạch nguồn cung cấp có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch điện
và thiết bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều của nó được lấy từ nguồn xoay chiều của
lưới điện thông qua quá trình biến đổi thực hiện trong bộ nguồn một chiều. Hình 7-1 biểu diễn
sơ đồ khối của mộ
t bộ nguồn một chiều hoàn chỉnh với chức năng các khối như sau:

Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U
1
thành điện áp xoay chiều U
2
có giá trị thích
hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp U
1
không cần biến áp.
- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U
2
thành điện áp một chiều
không bằng phẳng U
0
. Sự không bằng phẳng này phụ thuộc cụ thể vào từng dạng mạch
chỉnh lưu.
- Mạch lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U
0
thành điện áp một
chiều U
01
ít nhấp nhô hơn.
Hình 7-1. Sơ đồ khối bộ nguồn.
U
0
Biến áp

Mạch chỉnh
lưu
Mạch

lọc

Mạch ổn áp
(ổn dòng)
U
2
U
1
U
01
U
r
R
t

I
t
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



183
- Mạch ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) ở đầu ra
U
r
(It), khi U
01
thay đổi theo sự mất ổn định của U
1
hay dòng tải It thay đổi. Trong trường

hợp không có yêu cầu cao thì không cần mạch ổn áp, ổn dòng một chiều.
7.2. BIẾN ÁP
Biến áp là thiết bị làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để biến đổi điện áp
xoay chiều naỳ thành điện áp xoay chiều khác nhưng tần số không đổi. Trong thiết bị nguồn
biến áp ngoài nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay
chiều có trị số cần thiết với mạch chỉnh lư
u còn có tác dụng ngăn cách mạch chỉnh lưu với
mạch điện về một chiều.
Một biến áp cơ bản có hai cuộn dây cuốn trên lõi sắt từ hình 7-2. Cuộn sơ cấp được
nối với mạng điện, cuộn thứ cấp được nối với tải.





Các thông số phía sơ cấp thường có ghi chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp W
1
điện áp hiệu
dụng, dòng điện hiệu dụng, công suất hiệu dụng sơ cấp U
1
, I
1
, P
1
. Các thông số cuộn thứ
cấp ghi chỉ số 2: W
2
, U
2
, I

2
,P
2
. Ngoài ra còn có các đại lượng định mức của biến áp: điện áp
định mức: U
1dm
, U
2dm
, dòng định mức I
1dm
, I
2dm
, công suất định mức P
dm
.
Nếu bỏ qua tổn hao do điện trở dây cuốn và từ thông tổn hao thì hệ số biến áp n được tính:
n = U
1
/ U
2
= W
1
/ W
2
(7-1)
7.3. CHỈNH LƯU MỘT PHA
7.3.1 Chỉnh lưu một pha nửa sóng :
7.3.1.1. Với tải thuần trở (hình 7-3a)
Giả sử nửa chu kỳ đầu U
2

dương, điốt D phân cực thuận, D thông nên có dòng qua
điốt, qua R
t
khép kín mạch.
Nửa chu kỳ sau U
2
âm, điốt D phân cực ngược nên tắt, không có dòng qua tải. Nếu bỏ
qua sụt áp thuận trên điốt thì dạng sóng điện áp nguồn, dạng sóng điện áp ra, dòng điện
trên tải, dạng sóng điện áp ngược đặt đặt lên điốt D như hình 7-3b.






U
2
U
2m
π

2
π

ω
t
0
i
o
I

M
u
o
U
2m
U
Hình 7-3: Sơ đồ chỉnh lưu và
đồ thị dạng sóng của chỉnh
lưu 1 pha nửa sóng
I
o
ω
t
a)
U1
U2
Rt
D
U
0
U1
U2
Hình 7- 2. Biến áp nguồn.
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



184

Ta thấy trong 1 chu kỳ của điện áp mạng, chỉ có 1 xung dòng qua tải → m =1.
Điện áp trên tải u
0
và dòng điện qua tải i
0
bao gồm thành phần 1 chiều và vô số các
thành phần xoay chiều từ bậc một trở lên, những thành phần xoay chiều này gây nên độ đập
mạch (nhấp nhô) của điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu.

n
n
n
n
uU U
iI i
∞
=
∞
=
=+
=+
∑

∑
00
1
00
1

Bỏ qua tổn hao trên điốt, ta có thành phần 1 chiều của điện áp trên tải U
0


2
2
0
2
45,0sin
2
U
U
ttdmU
m
U
m
o
===
∫
π
ωω
π
π
(7-2)

U điện áp hiệu dụng của u;
2
2
2
m
U
U =

- Tần số đập mạnh của điện áp trên tải:
f
d
= m.f = f = 50Hz
- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt:
U
Dngmax
=U
2m
(7-3)
7.3.1.2. Với tải dung tính
Khi đầu ra bộ chỉnh lưu mắc 1 tụ C song song với tải, với điều kiện
tC
R
cm
X <<=
ω
1
thì tải của bộ nắn được coi là mang dung tính (Hình 7-3a)

i
o
U
2
U
0
U
C
2
θ
I
o
ω
t
U
2m
U
o
π
2
π
ω
t
U1
U2
Uo
C
Rt
D
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

185









Nếu giá trị tụ C để sao cho X
C
<<R
t
, thì tất cả các thành phần xoay chiều của dòng nắn
Σ
i
0
∼
sẽ được nối tắt qua tụ C, trên R
t
chỉ còn thành phần 1 chiều I
0

Vì sự có mặt của tụ C nên khi D thông, C được nạp với hằng số thời gian nạp
τ
n

=(r
S
+r
v
)C. Khi D tắt, tụ C phóng qua tải với hằng số thời gian phóng
τ
P
=R
t
.C.
Vì nội trở của nguồn r
S
và của van nắn r
v
(r
S
+r
v
) << R
t
nên
τ
n
<<
τ
P
, vì vậy điện áp
trên tụ C biến đổi rất ít. Điốt chỉ thông khi giá trị điện áp tức thời của nguồn (u
S
) vượt điện

áp u
C
, nên xuất hiện góc cắt
θ
của xung dòng điện nắn.
Điện áp trung bình (điện áp 1 chiều) trên tụ được tính bằng:
U
C
=U
0
=U
2m
cos
θ
(7-4)
Ta thấy U
0
là hàm của
θ
mà
θ
lại phụ thuộc vào giá trị của tải so với tổng trở của mạch.

tS
R/R
πθ
3=

Khi hở tải (R
t

=
∞
) thì I
0hm
= 0;
θ
= 0 vậy U
0hm
= U
2m

- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt là trong trường hợp hở mạch (R
t
=
∞
)
U
ngmaxtt
=2U
2m
(7-5)
Sơ đồ nắn 1 pha nửa sóng có ưu điểm là đơn giản nhưng có những khuyết điểm:
- Dòng trung bình qua điốt lớn I
tbv
=I
0

- Tần số đập mạch nhỏ f
d
=f=50Hz nên khó lọc san bằng.

