nguồn một chiều cho các thiết bị điện tử, chương 4 pot

1
Chương 4: Phương pháp ổn áp xung sơ
c
ấ
p
Sơ đồ khối thực hiện phương pháp ổn
đ
ị
nh
sơ cấp cho trên
hình 2.146.
Hình 2.146: Phương pháp ổn áp xung kiểu sơ
c
ấ
p
Mạch hình 2.146 hoạt động như sau: Điện áp lưới được
ch
ỉ
nh
lưu trực tiếp
b
ằ
ng
một mạch cầu tạo nên nguồn một chiều
đối xứng cỡ
±
150V cung cấp cho hai tranzito T
1
và T
2
được

điều khiển theo kiểu đẩy kéo nhờ hai dãy xung điều khiển ngược
pha nhau có tần số khoảng 5
÷
50 kHz. Các xung điều khiển có
độ rộng thay đổi theo quy luật của điện áp sai lệch của điện áp
U
ra
(giống như phương pháp ổn
đ
ị
nh
kiểu t
h
ứ
cấp đã nói trên).
Nhờ T
1
và T
2
điện áp
±
U
o
lần lượt được đưa tới 1 biến áp
xung và tải thứ cấp của nó qua một mạch
ch
ỉ
nh
lưu hai nửa chu
kỳ, và 1 khâu lọc LC, ta

nh
ậ
n
được điện áp ra đã được ổn
đ
ị
nh
.
Đặc điểm chính của phương pháp này là ở đây
s
ử
dụng biến áp
xung làm việc ở tần số cao nên kết cấu gọn và tổn hao nhỏ.
Mạch cách ly để phân cách điện thế giữa mạch thứ và sơ cấp
bảo vệ khối điều khiển khỏi
ả
nh
hưởng của ổn áp (thường dùng
ghép biến áp hay ghép option).
Điểm lưu ý cuối cùng là trong tất cả các phương pháp đã
nêu, có thề thay khóa chuyển mạch tranzito bằng các khóa
tiristo (xem phần 2.7 tiếp sau). Khi đó,
ch
ỉ
c
ầ
n
điều
ch
ỉ

nh
thời
điểm xuất hiệu xung điều khiển mở cho tiristo (thay vì điều
khiển
độ
rộng của xung vuông điều khiển khóa tranzito) nhờ
các mạch tạo xung điều
khi
ể
n
thích
h
ợ
p
.
2
b – Ổn
đ
ị
nh
dòng
đ
i
ệ
n
Trong những thiết
b
ị
điện tử có độ chính xác, độ ổn
đ

ị
nh
cao, ngoài yêu cầu
ổ
n
đ
ị
nh
điện áp ra tải còn có yêu cầu ổn
đ
ị
nh
dòng điện qua một mạch tải nào đó. P
h
ầ
n
dưới đây đề cập tới
một vài phương pháp ổn dòng.
- Để ổn
đ
ị
nh
dòng điện qua một mạch tải (khi điện áp nguồn hay
khi
tr
ị
số tải thay
đổ
i)
ta có thể dùng phần tử ổn dòng như

barette. Dụng cụ này gồm có một sợi dây sắt hay vônfram đặt
trong bóng thủy tinh chứa hiđrô. Khi có đòng điện qua barette,
sợi dây được nung nóng làm cho điện trở của nó biến đối. Đặc
tuyến của barette được vẽ trên hình 2.147a. Khu vực làm việc
của barette là đoạn AB trong đó khi điểm làm việc
c
ủ
a
barette
biến đổi thì dòng qua nó hầu như không
đổ
i
.
3
Hình 2.147: Đặc tuyến V-A và mạch dùng Barette và mạch
ổn dòng
Hình 2.147b biểu
th
ị
mạch điện dùng barette để ổn
đ
ị
nh
dòng qua R
t
giả sử U
v
tăng thì điện trở của B cũng tăng (do nó
b
ị

nung nóng hơn), sụt áp trên B tăng bù
l
ạ
i
sự tăng của U
v
dòng nối tiếp qua B và R
t
giữ ổn
đ
ị
nh
. Barette đảm bảo sự ổn
đ
ị
nh
dòng điện với độ chính xác
±
1% khi điện áp nguồn biến đổi
±
(10-15%) các tham
s
ố
của phần tử barette là các cặp giá
tr
ị
điện áp và dòng ứng với các điểm A, B, C trên hình 2.147a.
- Tranzito như một nguồn dòng
đ
i

