nguồn một chiều cho các thiết bị điện tử, chương 3 potx

1
Chương 3: Ổn áp xung
+ Nguyên lý chung
2
Đặc điểm quan trọng nhất của bộ ổn áp bù tuyến tính là sự sai
lệch điện áp ra được đặt liên tục lên một tranzito công suất để
điều khiển, bù lại sai lệch này và giá tri điện áp ra sau bộ ổn
đ
ị
nh
:
U
ra
= U
ổn
đ
ị
nh
≤
U
vào min
với U
vào min
là giá
tr
ị
nhỏ nhất của điện áp đưa tới bộ ổn
đ
ị
nh
.

Ở các bộ ổn áp xung, người ta thay tranzito điều khiển
bằng một bộ
chuy
ể
n
mạch xung.
Tr
ị
số trung bình (1 chiều) của
điện áp ở lối ra được điểu
ch
ỉ
nh
nhờ
vi
ệ
c
đóng hay mở chuyển
mạch theo 1 chu kỳ xác
đ
ị
nh
và với thời gian đóng hay mở có
thể điều
ch
ỉ
nh
được theo mức độ sai lệch của U
ra
. Nếu đặt bộ

chuyển mạch điện tử
ở
mạch thứ cấp của biến áp nguồn, ta nhận
được bộ ổn áp xung thứ cấp. Trong t
r
ườ
ng
hợp ngược lại, nếu ở
mạch sơ cấp, ta có bộ ổn áp xung sơ
c
ấ
p
.
Để giảm nhỏ công suất tổn hao của biến áp, người ta chọn
tần số làm việc
c
ủ
a
chuyển mạch cao (vài kHz đến vài chục
kHz). Bằng cách đó, kích thước, trọng
l
ượ
ng
biến áp giảm vài
lần và hiệu suất năng lượng chung của bộ ổn áp có thể đạt tới
trên
80%.
Cặp chuyển mạch điện tử là các tranzito công suất làm việc
ở chế động xung (hoặc các tranzito). Việc điều khiển đóng mở
tranzito được thực hiện nhờ 1 xung vuông góc đưa tới bazơ,

có chu kỳ xung không đổi. Tồn tại 3 khả năng điều
khi
ể
n
tranzito chuyển mạch là:
•
Thay đổi độ xung vuông (tương ứng với thời gian mở hay
nối mạch của tranzito)
theo mức sai lệch của U
ra
nhờ đó điều
ch
ỉ
nh
được ở điện áp
ra ở một mức ổn
đ
ị
nh
.
•
Thay đổi độ trống của xung vuông (tương ứng với thời gian
khóa hay ngắt
m
ạ
ch
của tranzito.
Thay đổi đồng thời cả độ rộng và độ trống của xung điều
khiển. Tương ứng ở 3 khả năng trên có 3 dạng mạch nguyên lý
thực hiện như sau (kiểu thứ

c
ấ
p)
.
+ Phương pháp thay đổi độ
rộng xung:
Sơ đồ khối của phương pháp này cho trên hình 2.142.
Đặc điểm kết cấu của phương pháp này là tranzito chuyển
mạch T, cuộn chắn L
và tải mắc nối tiếp nhau, điôt mắc song
3
song với t
ả
i
.
•
Tranzito T làm việc như 1 khóa điện tử mở hoặc khóa
với tần số không
đổ
i
(khoảng 20 khz) do khối tạo xung
nh
ị
p
của phần điều khiển tạo ra. Phần điều
khi
ể
n
thực hiện việc so
sánh điện áp ra U

ra
với 1 điện áp chuẩn U
cb
(do khối tạo điện
áp chuẩn tạo ra), kết quả sai lệch được khối K khuếch đại sau đó
điều chế độ rộng xung để tạo ra xung vuông có độ rộng thay đổi
(tại khối tạo xung điều khiển) trước khi
đ
ư
a
tới khóa tranzito để
điều tiết khoảng thời gian mở của nó. Trong khoảng thời gian
ngh
ỉ
của xung điều khiển, dòng điện ra được đảm bảo nhờ tụ lọc
C và cuộn chắn L. Điôt D dùng để ngăn ngừa việc xuất hiện
điện áp tự cảm trên cuộn L quá lớn lúc
chuy
ể
n
mạch tranzito
chuyển từ mở sang khóa và do đó bảo vệ tranzito khỏi quá áp
đ
ánh
thủng U
CEngcmax
.
4
Hình 2.142: Ổn áp xung thứ cấp theo phương pháp điều
ch