7.3.2 Chỉnh lưu một pha toàn sóng
7.3.2.1. Chỉnh lưu 1 pha toàn sóng dùng biến áp thứ cấp có điểm giữa
+ Với tải thuần trở





Hình 7-5:
Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha toàn sóng với
thứ cấp biến áp có điểm giữa khi tải
thuần trở, dạng sóng đầu vào, đầu ra bộ
ch
ỉnh l
ưuvàđi
ệnápng
ư
ợctr
ên đi
ốt
u
2b

D
1
u
1∼

a
i

2b
i
2a
b
D
2

u
2a

0
U
o

i
0
R
t
a)
I
2M
u
2
ω
t
U
0
π
2π
u

2M
u
2a
i
2
I
o
i
2a
u
0
u
2b
i
2a
ω
t
ω
t
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



186

Trên sơ đồ hình 7-5a: biến áp 1 pha có cuộn thứ cấp ra điểm giữa, tạo thành 2 điện áp
u
2a
, u
2b
có biên độ bằng nhau và lệch pha nhau 180
0
đặt vào 2 điốt, khiến chúng thay nhau
làm việc trong cả chu kỳ.
Khi u
2a
ở bán chu kỳ dương (a+;b-), điốt D
1
thông, D
2
khoá có dòng i
2a
(a
→
D
1
→
R
t
→

0) còn dòng i
2b
= 0.

Khi u
2b
ở bán chu kỳ dương (b+; a-), điốt D
2
thông điốt D
1
khoá, có dòng i
2b

(b → D
2
→ R
t
→ 0), còn dòng i
2a
= 0. Vậy trong 1 chu kỳ có 2 xung dòng qua tải cùng chiều,
còn trên mỗi nửa cuộn thứ cấp chỉ có 1 xung dòng, m = 2 và tần số đập mạch f
d
=2f=100Hz.
Dòng qua tải
ab n
n
ii i I i
∞
=
=+=+
∑
02 2 0
1

Do đó điện áp trên tải
n
n
uU u
∞
=
=+
∑
00
1

Dòng và điện áp trên tải bao gồm thành phần 1 chiều (I
0
, U
0
) và vô số các thành phần
xoay chiều (
Σ
i
∼

;
Σ
u
∼
) thành phần 1 chiều của dòng điện chỉnh lưu:

MM
I,II
220

6360
2
==
π
(7-6)
Trong đó:
tf
M
M
Rr
U
I
+
=
2
2

r
f
= r
b.a
+r
D
là điện trở thuần tổn hao của 1 pha chỉnh lưu bao gồm điện trở tổng cuộn
dây biến áp r
b.a
và điện trở thuần điốt r
D
, thành phần một chiều của điện áp nắn:

t
tf
M
t
R
Rr
U
RIU
+
==
2
00
2
π

Nếu bỏ qua tổn hao biến áp và chỉnh lưu (bộ qua r
f
) thì

220
90
2
U,UU
M
==
π
(7-7)
+ Với tải dung tính.

R

t
D
1
D
2
a

b

u
2a
u
2b
u
1~
i
2a
i
2b
C

+

U
0
I
2
u
2a
u

2b
u
C
i
0
U
o
ωt

u
0
ω
t
I
o
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



187








Khi có C// R
t

và
t
c
c
R
m
X <<=
ω
1
thì bộ chỉnh lưu có tải dung tính
Khi tải dung tính thì các điốt chỉ thông khi giá trị dương tức thời của điện áp thứ cấp,
vượt U
C
tức là xuất hiện góc cắt
θ
của dòng điện chỉnh lưu và điện áp 1 chiều U
0
phụ thuộc
θ
.

θθ
cosUcosUU
M 220
2==
(7-8)
Khi R
t
=
∞

(chế độ hở mạch) →
θ
= 0

220
2UUU
Mhm
==
- Điện áp ngược cực đại đặt trên điốt:

2
222 UUU
MmaxDng
==
(7-9)
+ Với tải cảm tính.

Hình 7-7: Chỉnh lưu toàn sóng biến áp giữa với tải cảm và dạng sóng
a)

D
1
D
2
a

b

u
2a
u
2b
u
1~
i
2a
i
2b
L
ch
+

_

U
0
I

0
R
t
u
0
U
2M
u
2a
u
2b
u
2
u
0
ωt

U
o
i
0
I
0
b)

ωt

ωt

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

188
Tại đầu ra bộ chỉnh lưu mắc cuộn chặn nối tiếp với tải cuộn dây L
ch
sẽ chặn tất cả các
thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu, với điều kiện:
X
Lch
=m
ω
L
ch
>>R
t

R
Lch
<<R
t

thì tất cả các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu sẽ bị chặn lại trên L
ch
,
còn trên tải R
t
là thành phần điện áp, dòng điện 1 chiều U
0
, I

0
. Dòng điện qua L
ch
và R
t
là
liên tục không đổi trong suốt cả chu kỳ (hình 7-7b)
- Bỏ qua các tổn hao trên biến áp, điốt và L
ch
thì:

t
R
U
I;U,U
0
020
90 ==
(7-10)
Trong thực tế để loại bỏ tương đối triệt để các thành phần xoay chiều của dòng điện
chỉnh lưu, người ta không chỉ dùng cuộn chặn riêng lẻ mà kết hợp với tụ C mắc sau nó và
song song với R
t
, để giảm nhỏ trở kháng ra của bộ chỉnh lưu.
* So với sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng, thì sơ đồ này có ưu điểm:
- Điện áp, dòng điện 1 chiều ra lớn
- Tần số đập mạch f
d
= 2f → dễ lọc san bằng
- Dòng trung bình qua điốt nhỏ

* Nhược điểm:
- Điện áp ngược đặt lên điốt lớn
- Bắt buộc phải dùng biến áp
7.3.2.2. Chỉnh lưu cầu một pha
Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha: gồm nguồn xoay chiều vào (có thể có biến áp hoặc
không), 4 điốt mắc theo sơ đồ cầu, và tải.









