NGUỒN ỔN ÁP 1 CHIỀU pptx

Chơng I

Giới thiệu chung
về nguồn ổn áp một chiều

Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều ứng dụng dùng điện áp một chiều do
những u điểm vợt trội của nó. Điện áp một chiều đợc sử dụng trong các máy
vận chuyển; trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đờng sắt: ôtô chạy
điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ thuật điện hoá Động cơ một chiều có mômen
mở máy lớn, điều chỉnh trơn đợc tốc độ và rất đa dạng trong việc lựa chọn công
suất.
Tuy nhiên việc dùng động cơ điện một chiều có một số hạn chế là dòng điện
một chiều không sử dụng rộng rãi, chế tạo phức tạp, cồng kềnh. Do đó để có đợc
dòng điện một chiều ta phải biến đổi từ dòng điện xoay chiều đợc dùng rộng rãi
nhờ Nguồn ổn áp một chiều.
Nguồn ổn áp một chiều là một máy điện biến dòng điện xoay chiều tần số
50Hz thành dòng điện một chiều có điện áp tuỳ ý dựa vào yêu cầu của phụ tải.
Điện áp đầu ra có thể giữa cố định trong một khoảng điện áp nào đó nhờ vào tín
hiệu xung điều khiển Tranzitor. Mạch ổn áp gồm 4 phần chính sau:
+ Biến áp: Biến đổi điện áp từ lới điện 220V tần số 50Hz thành điện áp thấp
phù hợp với đầu vào của bộ chỉnh lu bán dẫn.
+ Chỉnh lu: Là bộ biến đổi điện áp xoay chiều ở đầu vào thành điện áp một
chiều ở đầu ra có độ nhấp nhô phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lu.
+ Bộ lọc: là bộ để lọc bớt thành phần sóng hài bậc cao của điện áp chỉnh lu
nhằm mục đích san phẳng điện áp chỉnh lu
+ Mạch ổn áp: là mạch để duy trì điện áp tải ở một khoảng nhất định khi phụ tải
thay đổi đột ngột.

I
T1
I
T4

Chơng 2
các phơng án mạch chỉnh lu
Để điều chỉnh điện áp ra ta có thể sử dụng các phơng án mạch nh
sau :
Với yêu cầu của đề tài, mạch chỉnh lu cần phải có chất lợng điện áp ra
rất tốt với hệ số đập mạch rất nhỏ, vì vậy ở đây ta chỉ xét đến các sơ đồ
cầu : chỉnh lu điều khiển cầu một pha đối xứng, không đối xứng ; chỉnh
lu điều kiển cầu ba pha đối xứng , không đối xứng và chỉnh lu cầu
không điều khiển 1 pha , 3 pha kết hợp với băm xung.
1. Chỉnh lu điều khiển một pha sơ đồ cầu :
1.1.Sơ đồ đối xứng :
- ta có sơ đồ mạch lực nh hình vẽ sau :

a. sơ đồ nguyên lý ( hình 1.a)

b. đồ thị dòng áp (hình 1.b)




- điện áp vào tsinU2u
22
(V) = 2f , f = 50Hz
Nguyên tắc hoạt động của sơ đồ nh sau : trong nửa chu kỳ đầu u
2
> 0
T
1
có khả năng mở, tại thời điểm t
1
ta đa xung mở thysistor T
1
và T
3
,
chúng mở ngay và cho dòng chảy theo đờng T
1
- Tải - T
3
- Nguồn , áp
đặt lên tải u
d
= u
2
và có chiều nh hình vẽ .Tơng tự trong nửa chu kỳ sau

, tại t = t
2
ta đa xung vào mở thysistor T
2
và T
4
, dòng sẽ chảy theo đờng
T
2
- Tải - T
4
- Nguồn .
C . Hoạt động của sơ đồ: (khi không xét đến trùng dẫn)
cầu gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm nhóm Catốt chung :T
1,
, T
3
, T
5
;
nhóm Anốt chung : T
2
, T
4
, T
6
;
điện áp các pha thứ cấp máy biến áp lần lợt là: U
a
=