ỉ
nh
độ rộng xung
đ
i
ề
u khi
ể
n
•
Một trong những phương án đơn giản để điều chế độ rộng
xung là dùng xung tam giác có chu kỳ và biên độ không đổi so
sánh với điện áp cần ổn
đ
ị
nh
như minh
h
ọ
a
trên hình 2.143.
•
Việc phân tích chi tiết sơ đồ khối hình 2.142 qua giản đồ
điện áp và đòng điện (tìm phương trình U
L
(t) và I
L
(t) qua đó xác
đ
ị

nh
dòng tuyến tính I
L
(t) và
∆
I
L
)
cho phép rút ra các kết luận
chính đối với phương pháp này là:
+ Tỷ số U
ra
/U
vào
tỷ lệ với t
mở
/T và do 0
≤
t
mở
≤
T nên 0
≤
U
ra
≤
U
vào
. Tức là dải
đ

i
ể
u
ch
ỉ
nh
của điện áp ra ổn
đ
ị
nh
nằm
trong giới hạn 0
÷
U
vào
. Điện áp ra sau bộ ổn áp luôn không lớn
hơn điện áp vào.
+ Dòng trung bình qua tranzito chuyển mạch (là dòng điện
5
vào) luôn luôn nhỏ
h
ơ
n
dòng ra tải: I
v
< I
ra
.
6
U

t
U
đ
.khi
ể
n
t
Hình 2.l43: Một phương pháp điều chế độ rộng xung nhờ 1xung
chuẩn dạng tam giác
+ Bộ ổn áp nhận năng lượng của mạch vào (U
vào
dưới dạng
không liên tục và
chuy
ể
n
năng lượng 1 chiều ra tải dưới dạng liên
tục theo thời gian).
- Phương pháp điều
ch
ỉ
nh
độ
rộng xung
Sơ đồ khối của phương pháp này được cho trên hình 2.144.
Đặc điểm kết cấu của phương pháp này là cuộn chặn L điôt
bảo vệ D và tải
m
ắ
c

nối tiếp nhau. Tranzito chuyển mạch T mắc
song song với tải phân cách qua điôt. V
i
ệ
c
phân tích nguyên lý
hoạt động tương tự như trên, qua đó có thể rút ra các nhận xét
chính sau :
Hình 2.144: Phương pháp điều
ch
ỉ
nh
độ rỗng
xung
7
+ Do sử dụng tính chất tự cảm của cuộn chặn L, có khả năng
nhận được U
ra
> U
vào
tỷ số U
ra
/U
vào
ty lệ với T/t
khóa
. Vì U
o
≤
t

khóa
≤
T nên U
vào
≤
U
ra
≤ ∞
tức là phương pháp này cho phép
nhận được điện áp ra lớn hơn điện áp vào bộ ổn
đ
ị
nh
hay dải
điều
ch
ỉ
nh
rộng hơn. Điều này có thể giải thích tóm tắt do có hiện
tượng tích lũy năng lượng t
ừ
trường trong cuộn L lúc tranzito
mở (tương ứng với khoảng thời gian t
mở
= t
x
c
ủ
a
8

xung) khi D khóa, ngắt tải khỏi mạch vào. Khi tranzito khóa
(tương ứng với
kho
ả
ng
thời gian t
ngh
ỉ
= t
khóa
năng lượng của
U
vào
kết hợp với năng lượng của U
L
qua điôt (lúc này mở) nạp
cho tụ C và cung cấp U
ra
cho t
ả
i
.
+ Năng lượng của nguồn U
vào
liên tục cung cấp cho bộ ổn áp
(trên cuộn L) và
vi
ệ
c
truyền năng lượng ra tải xảy ra dưới dạng

xung không liên t
ụ
c
.
- Phương pháp điều
ch
ỉ
nh
đồng thời độ rộng xung
và độ rỗng xung
Sơ đồ khối thực hiện phương án này cho trên hình 2.145.
Đặc điểm kết cấu ở đây là tranzito chuyển mạch và điôt mắc
nối tiếp với tải,
cu
ộ
n
chặn L mắc song song với tải phân cách
qua điôt. Khi tranzito mở, dòng do U
vào
cung cấp cho cuộn L
tích lũy năng lượng từ trường. Điốt lúc này khóa ngắt phần trước
nó khỏi mạch tải, tụ C được nạp đầy từ trước, phóng điện qua
mạch tải, cung cấp U
ra
.
Khi tranzito khóa (ứng với khoảng thời gian không có xung
điều khiển), trên L xuất hiện sức điện động tự cảm, chiều ngược
lại với U
vào
làm điôt D mở giải phóng năng lượng từ cuộn L nạp

cho C và cung cấp cho mạch t
ả
i
.
Qua việc phân tích có mấy nhận xét sau:
+ Điện áp U
L
và U
C
ngược cực tính với U
vào
do đó tại đầu ra ta
nhận được điện áp trên tải ngược cực tính với U
vào
hay bộ ổn
áp có tác dụng đảo dấu điện áp vào cần
ổ
n
đ
ị
nh
.
+ Điện áp ra được xác
đ
ị
nh
theo hệ t
h
ứ
c

:
U
ra
/ U
vào
= - t
mở
/ t
khóa
9
Hình 2.145: Phương pháp điều
ch
ỉ
nh
đồng thời t
mở
và
t
khóa
Vì t
mở
và t
khóa
luôn biến đổi
t
ỉ
lệ ngược (do chu kỳ T là
hằng số) dải cho phép nhận điện áp ra là 0
≤
|U

ra
|
≤ ∞
hay
phương pháp này cho phép điều
ch
ỉ
nh
U
ra
r
ộ
ng
nhất trong 3
phương pháp trình bày.
+ Năng lượng từ mạch vào cung cấp cho bộ ổn áp dưới dạng
xung vào bộ ổn áp truyền năng lượng ra tải cũng dưới dạng
xung.
10