Khi nửa chu kỳ ứng với a+, b- thì D
1
và D
3
thông, thì có dòng i
2a
từ a → D
1
→ tải →
D
3
→ b. Nửa chu kỳ ứng với b+, a- thì D
2
và D
4

thông, có dòng i
2a
từ b → D
2
→ tải → D
4

→ a.
L
c
C

Hình 7-8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha với các tải khác nhau

i
2a
a

_

+

U
0
D
1
D
2
D
3

D
4
U
2
b

U
1
i
2b
R
t
R
t
R
t
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



189
Trong một chu kỳ của điện áp mạng, sơ đồ làm việc hai lần với tải, có 2 xung dòng
qua tải nên f
d
= 2f = 100Hz.
Đối với tải điện trở, điện cảm, điện dung các dạng sóng và trị số giống như sơ đồ
chỉnh lưu toàn sóng 1 pha với biến áp điểm giữa.
- Với tải thuần trở: U
0
≈

0,9 U
2

- Với tải dung tính:
⎪
⎩
⎪
⎨
⎧
=
=
2
20
2
2
UU
cosUU
ohm
θ

- Với tải cảm tính: U
0
≈
0,9 U
2
,còn điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt

22
2UUU
MmaxDng

==

- Ưu điểm của sơ đồ cầu so với sơ đồ có biến áp thứ cấp ra điểm giữa .
+ Có thể dùng biến áp hoặc không
+ Nếu dùng biến áp và nếu cùng điện áp thì cuộn thứ cấp có số vòng giảm một
nửa.
7.4. CHỈNH LƯU BỘI ÁP
7.4.1. Chỉnh lưu bội áp nửa sóng







- C
1
, C
2
có giá trị điện dung đảm bảo
t
,
CC
R
C
X,X <<=
21
21
1
ω

thì sơ đồ này là tải
dung tính.
Giả sử nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D
1
thông, C
1
được nạp nhanh với giá trị U
C1
≈

U
2M
. Nửa chu kỳ sau b+; a- thì D
2
thông, C
2
được nạp với
U
C2
= 2U
2M
.cos
θ
= U
0
(7-11)
(Điện áp nạp cho C
2
là tổng điện áp cực đại trên cuộn thứ U
2M

nối tiếp với điện áp
U
C1
).
Khi hở tải:
2220
222 UUUU
MmaxChm
===
Hình 7-9: Sơ đồ nắn bội
áp nửa sóng
a
b
u
1
u
2
C
2
+ −
D
1
D
2
U
0

R
t
+

C
1
−
+
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



190
7.4.2 Chỉnh lưu bội áp toàn sóng.







Sơ đồ này có thể xem như 2 sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng mắc nối tiếp nhau với độ
dịch pha giữa chúng là 180
0
và tải dung tính.
Giả thiết nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D
1
thông, C
1
được nạp với U
C1
=U
2M
cos

θ

Nửa chu kỳ sau b+; a- có dòng i
2
(D
2
thông), C
2
được nạp:
U
C2
=U
2M
cos
θ
(7-11)
Sau 1 chu kỳ điện áp mạng ta có U
0
=U
C1
+U
C2
=2U
2M
cos
θ

Khi hở tải ta có: U
0hm
= 2U

2M
=2 2 U
2
Sơ đồ này 1 chu kỳ điện áp mạng, sơ đồ làm việc 2 lần với tải f
d
= 2f.
7.5. BỘ LỌC
7.5.1. Khái niệm chung
Sau chỉnh lưu, nhất thiết phải có bộ lọc để san bằng độ đập mạch (hay lọc loại bỏ
thành phần xoay chiều) của điện áp chỉnh lưu đến mức cần thiết mà tải yêu cầu.
Để đánh giá tác dụng lọc của bộ lọc, ta coi bộ lọc như một mạng 4 đầu mà lối vào của
nó được cung cấp một điệ
n áp 1 chiều với độ đập mạch:
K
đv
= U
0
∼
v
/U
0v

Tại đầu ra bộ lọc ta nhận được điện áp với độ đập mạch:
K
đr
= U
0
∼
r
/U

0r
(7-12)






U
0
∼
v
; U
0
∼
r
là biên độ của thành phần xoay chiều của điện áp đập mạch đầu vào và đầu
ra được tính với hài bậc 1

Bộ lọc
oV
V~o
dv
U
U
K =

Hình 7-11
Hình 7-10: Sơ đồ chỉnh lưu bội
áp toàn sóng

u
1
+
C
1

R
t
D
1

+
C
2

D
2

I
0
U
0
U
2
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



191
U

0v
, U
or
điện áp 1 chiều đầu vào, ra của bộ lọc. Hệ số lọc (hay hệ số san bằng) của bộ
lọc là:

v
r
dr
dv
U
U
.
U
U
K
K
q
0
0
0
0
r
v
==
(7-13)
Nếu coi bộ lọc không tổn hao thành phần 1 chiều thì q
≈
U
0

∼
v
/U
0
∼
r
→ q>1
Hệ số lọc nói lên chất lượng của bộ lọc đẫ làm giảm độ đập mạch đi bao nhiêu lần so
với đầu vào.
7.5.2. Bộ lọc C, L
- Bộ lọc C thường dùng trong các bộ nguồn có Rt lớn, công suất nhỏ. Khi biết K
d
, f
=50Hz thì giá trị tụ C được tính:
C =3200K
d
/ m Rt (μF)
- Bộ lọc L dùng trong các bộ nguồn công suất lớn. Khi biết K
đ
, f =50 Hz thì giá trị L
ch
được
tính :
L
ch
=3,2.10
-3
Rt / m K
đ
(H)

7.5.3. Bộ lọc LC
Bộ lọc LC là bộ lọc được dùng thông dụng nhất trong các bộ chỉnh lưu công suất vừa
và lớn.
Để lọc tốt các thành phần xoay chiều của điện áp
đập mạch, ta chọn giá trị L
Ch
sao cho:
X
Lch
=m
ω
.L
Ch
>> R
t
(7-14)
Và r
Lch
<<R
t

- Trị số điện dung sao cho:
X
C
= 1/mωC <<R
t
(7-15)
Trong đó: m là số xung dòng qua tải, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu.

ω

tần số điện mạng
r
Lch
điện trở thuần tổn hao trên cuộn chặn, ta có:

0~ r 0~ v
22
0 ~v
0 ~r
11
.
1
1
() 1
ch
ch ch
UU
jm C
jm L
jm C
U
qmLmCmLC
UmC
ω
ω
ω
ωωω
ω
=
+

== + = +

do m
2
ω
2
L
ch
C >>1 nên q = m
2
ω
2
L
ch
C (bỏ qua 1) (7-16)
Hình 7-12: Bộ lọc LC
L
Ch
C

R
t
U
o~
V
U
o~
r
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

192
Hệ số đập mạch của điện áp tại đầu ra bộ chỉnh lưu được xác định phụ thuộc vào sơ
đồ bộ chỉnh lưu và đặc tính tải của nó, còn hệ số đập mạch tại đầu ra bộ lọc do tải yêu cầu,
nên q luôn có thể xác định được trước nên

22
ω
m
q
CL
ch
=

từ (7-14) xác định được L
ch
, vậy giá trị tụ lọc:

ch
Lm
q
C
22
ω
=

với f=50Hz; L
ch
tính theo Henry; C (μF)

ch
Lm
q
C
2
10≈
(μF) (7-17)
Hiệu suất của bộ lọc:

t
L
tL
t
L
R
r
Rr
R
ch
ch
+
=
+
=
1
1
η
(7-18)
Thường thì r

Lch
<< R
t
nên hiệu suất của bộ lọc LC khá cao và q tỷ lệ với m
2
,
ω
2
nên
hệ số lọc của bộ lọc LC rất lớn.
Những cuộn chặn có thể tích trọng lượng lớn, cồng
kềnh, giá thành đắt.
7.5.4. Bộ lọc RC
Khi hiệu suất bộ lọc là thứ yếu để đơn giản cấu
trúc bộ lọc người ta dùng bộ lọc RC, trong đó 1 phần
tử của mắt lọc là điện trở thuần R
mắc nối tiếp với R
t
.
Tính q của bộ lọc RC tương tự như tính q của bộ lọc
LC
Ta có: q = m
ω
CR
tđ
(7-19)
Với
t
t
td