2
2 sin
U

;
U
b
=
2
2 sin( 2 )
3
U


;
Hình 1.b_đồ thị dòng áp _sơ
đồ cầu
điều khiển một pha đối xứng




u
d

i
d

i
1

i
4
i
2

t


t


t


t


t

2


I
d
I
d
I
d
I
d

-

I
d
U
c
=
2
2 sin( 4 )
3
U


;
Góc mở

đợc tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên( giao điểm của các
nửa hình sin).
Giả thiết T
5
, T
6
đang dẫn cho dòng chảy qua V
F
= V
c
; V
G
= V
b

;
* Khi

=

1
=
6

+

cho xung điều khiển mở T
1
.thyristor này đợc mở vì
V
a
>0 sự mở của T
1
làm cho T
5
bị khoá lại một cách tự nhiên vì V
a
> V
c
.
Lúc này T
6
và T
1
cho dòng chảy qua, và điện áp trên tải là:

U
d
=U
ab
=V
a
-V
b
;
Khi

=

2
= 3
6

+

cho xung điều khiển mở T
2
khi T
2
mở nó làm cho
T
6
bị khóa lại tơng tự trên .
Quá trình cứ tiếp tục nh vậy, mỗi van đợc đa xung vào mở sau
1
3

T ;
Ta có biểu thức tính toán sau:
điện áp trung bình trên tải : U
d
=
5
6
2
6
6 3 6
2 sin cos
2
U d











điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van: U
nmax
=
2
6
U

;
dòng điện chảy qua các van là : I
T
= I
d
/ 3;

2. Sơ đồ chỉnh lu cầu 3 fa điều khiển :
a. sơ đồ:( Hình 2a)






Hình 2a_sơ đồ chỉnh điều khiển cầu 3 fa

I
T4
I
T1
I
6




b. §å thÞ dßng ¸p m¹ch chØnh lu cÇu 3 fa §K( H×nh
2b )

u
A

u
B
u
C
t1

t2

t3

t4

t5

t6

t7

0


t

uf

Ud

I
1

I
6

I
d

Ungmax


t


t


t


t


t

i
T1

i
T6


u
T1

 2


t

i
a

0

0

0

0

0

0



d . hoạt động của sơ đồ: (khi không xét đến trùng dẫn)
cầu gồm 6 thyristor chia thành 2 nhóm nhóm Catốt chung :T
1,
, T
3
, T
5
;
nhóm Anốt chung : T
2
, T

4
, T
6
;
điện áp các pha thứ cấp máy biến áp lần lợt là: U
a
=
2
2 sin
U

;
U
b
=
2
2 sin( 2 )
3
U


;
U
c
=
2
2 sin( 4 )
3
U

;
Góc mở

đợc tính từ điểm chuyển mạch tự nhiên( giao điểm của các
nửa hình sin).
Giả thiết T
5
, T
6
đang dẫn cho dòng chảy qua V
F
= V
c
; V
G
= V
b
;
* Khi

=

1
=
6

+

cho xung điều khiển mở T

1
.thyristor này đợc mở vì
V
a
>0 sự mở của T
1
làm cho T
5
bị khoá lại một cách tự nhiên vì V
a
> V
c
.
Lúc này T
6
và T
1
cho dòng chảy qua, và điện áp trên tải là:
U
d
=U
ab
=V
a
-V
b
;
Khi

=

2
= 3
6

+

cho xung điều khiển mở T
2
khi T
2
mở nó làm cho
T
6
bị khóa lại tơng tự trên .
Quá trình cứ tiếp tục nh vậy, mỗi van đợc đa xung vào mở sau
1
3
T ;
Ta có biểu thức tính toán sau:
điện áp trung bình trên tải : U
d
=
5
6
2
6
6 3 6
2 sin cos
2

U d











điện áp ngợc lớn nhất đặt lên van: U
nmax
=
2
6
U
;
dòng điện chảy qua các van là : I
T
= I
d
/ 3;

nhận xét:
sơ đồ chỉnh lu cầu 3fa điều khiển có u điểm là có thể dễ dàng điều
khiển các thyristor đóng mở thông qua góc mở