RR
RR
R
+

Khi biết trước q; f = 50Hz; C (μF); R
tđ
(Ω) ta có:

F)(
μ
td
td
mR
q
c
m
q
CR 32003200 =→=
(7-20)
- Cho biết sụt áp
Δ
U
R
trên điện trở lọc R và dòng tải, ta tính được R=
Δ
U
R
/I
Rt

Muốn lọc tốt (q lớn) thì điện trở lọc lớn do đó tổn hao trên bộ lọc sẽ lớn và hiệu suất
của bộ lọc sẽ thấp.
R
t
R

C

U
o~r
U
o~V
Hình 7-13: Bộ lọc RC
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



193
7.6. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP
7.6.1. Khái niệm chung
Nhiệm vụ của mạch ổn định điện áp là giữ cho điện áp đầu ra ổn định khi điện áp đàu
vào thay đổi hay tải thay đổi. Để đánh giá độ ổn định của mạch ổn áp người ta đưa ra hệ số
ổn định K
u
.
Hệ số ổn định điện áp K
u
nói lên
tác dụng của bộ ổn định đã làm giảm độ

không ổn định điện áp ra trên tải đi bao
nhiêu lần so với đầu vào.
Độ không ổn định đầu vào :

Vdm
V
V
U
U
N
Δ
=

Độ không ổn định điện áp đầu ra

rdm
r
r
U
U
N
Δ
=

rV
U,U ΔΔ là độ lệch lớn nhất về 1 phía của điện áp đầu vào và đầu ra so với các giá
trị định mức đầu vào, đầu ra U
Vđm
, U
rđm

. Vậy độ ổn định điện áp của bộ ổn áp.

Vdm
rdm
r
V
r
V
u
U
U
U
U
N
N
K
Δ
Δ
==
(7-21)
- Dải ổn định D
u
, D
i
nói nên độ rộng của khoảng làm việc của bộ ổn áp, ổn dòng.
- Hiệu suất: khi làm việc các bộ ổn định cũng tiêu hao năng lượng điện trên chúng, do
đó hiệu suất của bộ ổn định

thr
r

V
r
PP
P
P
P
+
==
η
(7-22)
P
r
công suất có ích trên tải của bộ ổn định
P
V
công suất mà bộ ổn định yêu cầu từ đầu vào
P
th
công suất tổn hao trên bộ ổn định
7.6.2. Ổn áp dùng điốt zener :
Điốt zener có đặc điểm là:
- Nếu đặt điện áp thuận trên điốt zener thì đặc tính của nó giống các điốt thường.
- Nếu đặt điện áp ngược thì nó có thể làm việc được sau điểm đánh thủng A trên đặc
tuyến V-A (hình 7-15a), tức là trong khoảng AB, chừng vào dòng điện ngược thông qua nó
chứa vượ
t quá 1 giá trị cho phép I
ngmax
nào đó (I
Zmax
).

Bộ ổn định
Vdm
V
V
U
U
N
Δ
=

rdm
r
r
U
U
N
Δ
=
Hình 7-14: Khối ổn định điện áp
I
Zmin
I
ZTB
U
ZMax
U
ZMin
U

Z
A
U
-U
I
+
R
I
Z
Z
D
U
I = I
Z
+ I
t

U
V
I
t
R
t
Khoảng ổn
định
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



194

Ta thấy trên đặc tuyến V-A của điốt zener: trên đoạn AB dòng ngược biến đổi ΔI =
I
Zmax
- I
Zmin
là rất lớn, nhưng điện áp ngược trên nó biến đổi rất ít ΔU
Z
=U
Zmax
- U
Zmin
rất nhỏ.
Người ta lợi dụng đoạn AB trên đặc tuyến V-A để sử dụng điốt zener làm phần tử
hiệu chỉnh để ổn định điện áp 1 chiều.
Nếu dòng ngược qua nó nhỏ hơn I

Zmin
thì điốt zener không có tác dụng ổn áp.
Nếu dòng ngược qua nó lớn hơn I
Zmax
thì điốt zener sẽ bị đánh thủng hoàn toàn (bị
ngắn mạch) khoảng làm việc (khoảng ổn định) của điốt zener được chọn trong khoảng AB
còn điểm làm việc tĩnh thường được chọn ở chính giữa khoảng làm việc.

2
minZmaxZ
ZtbZ
II
II
+
==
(7-23)
Tương ứng với I
Z
ta có U
Z
.
Sơ đồ nguyên lý mạch ổn định điện áp 1 chiều dùng điốt zener như hình 7-15b
Theo sơ đồ đó ta có U
r
= U
Z

U
V
= U

R
+U
Z

Khi U
v
tăng lên thì dòng ngược I
Z
tăng lên gần tuyến tính, do đó
I↑= (I
Z
↑+I
t
)→ U
R
↑=I.R
Vậy lượng tăng của U
V
đặt trên điện trở tuyến tính R, còn U
r
= U
Z
có biến đổi rất ít
khi U
V
giảm thì I
Z
↓

→

I
↓

→
U
R
↓
.
Điện trở R để hạn chế dòng I
Z
không vượt quá I
Zmax

- Hệ số ổn định điện áp đối với điện áp 1 chiều đồng thời là hệ số lọc đối với điện áp
xoay chiều
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



195

ZZZ
Z
r
V
u
r
R
r
R

r
Rr
U
U
K ≈+=
+
=
Δ
Δ
= 1
(7-24)
Δ
U
V
,
Δ
U
r
là sự biến thiên của điện áp vào và điện áp ra của bộ ổn áp so với điện áp
vào, điện áp ra định mức.
r
Z
điện trở động của điốt Zener
Vậy nếu điốt Zener có điện trở động càng nhỏ thì độ ổn định càng cao.
Mạch ổn định điện áp dùng điốt Zener được sử dụng khi yêu cầu công suất ra nhỏ, vì
hiệu suất thấp η ≤ 50%, do tổn hao trên R lớn, mạch nạy đảm bảo sự ổn định tốt thì nên chọn:
U
V
= (1,5 ÷3) U
r

Mạch ổn áp dùng điốt zener được dùng thông dụng trong các bộ tạo điện áp chuẩn
cho các bộ ổn áp dùng transistor và các bộ so sánh trong các mạch cảnh báo, bảo vệ
7.6.3. Ổn định điện áp một chiều với hiệu chỉnh nối tiếp kiểu liên tục
7.6.3.1. Sơ đồ khối
Các bộ ổn định điện áp với hiệu chỉnh nối tiếp kiểu liên tục còn gọi là bộ
ổn áp có hồi
tiếp có sơ đồ khối như hình 8-16.
Bộ ổn định có hồi tiếp có hệ số ổn định lớn cũng như cho công suất lớn.








Trong sơ đồ PTHC được điều khiển bằng tín hiệu 1 chiều từ bộ khuếch đại, phần tử
hiệu chỉnh là các transitor công suất lưỡng cực hay tranzitor công suất trường, làm việc
ở
chế độ khuếch đại ở chế độ đó điện trở tiếp giáp (CE hoặc DS) biến đổi theo điện áp đầu ra.
Điện áp ra qua mạch hồi tiếp đưa về bộ so sánh, mạch hồi tiếp đưa điện áp ra hay một
phần điện áp ra trở về bộ so sánh, mạch hồi tiếp phần lớn là 1 bộ phân áp hay phân dòng
Bộ so sánh thực hiện vi
ệc so sánh giữa điện áp ra trên tải (qua mạch hồi tiếp) với
nguồn điện áp chuẩn, kết quả so sánh ta được 1 tín hiệu U
S
cũng là điện áp 1 chiều. Tín hiệu
1 chiều U
S

có thể đưa thẳng đến điều khiển PTHC hoặc thông qua bộ khuếch đại để tăng
hiệu quả điều khiển.
Bộ khuếch đại: là bộ khuếch đại 1 chiều để khuếch đại điện áp so sánh (còn gọi là
điện áp sai lệch) trước khi đưa đến điều khiển PTHC để tăng hệ số ổn định của sơ đồ. Nh
ư
vậy bộ khuếch đại có thể có, có thể không tuỳ theo yêu cầu của hệ số ổn định.
Hình 7-16: Sơ đồ khối bộ ổn
định điện áp có hồi tiếp
r
Mạch hồi
tiế
p

Tải
Nguồn chuẩn
(Điện áp 1 chiều)
chưa ổn định)
Phần tử hiệu
chỉnh
Bộ khuếch
đ
ạ
i
Bộ so sánh
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



196
Nguồn chuẩn là nơi tạo ra điện áp ổn định không phụ thuộc vào sự biến đổi của U

V
và
U
r
để cung cấp cho bộ so sánh, thường dùng điốt zener để tạo nguồn chuẩn.
7.6.3.2. Bộ ổn định không khuếch đại
T
1
đóng vai trò là PTHC kiêm cả bộ so
sánh; Z
D
tạo áp chuẩn. Điện áp hồi tiếp 100%
(mạch lặp emittor). U
ch
đưa đến cực B
U
B(T1)
= U
ch
.
U
E(T1)
= U
r
.
Giả sử khi U
V
tăng hoặc tải giảm khiến
cho U
r

tăng hơn giá trị U
rdm
, làm cho
U
BE
= U
ch
- U
r
giảm. U
BE
giảm nghĩa là phân
cực thuận cho tiếp giáp BE của tranzito giảm
khiến cho nội trở r
CE
của tranzito tăng thì sụt
áp U
CE
của tranzito tăng, giữ cho U
r
không
tăng. Vậy lượng tăng của U
V
đặt hoàn toàn
trên PTHC. Trường hợp U
V
giảm hoặc dòng tải tăng thì quá trình ngược lại.
Điện áp ra của sơ đồ.
U
r

= U
ch
- U
BE
= U
z
- U
BE
(7-25).
Với U
BE
≈ (0,6 ÷ 0,7).
7.6.3.3.Bộ ổn định có khuếch đại :
Trong sơ đồ:
- T
1
là PTHC.
- T
2
là bộ so sánh và khuếch đại.
- Z
D
tạo áp chuẩn.
- R
2
, R
3
là phân áp hồi tiếp.
- R
1

cùng T
2
, Z
D
định thiên dòng cho T
1

Khi U
r
giảm thì qua bộ phân áp R
2
, R
3
điện áp hồi tiếp U
ht
giảm chính là U
B2
giảm
U
BE2
=U
B2
- U
ch
cũng giảm
(vì U
ch
không đổi) làm cho U
CE2
tăng thì U

B1
= U
CE2
+ U
ch
cũng tăng, T
1
tăng thông
→
U
CE1
giảm nên U
r
tăng trở lại. Khi U
r
tăng lớn hơn trị số định mức thì quá trình diễn
biến ngược lại.
Như vậy nhờ có vòng hồi tiếp mà điện áp ra U
r
luôn được điều chỉnh để ổn định và:
U
B2
= U
r

32
2
RR
R
+

= U
ch
+ U
BE2
.
+
T
1
+

R
2



R
3

U
r
U
V
U
Ch
Z
D
U
Ht
R
1

T
2
Hình 7-18: Bộ ổn định hồi tiếp có khuếch đại
T
1

U
CE

Z
D

U
Ch
U
r

R
t

R
+

+
Hình 7-17: Sơ đồ ổn áp 1 chiều
vắng khuếch đại
U
V
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

197

()
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
++=
2
1
2
1
R
R
UUU
BEchr
(7-26)
Điện trở R
1
cho dòng colecto T
2
và
dòng bazơ T
1

;

(I
C2
+ I
B1
) qua, nên chọn R
1
sao
cho dòng qua điốt zener luôn lớn hơn I
Zmin
để
điốt zener luôn nằm trong vùng ổn áp.
maxBl
rminV
II
UU
R
+
−
<
zmin
1
(7-27).
Mạch ổn áp trên hình 7-18 ổn áp tốt đối
với khi tải thay đổi, còn khi U
V
thay đổi thì
tác dụng ổn áp không tốt lắm (K
U

≈
20) vì
dòng qua R
1
thay đổi theo U
V
. Để khắc phục
điều này ta thay R
1
bằng một nguồn dòng gồm
T
3
, R
1,
R
4
và Z
D2
. Như hình 7-19.
Dòng colecto I
C3
được xác định

1
3
3
R
UU
I

BE
C
−
=
ZD2
(7-28)
Với mạch hình 7-20 thì
K
U
= 10
4
÷ 10
5
lần. Có thể thay đổi được U
r

bằng cách điều chỉnh chiết áp R
2
mà dòng
I
C2
vẫn không đổi do có nguồn dòng T
3
.
Muốn tăng hệ số ổn định của bộ ổn áp
ta dùng bộ khuếch đại thuật toán làm bộ
khuếch đại so sánh thay cho T
2
, vì bộ khuếch
đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn (như

hình 7-20). Trên sơ đồ T
1
là PTHC.
BKĐTT: khuếch đại so sánh.
R
1
, Z
D
tạo điện áp chuẩn đưa vào
đầu (+) của BKĐTT.
U
r
đưa hồi tiếp về đầu (-) qua bộ phân áp R
2
, R
3
với bộ ổn áp này thì U
r
biến thiên rất
ítvì U
ch
được tạo từ U
r
nên dòng qua Z
D
có biến thiên rất ít. Muốn điện áp điều chỉnh dược
thì R
2
thay bằng một chiết áp.
Khi dòng tải yêu cầu lớn, đòi hỏi PTHC phải có hệ số khuếch đại dòng lớn, để đạt được