, và công suất của sơ đồ

là khá lớn . Nhng bên cạnh đó nó có những hạn chế nhất định nh : chất
lợng điện áp ra xấu phụ thuộc vào góc mở

và hiện tợng trùng dẫn. Sơ
đồ này chỉ nên dùng với yêu cầu công suất lớn mà không quan tâm đến
chất lợng áp ra ! .
3. Bộ băm xung áp một chiều
1. Giới thiệu chung
Bộ băm xung áp một chiều dùng để biến đổi điện áp một chiều E thành
xung điện áp một chiều có trị số trung bình U
tb
có thể thay đổi đợc.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp trị số trung bình U
tb
của
các xung điện áp đặt vào phụ tải có thể điều chỉnh từ trị số không đến trị
số lớn nhất bằng điện áp một chiều E cung cấp cho bộ băm: 0 < U
tb
E.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp có thể điều chỉnh cho
điện áp trung bình trên tải U
tb
đạt đến giá trị lớn hơn điện áp E đặt của
nguồn điện: E < U
tb
<.
Bộ băm xung áp một chiều đợc coi nh là một công tắc tơ tĩnh đóng
mở liên tục một cách chu kỳ. Nó đợc sử dụng rộng rãi trong các máy vận
chuyển, trong truyền động máy cắt gọt, trong giao thông đờng sắt, ôtô
chạy điện, xe rùa bốc dỡ hàng, trong kỹ nghệ điện hoá

Thiết bị băm xung làm việc với hiệu suất cao tổn hao năng lợng ít hơn
so với phơng pháp điều chỉnh điện áp một chiều liên tục, ít nhạy cảm với
môi trờng vì tham số điều chỉnh là thời gian đóng mở để đặt hoặc cắt
nguồn trên tải, kích thớc nhỏ. Tuy nhiên bộ băm xung áp có nhợc điểm
là : phải dùng cùng với bộ lọc đầu ra do đó làm tăng quán tính của qúa
trình điều khiển khi sử dụng các mạch điều khiển kín. Nếu tần số đóng mở
lớn sẽ phát sinh ra nhiễu vô tuyến.
2. Nguyên tắc hoạt động của bộ băm xung áp một chiều làm việc ở
chế độ giảm áp.
Bộ băm xung áp một chiều là một khoá điện H làm bằng tranzito hay
bằng tiristo đợc điều khiển đóng mở một cách chu kỳ. Khi làm việc ở chế
độ giảm áp bộ băm xung áp một chiều H đợc đặt nối tiếp giữa nguồn
điện áp một chiều E và phụ tải nh trên hình vẽ.
a) Trị số trung bình của điện áp trên tải U
tb
.
Khi bộ băm H đóng điện thì điện áp đặt lên tải có trị số u = E. Còn khi
H ngắt điện thì u = 0.
Sơ đồ nguyên lý:






Trị số trung bình của điện áp một chiều đặt lên phụ tải là:
EE
T
T
Edt

T
udt
T
U
d
T
T
tb
d



00
11

với T
đ
là thời gian đóng của khoá H, hay độ rộng xung T là chu kì băm,
hay chu kì xung =
T
T
d
là hệ số lấp đầy xung áp còn gọi là tỉ số chu kì: ta
có 1.
H
L
R
E U
Bằng cách biến đổi trị số của hệ số ta nhận đợc các trị số khác
nhau của điện áp trung bình của điện áp trung bình U

tb
trên phụ tải.
Có thể cho biến đổi bằng hai cách:
1 - Cố định chu kì băm T, thay đổi thời gian đóng điện T
đ
của bộ băm,
ta có bộ băm tần số cố định.
2 - Cố định thời gian đóng điện T
đ
, biến đổi chu kì băm T, ta có bộ băm
tần số biến thiên.
Nếu T
đ
= 0 thì = 0 ta có U
tb
= 0 lúc này bộ băm thờng xuyên ngắt
mạch. Khi T
đ
= T, ta có =1 và U
tb
= E, bộ băm thờng xuyên đóng mạch
điện. Bộ băm xung áp một chiều thờng đóng điện và ngắt điện liên tục
với tần số cao (200 500Hz) nên thờng là một khoá bán dẫn.
b) Sơ đồ thực tế của bộ xung áp một chiều dùng transistor
Bộ băm xung áp sử dụng tranzito có tần số băm lớn khoảng vài
kilohert. Các tranzito không cần mạch để khoá lại nh tiristo nên rất đơn
giản và có thể làm việc với tần số tơng đối lớn. Các bộ băm dùng
tranzito công suất có thể đạt tới tần số băm từ 10 đến 100 kHz một cách
dễ dàng. Khi dùng bộ băm xung áp có thể không cần dùng cuộn cảm san
bằng hoặc chỉ cần cuộn cảm có điện cảm nhỏ nối tiếp với tải cũng đủ san

bằng dòng điện trên tải thành dòng điện một chiều có trị số không đổi.
Nhợc điểm của bộ băm điện bằng Tranzito là có công suất nhỏ, chỉ
đạt cỡ vài kilôoát đến vài chụ kilôoát là cùng.
Sơ đồ của bộ băm xung áp một chiều dùng Tranzito.