điều này ta dùng PTHC là mạch Darlington. Nhờ mạch Darlington có trở kháng vào lớn, nên
tải thay đổi cũng không ảnh hưởng đến điện áp đầu ra của BKĐTT, nên U
r
ổn định.
R
2



R
3

U
B2
T
2


Z
D1
Z
D2




R
4
R
1

T
3
U
V
T
1
+ +
U
B1
Hình 7-19: Bộ ổn áp hồi tiếp có khuếch đại so
sánh với nguồn dòng
R
2




U
V
U
r
U
Ch
Z
D
R
1
_

T
1
+
Hình 7-20: Bộ ổn áp dùng
khuếch đại thuật toán
+
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



198
d. Mạch bảo vệ quá dòng, quá áp








Ta biết rằng bán dẫn rất nhậy cảm với dòng lớn, nó chịu quá dòng, quá áp rất kém. Vì
vậy trong các mạch ổn áp sử dụng các tranzito làm PTHC thì thường dùng thêm mạch hạn
dòng để tránh quá tải cho PTHC. Đồng thời phải bảo vệ tải được an toàn khi PTHC bị ngắn
mạch, phải có mạch bảo vệ quá áp, một loại mạch hạn dòng và bảo vệ
quá áp như hình 7-
21.
Trong sơ đồ 8-23: T
3
, R

7
, R
6
làm nhiệm vụ hạn chế dòng.
Z
D2
, R
8
và thiristor T
4
làm nhiệm vụ bảo vệ quá áp.
- Nguyên lý hạn dòng:
Điện trở R
6
mác nối tiếp với T
1
, và tải, khi dòng tải bình thường thì sụt áp trên R
6
:
ΔU
R6
< 0,6V, thì T
3
không dẫn (không có tác dụng trong mạch) khi dòng tải tăng lớn hơn
định mức cho đến khi ΔU
R6
> 0,6V thì T
3
dẫn, dòng colecto của T
3

gây hạ áp trên R
7
, làm
cho điện áp U
B
của tầng dalington giảm → tầng dalington giảm thông → dòng tải trở lại
định mức. Mạch bảo vệ quá áp:
Khi điện áp trên tải bình thường thì Z
D2
không thông (U
ZD
> U
r
), nên Thiristor cũng
không thông, mạch bảo vệ không có tác dụng.
Khi T
1
ngắn mạch thì U
r
= U
V
, lập tức Z
D2
thông và sụt áp trên R
8
mở thông Thiristor
T
4
, kéo điện áp U
r

xuống bằng điện thuận của Thiristor khoảng 1 vôn, dòng qua Thiristor rất
lớn và cầu chì F sẽ chảy, tải an toàn và bộ ổn áp sẽ không làm việc nữa.
e. Ổn định điện áp bằng vi mạch
Sự ra đời của các vi mạch tích hợp đã khiến cho việc thực hiện cấu trúc các bộ ổn áp
1 chiều trở nên đơn giản và thuận lợi hơn rất nhiều, cấu trúc bên trong c
ủa các vi mạch ổn
áp bao gồm đầy đủ các thành phần của một sơ đồ ổn áp có hồi tiếp có cả mạch hạn chế dòng
và bảo vệ quá áp.
Ngày nay sử dụng thông thường các vi mạch có 3 cực: cực vào, cực ra và cực chung.
Mỗi loại vi mạch như vậy được chế tạo theo các mức điện áp ra tiêu chuẩn dương hoặc âm.
Ví dụ các vi mạch xx78xx được chế tạo với các m
ức điện ra tiêu chuẩn dương từ +5 ÷
+24V.
Ví dụ: LM 7805 ổn áp dương, điện áp ra là +5
V

R
t
Z
D2

R
8

T
2
T
1
R
6

T
3
R
1
Z
D1
R
3



R
4


R
7
T
4
F

U
V
+
Hình 7-21: Bộ ổn áp có mạch bảo vệ quá dòng, quá áp
_
+ +
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

199
LM 7812 ổn áp dương điện áp ra là +12
V

Các vi mạch xx79xx được chế tạo với các mức điện áp ra tiêu chuẩn âm, từ
-5
V
÷ -15
V
.
Ví dụ AN 7915 ổn áp âm điện áp ra là -15
V
. Các vi mạch 3 chân này thường có điện
áp đầu vào cực đại là +35
V
hoặc -35
V
(U
Vmax
), có những loại vi mạch ổn áp 3 chân mà điện
áp ra của nó có thể điều chỉnh được trong phạm vi khá rộng như:
LM238 có U
r
= +1,2 ÷ +37
V
.

Dùng vi mạch ổn áp dương, trong đó: chân 1 là điện áp vào, chân 2 là điện áp ra, chân
3 là chung. ở đầu vào và đầu ra có mắc các tụ C
1
, C
2
có giá trị khoảng vài chục nF để nối tắt
các xung nhiễu thời hạn ngắn để khỏi ảnh hưởng đến sự làm việc của vi mạch.
Sơ đồ 7-22a dùng cho các vi mạch có điện áp ra cố định.
Sơ đồ 7-22b dùng cho vi mạch có điện áp ra thay đổi. Khi điều chỉnh R
2
điện áp ra
của mạch:
Ur = 1,25 (1+R
1
/R
2
) (V)
+ Nâng cao điện áp ra, dòng ra.
Với vi mạch có điện áp ra 1 mức cố định, khi tải yêu cầu có mức điện áp cung cấp
cao hơn thì ta dùng một điốt zener mắc như hình 7-23a.

LM78XX
C
1
C
2
1

2

3

+
U
r
+
U
V
a)
LM238
C
1
C
2
1

2

3

+
U
r
+
U
V
R
1


R
2
b)
Hình 7-22: Sơ đồ vi mạch ổn áp dương
R
1

C
1
3
78XX
+
U
r
+
U
V
R

1


Z
D1

1
2
3
C
1
C
2
a)

+
U
r
+
U
V
T
1
I
C
I
r
1
2
C

2
I
IC
b)

78XX
Hình 7-23: a) Nâng cao điện áp ra của vi mạch ổn áp
b) Nâng cao dòng ra của vi mạch ổn áp
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



200



Sơ đồ 7-23b: điện áp ra của vi mạch là điện áp giữa hai chân 2 và 3: U
r(IC)
= U
R1
.
Điện áp ra của sơ đồ U
r
= U
R1
+U
ZD1
= U
r(IC)
+ U

ZD1
.
Các vi mạch được chế tạo cho phép dòng điện ra không được vượt quá một giá trị cực
đại nào đó, ví dụ LM7805,7812,7815, LM120 có dòng I
ramax
= 1,5A. Khi sử dụng vào mạch
tải yêu cầu dòng cao hơn ta có thể mắc theo mạch 7-23b, trong đó dùng thêm 1 tranzito
công suất T
1
, cùng với vi mạch tạo nên 1 biến thể của sơ đồ darlington ta có I
r
= I
C
+ I
IC
.
f. Nguồn ổn áp đối xứng