Trên sơ đồ thì bộ băm xung áp làm việc nh một công tác tơ tĩnh (K)
đóng mở liên tục 1 cách chu kì . Nhờ vậy mà biến đổi đợc điện áp một
chiều không đổi E thành các xung điện áp một chiều U
tb
có trị số có thể
điều chỉnh đợc. Điện áp U
tb
này đặt vào phần ứng động cơ sẽ làm thay
đổi tốc độ động cơ ô tô.
Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ giảm áp thì 0<U
tb
<E.

Khi bộ băm xung áp làm việc ở chế độ tăng áp thì E<U
tb
<0.
Trong sơ đồ trên L,C là bộ phận lọc để san bằng và giữ cho điện áp
tải thực tế là không đổi ,mục đích là giảm hệ số đập mạch nâng cao chất
lợng điều chỉnh .
Điện áp trên tải thu đợc phụ thuộc vào tần số đóng cắt khoá
K.Trong khi đó các hạn chế về công nghệ và tổn hao của bộ biến đổi điện
áp một chiều quyết định giới hạn tần số làm việc của bộ biến đổi .Để
tránh các sóng không mong muốn và từ đấy tránh đợc Momen đập
mạch thì tần số phải lớn hơn một mức nào đó .Tần số đóng cắt càng
Tải



Chỉnh lu
không
điều khiển
L
2

K

D
C
1
Sơ đồ nguyên lý của bộ băm xung áp một chiều
Ld
Rd
nhanh thì càng giảm đợc kích thớc của bộ lọc ,nhng nếu quá lớn sẽ
sinh ra nhiễu vô tuyến .Vì vậy phải cân nhắc để lựa chọn đợc bộ biến đổi
làm việc ở dải tần thích hợp( dới 1KHz). Thực tế thờng dùng tần số băm
khoảng 400Hz 600Hz.
Thực tế khoá K trên sơ đồ nguyên lý đợc thay bằng khoá điện tử
cụ thể là Tiristor hoặc Transistor(Công suất hoặc MOS).
Dùng Tiristor có u điểm là trị số giới hạn cao ,làm việc chắc chắn
rẻ tiền,tổn hao khi dẫn nhỏ nhng có nhợc điểm là mở chậm nên chỉ sử
dụng rộng rãi ở tần số đóng mở thấp (dới 500Hz).
Transistor MOS thích hợp với dải tần số chuyển mạch cao hơn
100KHz.
Transistor công suất thích hợp với dải tần từ 10->100Khz,có giá
thành rẻ hơn,tổn hao ít hơn MOS.
Với hệ thống dùng Transistor thì yêu cầu làm mát không cao bằng
Tiristor,nhng Tiristor lại cho phép dễ bảo vệ chống lại các sự cố hơn
Transistor
4.So sánh các phơng án :
từ các phân tích ở trên ta thấy khi dùng các phơng pháp chỉnh lu 1 pha
hay 3 pha điều khển không đối xứng thì hệ số đập mạch của điện áp ra

rất lớn nên ta sẽ không dùng các phơng pháp này .
với phơng pháp dùng chỉnh lu điều khiẻn hoàn toàn ta thấy vấn đề điều
khiển các van Thysistor tơng đối phức tạp và bộ điều khiển cồng kềnh
đồng thời khi góc mở thay đổi thì chất lợng điện áp ra cũng thay đổi
nhiều .Với bộ băm xung kết hợp với chỉnh lu không điều khiển do ta có
thể băm vơi tần số rất cao nên đặc tính lọc sẽ tốt hơn đồng thời việc điều
khiển cũng dễ dàng hơn.
Do yêu cầu của bộ ổn áp một chiều công suất nhỏ nên ta sẽ chọn
phơng án dùng chỉnh lu không điều khiển kết hợp với bộ băm xung áp
một chiều .Phơng pháp này có u điểm là dùng các van Diode rẻ tiền
hơn các van Thysistor đồng thời việc điều khiển dễ dàng hơn do ta không
cần bộ đồng pha , dịch pha và ta chỉ điều khiển một van điều khiển hoàn
toàn .





Chơng 3
Tính toán mạch lực
Trong chơng trớc ta đã chọn đợc sơ đồ mạch lực cho bộ ổn áp nh
sau :

Ta có sơ đồ mạch lực nh sau :









220 V

MBA

60VDC
-

+

C1


L
24VDC

+

-

T1

D
0


C2

T2

Máy
biến áp
Chỉnh
lu
không
điều
khiển


Bộ băm


Bộ lọc
U
R
= 24 VDC

Bộ điều
chỉnh
dòng

Trong mạch lực nh trên T1 làm việc ở chế độ bão hoà nh một khoá
đóng cắt , T2 làm việc ở chế độ tuyến tính để ổn định áp ra
1. Tính toán các thông số điện áp, dòng điện và công suất máy biến
áp
Máy biến áp công suất cỡ vài kVA thuộc loại MBA công suất nhỏ, sụt áp
trên điện trở tơng đối lớn, khoảng 4% , sụt áp trên điện kháng ít hơn cỡ
1,5% . Điện áp sụt trên hai Diode nối tiếp khoảng 2 V do đó ta có điện áp
chỉnh lu lúc không tải sẽ là : U
d0
= 60.1,055 + 2 = 65,3 V
Trị số hiệu dụng của điện áp pha thứ cấp MBA :
V
U
U
d
28
63
0
2



Tỷ số biến áp :
1270
220
28
1
2

,
U
U
m

+ Dòng điện các cuộn dây:
- Dòng điện của cuộn thứ cấp:
I
2
= A,I.
d
6632
3
2

- Dòng điện của cuộn sơ cấp:
I
1
= m.I
2
=4,15 A
Công suất của MBA : S = 3.220.4,15 = 2740 W
Ta tiến hành chọn máy biến áp với các thông số trên.
2. Tính toán mạch từ MBA
Chọn mạch từ 3 trụ tiết diện mỗi trụ đợc tính theo công thức:

fc
S
KQ
ba

Trong đó :
k: Hệ số kinh nghiệm (thờng lấy K=5,86,4).Với MBA khô lấy
K=6.
c: Số trụ (c=3).
f: tần số (f=50 Hz).
S
ba
: Công suất biểu kiến MBA (VA).
Thay số vào ta có :
)(8,77
503
102,25
6
3
3
cmQ




Chọn Q=78 (cm
2
)
Ta chọn mạch từ : làm bằng tôn silic 310 có bề dày là 0,35 mm
tỷ trọng
b
=75 kg/dm

3

tổn hao p=1,3 w/kg. Bề dày lá tôn silic 310 :
0,35(mm)
a- Tính toán chiều cao sơ bộ của trụ :
Dựa vào công thức kinh nghiệm:




hq
T
l


4

Trong đó :
+T
hq
:Tiết diện hiệu quả T
hq
=Q.
+ :là hệ số quan hệ giữa chiều cao và chiều rộng của biến áp,
thờng bằng 1,151,35.Ta chọn =1,2.
- Suy ra :
)(26
2,1
14,3
78

4
14,3 cml


b/ TÝnh träng lîng cña trô:
G
t
=cS
T

b
l
Trong ®ã : +c: Sè trô (c=3).
+S
T
: TiÕt diÖn trô: S
T
=Q=78 (cm
3
).
+
b
: Tû träng t«n silic (
b
=7,5kg/dm
3
).
VËy träng lîng cña trô lµ :
G
T

=30,787,52,6=45,6 (kg).

c/ TÝnh g«ng:









Chän a=9,5 cm
2
.
l
G
= 26x2 -9,5 = 42,5 (cm)
T
G
=Q=78 (cm
2
).
Träng lîng g«ng:
G
g
=tT
G

b

l
G

Trong ®ã:
t: Sè g«ng (t=2)
T
G
: TiÕt diÖn g«ng.