Nguồn ổn áp đối xứng (còn được gọi là nguồn ổn áp lưỡng cực) thường hay được sử
dụng, nhất là trong các mạch khuếch đại thuật toán, và các mạch số.
Nguồn ổn áp đối xứng là nguồn mà có hai điện áp ra có trị số bằng nhau nhưng cực
tính ngược nhau, đối xứng qua điểm đất (đ

iểm 0)
Cách tạo ra nguồn cấp điện ổn áp đối xứng như hình 7-24
g. Mạch ổn dòng
Những tải yêu cầu dòng qua nó cố định khi tải thay đổi và điện áp trên tải cũng thay
đổi theo thì ta phải dùng mạch ổn dòng. Mạch ổn dòng dùng tranzito như trên hình 7-25






T
1



R
2
R
1



Z
D
+

U
V
R

t
LM238
R
1



R
t

i
t
2

3

1

+

U
V
Hình7-26: ổn dòng dùng IC 3 chân
Hình7 -25: Mạch ổn dòng dùng transistor
+
−
+
_
0
78XX

79XX
1 2
3
1 2
3
C
1



C
2

+U
r





-U
r


U
V
Hình 7-24: Nguồn cấp điện ồn áp đối xứng
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

201


Trên mạch hình 7-25 phân cực thuận của tranzito T
1
bởi U
ZD
không đổi.
U
ZD
= U
R1
+ U
BE1
. U
ZD
không đổi nên U
BE1
không đổi vì vậy dòng I
B1
và dòng I
C1

cũng không đổi. Dòng I
C1
là dòng qua tải nên dòng qua tải cũng không đổi mặc dù tải thay
đổi và điện áp trên tải cũng thay đổi.
Ta có thể dùng vi mạch tích hợp ổn áp 3 chân làm mạch ổn dòng như hình 7-26
Tải mắc nối tiếp với R

1
, điện áp ra của I
C
là cố định giữa chân 2 và 3
U
r(IC)
= U
R1
= const
Do đó dòng ra của IC

()
11
1
R
U
R
U
I
)IC(r
R
ICr
==

I
r(IC)
= const nên dòng tải i
t
= I
r(IC)

=const
7.7. NGUỒN CHUYỂN MẠCH
7.7.1 Khái niệm về nguồn chuyển mạch









Để có khái niệm về nguồn ổn áp chuyển mạch ta lấy ví dụ 1 mạch điện trên hình 7-
27.
Nguồn điện áp 1 chiều U
V
thông qua chuyển mạch S đặt vào sơ cấp biến áp T
r
. Khi S
đóng, có dòng qua W
1
khi S mở → không có dòng qua W
1
. Hai cuộn sơ cấp và thứ cấp cuấn
cùng chiều nên trên cuộn thứ cấp W
2
cũng xuất hiện chuỗi xung cùng chiều với chuỗi xung
trên cuộn sơ cấp, nên khi S đóng thì D
1
dẫn, có dòng i

D1
qua cuộn chặn L và tải, cuộn L tích
năng lượng. Khi S mở dòng i
D1
mất đột ngột, năng lượng trên L đổi dấu làm D
2
dẫn, có
dòng i
D2
qua tải, như vậy dòng qua tải có liên tục cả khi S mở.




i
D1
D
2
i
D2
Điều khiển
đóng mở S
U
1
W
1
W
2
U
2

S Tr D
1
L
C
+

U
R



_
+

U
V



_
Hình 7-27: Mô tả khải niệm về nguồn
chuyển mạch
U
1
U
2

U
V
δ

U
R
t

t

T

Hình 7-28: Dãy xung điện áp
trên W1, W2 và điện áp ra
của mạch hình 6-10
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



202



Trong đó : U
1
là biên độ xung trên cuộn W
1
U
1
= U
v

U
2

là biên độ xung trên cuộn W
2
(giả sử T
r
là biến áp hạ áp)
U
r
là điện áp 1 chiều ra trên tải
T là chu kỳ đóng mở S
δ là thời gian đóng của S
n là tỉ số biến áp

2
1
W
W
n =
và coi bộ lọc LC là lý tưởng
Ta có
T
U
n
U
Vr
δ
1
=
(7-28)
Đặt
T

δ
τ
=
gọi là độ xốp của xung (Hệ số lấp đầy)
Từ (7-28) ta thấy điện áp ra phụ thuộc U
v
và độ rộng của xung. Từ đó ta thấy: muốn
U
r
không đổi khi U
v
thay đổi ta làm thay đổi độ xốp của xung
τ
.
Có 3 cách khống chế τ
- Thay đổi δ và giữ nguyên T
- Thay đổi T và giữ nguyên δ
- Thay đổi kết hợp cả T và δ
Cách thay đổi δ và giữ nguyên T gọi là " Điều chế độ rộng xung ĐRX" (Pulse - Width
- Modulation PWM). Phương pháp điều chế độ rộng xung được sử dụng phổ biến nhất
trong các bộ nguồn kiểu chuyển mạch.
Tấ
t cả các bộ nguồn biến đổi từ 1 chiều vào 1 chiều bằng phương pháp chuyển mạch
có điều khiển điện áp ra thì gọi là bộ nguồn chuyển mạch.
7.7.2 Sơ đồ khối cúa bộ nguồn chuyển mạch

Hình7-29: Sơ đồ
khối của bộ nguồn
chuyển mạch
k h
g
j
i
Khối điều
khiển
U
V~
U
R
l
c d e f
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



203




(1) Bộ lọc nhiễu tần số cao
(2) Bộ chỉnh lưu và lọc sơ cấp (Nếu U
VDC
thì không có phần này)

(3) Phần chuyển mạch chính
(4) Phần chỉnh lưu lọc thứ cấp
(5) Phần hồi tiếp (lấy mẫu)
(6) Phần khuếch đại sai lệch
(7) Tạo áp chuẩn
(8) Tạo dao động sóng tam giác
(9) Điều chế độ rộng xung
(10) Bộ khuếch đại kích thích và đảo pha
Đầu vào (9) có thể còn các tín hiệu khống chế khác (P) để ngắt bộ nguồn
Tần số công tác (tần số chuyể
n mạch) của bộ nguồn xung thường trong khoảng
15kHz ÷ 50kHz để giảm nhỏ kích thước của biến áp và nâng cao hiệu suất.
Phần chuyển mạch chính sử dụng các tranzito lưỡng cực và MOSFET công suất lớn,
có tốc độ chuyển mạch cao, làm việc ở 2 trạng thái: bão hoà và ngắt nên có tổn hao tranzito
chuyển mạch rất nhỏ, nên sự toả nhiệt cho chúng đơn giản.
Với những đặc điểm đ
ó làm cho bộ nguồn chuyển mạch có các ưu điểm hơn hẳn các
bộ nguồn ổn áp thông thường như:
- Hiệu suất cao từ 80% ÷ 90%, trong khi các bộ nguồn ổn áp thông thường có
η< 65%
- Dải ổn định rộng
- Độ bền, tuổi thọ cao
- Kích thước trọng lượng nhỏ
- Giá thành rẻ
7.7.3 Các khối trong bộ nguồn chuyển
mạch
a. Khối lọc nhiễu đầu vào
Để
lọc bỏ các nhiễu cao tần vì nguồn
xung nên có rất nhiều các thành phần tần số

cao tần sẽ gây nhiễu cho các thiết bị điện tử
khác trong vùng, nên bộ lọc sẽ chặn lại các tín
hiệu nhiễu đó không đưa ra đường dây dẫn
C
1
C
2
Hình 7-30: Mạch lọc nhiễu tần số
cao đầu vào
L
ch
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