b:
: Tû träng t«n silic.
l
G
: ChiÒu dµi cña g«ng.
l

a
b


1


1


1

2

1

2


1

2


1

l
G

a
a
l
Thay số vào ta có :
G
g
= 20,787,54,35=50 (kg).
Trọng lợng lõi thép MBA:
G=G
T
+G
g
=45,6+50=95,6 (kg).
d/ Số lá tôn:

-Số lá trụ :
704
1035,05,9
78
3
1




(lá)
-Số lá chắn đầu ngắn:
470
1035,05,9
78
2
1




(lá).
-Số lá chắn đầu dài:
235
1035,05,9
78
1
1

(lá).
3.Tính chọn các van công suất cho sơ đồ mạch lực :
- chọn transistor công suất :
Việc chọn van bán dẫn mạch lực đợc chọn theo các thông số cơ
bản của van. Hai thông số cơ bản để chọn van là:
+ Giá trị dòng trung bình lớn nhất của van (I
tb max
); đây là giá trị dòng
lớn nhất mà van có thể chịu đợc ứng với chế độ làm mát tốt nhất cho van
(chế độ lý tởng). Trong thực tế, không đạt đợc điều kiện làm mát lý
tởng nên việc sử dụng van không đợc quá giá trị này.
+ Giá trị biên độ điện áp ngợc lớn nhất cho phép đặt lên van (U
ngợc
max
); nếu vợt quá giá trị này thì van bị chọc thủng.
Nh đã đề cập ở phần trớc, ta dùng các van bán dẫn là các tranzito
công suất; tức là các van điều kiển hoàn toàn. Xuất phát từ đặc điểm
công nghệ, ta chọn điều kiện làm mát là làm mát cỡng bức bằng quạt
gió, với các cơ cấu: Van + cánh tản nhiệt chuẩn + tốc độ gió (12 m/s). Vì
vậy:
I
tb van thực
= (0,4 0,5) I
tb van max
.
Chọn tranzito công suất
Từ biểu thức dòng trung bình qua van xác định ở trên, ta có:
AI

maxtbvan
40
Từ biểu đồ dạng sóng điện áp đặt trên van, ta thấy điện áp ngợc lớn
nhất đặt lên van là U
S
; tức là :
U
ng van max
= U
S
= 48V.
Từ kết quả hai thông số tính toán đợc ở trên ta chọn loại tranzito
công suất loại BUT 90 có các thông số sau:
Mã
hiệu
U
CE
,V

U
CE0
,
V
U
CE sat
,
V
I
C
,

A
I
B
, A
t
off
, s

t
on
,
s
t
s
, s

P
m
,
W
BUT
90
200 125 1,2 50 7 0,4 1,2 1.5 250

Chọn Diode (D
0
, , D
6
)
Biểu thức dòng trung bình qua các đi-ốt D

0
là: I
D
= I
d
.(1-) I
D max thực

= I
d max
= 25A. Cũng từ đồ thị dạng sóng của diode ta thấy rằng điện áp
ngợc lớn nhất đặt lên các diode D
1
, ,D
6
là VUU
mi
696
2
. Trị trung
bình dòng chảy trong các Diode : A,
I
I
d
D
313
3
40
3

Vậy ta chọn loại B50 do hãng Liên Xô cũ chế tạo B50-1 có các
thông số:

Mã hiệu I
tb
, A U
max
, V
B 50 50 100
4. Thiết kế mạch trợ giúp cho Transistor.
Thực tế là tổn hao chuyển mạch của tranzitor công suất lớn hơn rất
nhiều so với trờng hợp nó làm việc với tải xác định. Mặt khác, so với
tiristor khả năng chịu quá tải của tranzitor kém hơn. Trong trờng hợp cụ
thể là tranzitor phải làm việc nh một khoá điện tử đóng cắt mạch điện với
tần số đóng cắt lớn, thì tổn thất năng lợng khi chuyển trạng thái là đáng
kể, vì năng lợng tổn thất tỉ lệ với tần số hoạt động của Tranzitor. Vì vậy,
để giảm nhỏ tổn thất khi chuyển mạch và tránh cho tranzitor làm việc quá
nặng nề thì ngời ta sử dụng thêm các mạch trợ giúp.
Các phần tử chủ yếu của mạch trợ giúp là L
2
và C
2
. Chức năng của
L
2
là hạn chế sự tăng của i
c
trong quá trình tranzitor đóng mạch, còn tụ
điện C
2

có tác dụng làm chậm sự tăng của V
CC
trong quá trình tranzitor
cắt mạch.
Sơ đồ mạch trợ giúp nh sau:








Khi biểu diễn mạch lực trên sơ đồ nguyên lý ta không đa thêm các
mạch trợ giúp vào nhằm đơn giản hoá mạch nhng thực tế mỗi tranzitor
sử dụng đều thiết kế mạch trợ giúp đi kèm.
R1

1k

D2

DIODE

D1

DIODE

R2

1k

L1

1uH

Q
1

NPN

C1

1uF

Tải cảm

5.Tính lọc :
áp ra sau bộ băm có dạng nh sau :

Phân tích theo chuỗi Fourier ta có:
)t.
T
cos().sin(
U
)t.
T
cos().sin(
U
)t.
T
cos() sin(
U
U.)t(U
d

6
6
3
4
4
2
2
2
Để độ đập mạch của điện áp k
đm
0,01 ta có bộ lọc phải thoả mãn những
yêu cầu sau :
- ta dùng bộ lọc loại k nh sau :
sơ đồ mạch :


T
1
T

T
1
U

U (V)

t (s)

C/2

C/2
L



Ta có thể sử dụng sơ đồ trên , tần số cắt của bộ lọc nh sau :

LC
C
2

từ (0
C
) là giải thông còn từ (
C
) là giải chắn
ta giả thiết đối với sóng hài tần số thấp mà X
L
>> X
C
thì dòng xoay chiều
chảy qua L và C sẽ quyết định bởi X
L
và có :

L n
UA
I
m

2
2

điện áp nhấp nhô :

LC)n(
U A
C n
I
U
m
2
2
2





tỷ số nhấp nhô :

LC)n(
A
U
U
k
2
2
2

ta lấy A = ).sin(
U


2 và n = 1 với tần số 10 kHz . Từ đó ta có
LC =
8
23
1041
010102
5860



.,
).(
,

Chọn L =0,14 mH ta có C = 100F

Chơng 4
Mạch điều khiển
Mạch điều khiển ở đây là mạch tự động điều chỉnh để ổn định điện áp
ra theo sự thay đổi của tải và điện áp vào . Mạch hoạt động dựa trên
nguyên tắc lấy sự thay đổi của dòng điện tải phản hồi về và lấy sự thay
đồi của áp lới để thay đổi độ rộng xung điều khiển đặt lên Transistor .
Nguyên tắc hoạt động của mạch điều khiển nh sau : khi dòng tải nhỏ ta
điều chỉnh tỉ số băm để cho áp ra bằng 24 V, khi tải tăng lên kéo theo
sụt áp trên van Transistor điều dòng giảm đồng thời sụt áp trên MBA và
các van tăng lên làm cho áp ra thay đổi do vậy ta phải thay đổi tỉ số băm
để giữ cho áp ra không đổi ) và khi áp vào thay đổi kéo theo sự thay đổi
của áp ra ta phải thay đổi tỉ số băm để giữ cho áp ra không đổi .
Trong mạch điều khiển có những khối chính sau : khối tạo dao động làm
nhiệm vụ tạo ra xung dao động chuẩn . Khối tạo xung răng ca tạo ra
dạng xung răng ca chuẩn để tạo ra xung điều khiển . Khối lấy điện áp
sai lệch có nhiệm vụ phát hiện sự thay đổi của điện áp lới và lấy sai lệch
so với điện áp chuẩn . Khối phản hồi áp lấy sự sai lệch của áp rơi trên van
điều dòng về để thay đổi độ rộng xung điều khiển nhằm mục đích giữ áp
ra không đổi . Khối so sánh làm nhiệm vụ so sánh tín hiệu chuẩn với các
tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi để có xung điều khiển . Khối khuếch đại

làm nhiệm vụ khuếch đại xung điều khiển để có xung có độ rộng đủ lớn .
Cụ thể phần điều khiển gồm có các khối chính sau :
1. Mạch tạo dao động:









Để tạo đợc xung vuông với tần số 10 kHz ta sử dụng vi mạch tạo
dao động Timer555 với các thông số cho nh trên:

+12V

1

Gnd

2

Trg

3

Out

4

Rst

5

Ctl

6

Thr

7

Dis

8

Vcc

555

+

CT


+

C1

R1


R2


R1

2k

Bộ tạo dao động Timer555



Q :Trạng thái (mức logic)dầu ra tại thời điểm t,là đầu ra đảo của FF
trong vi mạch
Nguyên lý hoạt động:
Khi Q =1 thì Transistor dẫn bão hoà ,tụ dẫn điện qua Transistor nên
điện áp trên tụ Uc giảm
Khi tụ Uc giảm tới Uc=

Vcc
3
1

thì Q =0.
Khi Uc tăng tới Uc=

Vcc

3
2

thì Q =1 Transistor lại dẫn bão
hoà.
Khoảng thời gian t1 phụ thuộc
vào
nạp
,với
nạp
=(R
1
+R
2
)C
Khoảng thời gian t2 phụ thuộc vào
phóng
,với
phóng
=R
2
C
Qua tính toán ta đợc
t1=(R
1
+R
2
)Cln2
Ta có với C = 0,04808 F ta có R
2

= 100 (thời gian phóng càng nhỏ
càng tốt)
Từ đó ta có R
1
= 3 k
2. Khâu tạo điện áp răng ca
a/ Nguyên lý hoạt động
Điện áp của bộ phát xung chủ đạo đợc đa vào cửa đảo của khâu
tạo điện áp răng ca. Do điện áp ra của khuếch đại tuyến tính phụ thuộc
vào quan hệ:
U
ra
= K
0
. (-U
II
+ U
+
)
U
t
1
t
2
T
t

t

Biểu đồ dạng sóng của

Timer555 ở chế
độ đa hài phiếm định
Trong đó: U
+
là điện áp đặt ở cửa không đảo;
K
0
là hệ số khuếch đại của bản thân OP2 và K
0
là rất lớn.











Khi U
II
< 0 thì D3 thông dẫn đến U
D
= ( U
+
- U
II
) > 0

Suy ra U
III
> 0 và tụ C1 đợc nạp thông qua R5 và D3 về OP1 với dòng
nạp:
I
C
= I
2
- I
2

Trong đó: I
C
, I
2
, I
2
, đợc kí hiệu nh trên hình vẽ.

2424
2
15
xx
RRRR
E
I

55
3
'
2
5,13
0
RR
UU
I
DII


;
Với: U
D3
là điện áp rơi trên D3. Chọn bằng 0,5 V
U
dII
= (E- 2)= 13 V
Điện áp U
III
chính là điện áp trên tụ C1
U
r
= U
C
=

dt
RRRC
dtI
C
X
C
)
155,13
(.
1
.
1
24511

U
r
= U
C
=
1245
).
155,13
(
C
t
RRR
X


C1

DZ
OP2
+E
-E
R4
R5
D3
RX2
R6
+E
( II )
( III )
Mạch tạo xung răng ca

- Diot ổn áp D
Z
có nhiệm vụ không cho điện áp trên tụ nạp quá U
DZ
. Chọn
loại Diod có
U
DZ
= 15V
Nếu gọi t
n
là thời gian nạp của tụ thì ta có phơng trình sau:
U
Z
=
1245

).
155,13
(
C
t
RRR
n
X


Khi U
II
>0 D
3
khoá U
ra
= 0 tụ C sẽ phóng điện về âm nguồn của
OP
2

Với dòng điện phóng I
p
=
24 X
RR
E


Điện áp trên tụ giảm dần theo hàm :
U

r
= U
Zp
=
DZ
X
DZ
X
U
CRR
t
Udt
CRR







124
124
).(
15
).(
15

Gọi t
p
là thời gian phóng của tụ điện ta có :

U
r
=
DZ
X
p
U
CRR
t



124
)(
15
(2)
với U
DZ
=10V và t
p
=9,5ms nh đã chọn, từ (2) ta có:

DZ
X
p
U
CRR
t

124
)(
15


10
)(
10.5,9.15
124
3



CRR
X

(R
4
+ R
X2
)C
1
= 14,25.10
-3
(3)
từ (1) ta có:
1010.5,0).
)(
15
.

5,13
(
3
12415




CRRCR
X

thay (3) vào (1) ta có:
1010.5,0).
10.25,14
15
.
5,13
(
3
3
15



CR


3
15
10.20

.
5,13

CR
R
5
C
1
= 0,675.10
-3