204
gây nhiễu. Đồng thời nó cũng chặn các xung nhiễu cao tần từ ngoài không cho vào bộ
nguồn khỏi ảnh hưởng đến sự làm việc của hệ thống chuyển mạch.
Biến áp cao tần, có rất ít vòng dây và cách bố trí như hình 7-30 sẽ chặn lại các nhiễu
cao tần đối xứng từ đầu vào và đầu ra. Còn đối với dòng cung cấp ngược chiều và tần số
50/60Hz thì biến áp lọc có trở kháng coi nh
ư bằng 0. Các tụ lọc C
1
, C
2
là các tụ cao tần
(khoảng vài chục nF) để lọc các nhiễu cao tần đầu vào, đầu ra không đối xứng, đối với tần
số điện mạng 50/60Hz thì Z
C1,2
≈ ∞

b. Phần chỉnh lưu và lọc sơ cấp






c. Phần chuyển mạch và chỉnh lưu, lọc thứ cấp
Phần này còn thường gọi là bộ biến đổi 1 chiều vào 1 chiều (DC to DC Converter) vì
đầu vào là 1 chiều và đầu ra cũng là 1 chiều. Nếu bộ nguồn công suất nhỏ và U
v
thấp thì
chuyển mạch dùng 1 tran zito như hình 7-32.









Mạch hình 7-32 biến áp T
r
có cuộn sơ cấp và thứ cấp cuấn cùng chiều, nên mạch này
được gọi là đồng pha dẫn. Khi xung mức cao kích mở T
1
bên sơ cấp có dòng thì cuộn sơ cấp
có xung dương thì cuộn thứ cấp cũng có xung dương và D
1

dẫn. D
2
khép kín dòng qua tải
khi T
1
và D
1
ngắt.
- Khi cần nâng công suất của bộ nguồn mà với điện áp vào thấp thì phần tử chuyển
mạch dùng mạch đẩy kéo mắc song song như hình 7-33.



T
1



T
2
Tr D
3
L
D
1


D
2
+

_
R
t
D
4
+
U
V

_

Hình 7-33: Chuyển mạch kiểu đẩy kéo song song
C

Hình 7-31: Bộ chỉnh lưu lọc sơ cấp trong bộ nguồn chuyển mạch
+
C
_
220
~

Tr D
1
L
D
3

T
1

D
2
C
1

+

U
R
+


U
V
Hình7-32: Phần chuyển mạch và nắn lọc thứ cấp của bộ nguồn
xung công suất nhỏ
. .
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



205





T
1
và T

2
được kích thích bởi các xung ngược pha nhau và phần nắn, lọc thứ cấp là nắn
toàn sóng với biến áp thứ cấp điểm giữa.
Với nguồn điện áp vào cao và công suất trung bình thì chuyển mạch theo kiểu đẩy
kéo nối tiếp.
d. Khối điều khiển
Khối điều khiển gồm các khối (5,6,7,8,9,10) của hình 7-34. Khối điều khiển làm các
nhiệm vụ sau:
- Tạo ra các xung vuông có tần số
cố định nhưng độ rộng biến đổi ngược với
điện áp trên tải để điều khiển các tranzito chuyển mạch.
- Đủ công suất kích thích cho các chuyển mạch chính.
Ngoài ra khối này còn làm các nhiệm vụ:
- Bảo vệ quá dòng, quá áp trên tải
- Bảo vệ mạch khử điện áp vào quá thấp, quá cao
Nguyên lý điều chế độ rộng xung:
Để thực hiện việc điều chế độ
rộng xung, mạch phải có cấu trúc như hình 7-35.
Điện áp DC ra trên tải qua bộ phân áp lấy điện áp hồi tiếp U
ht
đưa về đầu đảo của bộ
khuếch đại thuật toán làm bộ khuếch đại sai lệch.

(1) Mạch hồi tiếp (phân áp)
P
U
U
1
2
=

+
(4)
_
U
r
R
t

R
2

(1)
R
1

U
ht
U

ch
(3)
U
1
U
1
(5)
(2)
U
P
+
-
-
+
Hình 7-34 Mạch điều chế độ rộng xung
Chương 7: Mạch cung cấp nguồn



206
(2) Bộ khuếch đại sai lệch
(3) Bộ tạo áp chuẩn
(4) Bộ tạo sóng tam giác
(5) Bộ so sánh (bộ điều chế độ rộng xung)
U
ht
phản ánh đầy đủ sự thay đổi của U
r
, đầu không đảo của bộ khuếch đại SL được
đưa vào điện áp chuẩn U

ch
. Nguồn U
ch
là cố định không phụ thuộc U
r
.
Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại SL là:

22
1
11
(1 )
ch ht
RR
UUU
RR
=+ −
(7-29)
Điện áp U
1
biến đổi tuyến tính theo U
ht
(tức là theo điện áp ra) nhưng với chiều
ngược, U
1
là điện áp 1 chiều.
Bộ so sánh (5) là bộ điều chế độ rộng xung, tín hiệu điều chế (U
1
) đưa vào đầu (+).
Tín hiệu sóng mang (U

P
) là sóng tam giác đưa vào đầu (-) của bộ điều chế.
Bộ điều chế so sánh 2 biên độ của sóng mang U
p
và tín hiệu điều chế U
1
. Dạng sóng
ra của bộ điều chế U
2
là sóng vuông có tần số là tần số của sóng mang (sóng tam giác)
nhưng độ rộng xung δ biến đổi theo tín hiệu điều chế U
1
. Hình 7-36 mô tả nguyên lý điều
chế ĐRX.








Hình 7-35: Nguyên lý điều chế ĐRX
Nếu U
1
biến đổi từ 0 đến U
p
= (1 +
2
1

R
R
)U
ch
ứng với U
ht
= (1 +
1
2
R
R
)U
ch
đến U
ht
= 0,
thì δ sẽ biến thiên trong khoảng từ 0 đến T, chuỗi xung U
2
đưa đến kích mở tranzito chuyển
mạch, chuyển mạch đóng ngắt theo U
2

Tỉ số
M
U
U
P
=
1
gọi là hệ số điều chế.

M biến đổi trong khoảng 0 < M < 1.
(1+R
2
/R
1
)U
ch
khi U
ht
= 0
(1+R
1
/R
2
)U
ch
=U
ht

khi U
1
= 0
t
U
P

U
2
U
P

δ
0
2π
U
P

U
1
T