ệ
n
Hlnh 2.148: Mạch ổn dòng dùng tranzito ở chế độ độ không
bão hòa
Một phương pháp phổ biến hơn để ổn
đ
ị
nh
dòng điện là sử
dụng tranzito làm việc ở đoạn nằm ngang của đặc tuyến ra của
nó. Khi đó, điện trở vi phân của tranzito khá lớn (là yêu cầu cần
thiết đổi với 1 nguồn dòng gần với lý tưởng) trong khi điện t
r
ở
1 chiều lại
nh
ỏ
.
4
Hình 2.148 đưa ra một mạch ổn dòng đơn giản dùng tranzito
mắc theo sơ đồ EC có hồi tiếp âm dòng điện trên R
E
, điện trở tải
được mắc nối tiểp với tranzito ở
m
ạ
ch colec
t
ơ
.

•
Khi U
CE
> U
CẸ bão hòa
, dòng điện mạch ra I
c
= I
ra
≈
I
E
gần
như không thay đổi cho t
ớ
i
khi tranzito
b
ị
bão hòa :
5
E
R
I
ra
U
≈ I
E
=
E

U -
U
=
B
BEO
R
E
(2-273)
Điện trở trong của nguồn dòng khi đó được xác đinh
b
ở
i
r
i
=
dU
ra
dI
=
r
cE
1+
(
R
//
R
β
R
E
)

+ r +
R
(2-274)
ra 1 2 BE E
Ví dụ với I
ra
= 1mA r
CE
= 100kΩ
R
E
= 5kΩ β = 300
U
E
= 5V
r
BE
=
β
U
T
I
c
≈
300
.
25mV
mA
≈
7.5kΩ

1
R
1
// R
2
= 10kΩ
ta nhận được giá
tr
ị
nội trở
nguồn là
r
i
= 7,6 MΩ
•
Để tránh ảnh hưởng của R
1
// R
2
làm giảm r
i
, R
2
được
thay bằng điôt ổn áp Đ2
đ
ể
ổn
đ
ị

nh
điện áp U
B
và có tác dụng
bù nhiệt cho U
BE
(h. 2.148b).
•
Có thể dùng FET loại thường mở (JFET) làm phần tử ổn
dòng như trên hình 2.148 c, d khi đó nội trở nguồn dòng được
xác
đ
ị
nh
bởi :
r
i
= r
DS
+ M.R
s
= r
DS
(1 + SR
s
) (2-275)
với r
DS
là điện trở máng - nguồn lúc U
GS

= 0 và S là độ dốc
(hồ dẫn) của đặc tính truyền đạt, của FET. Thường giá
tr
ị
nội trở
của nguồn dùng loại này thấp hơn
1
÷
2 c
ấ
p
so với loại dùng BST.
•
Để nâng cao chất lượng ổn
đ
ị
nh
của dòng điện trên R
t
người
ta sử dụng các
m
ạ
ch
ổn dòng kiểu "gương dòng điện" như biếu
th
ị
trên
hình 2.149 a và b.
6

R
Với mạch 2.149 (a) tương tự như trên, dòng điện ra được xác
đ
ị
nh b
ở
i
:
I
ra
=
I
E
=
U
B
−
U
BEO
R
E
=
I
v
.
R
2
R
E
(2-276)

Do U
E
tăng 2mV/
0
C nên việc đưa thêm điôt Đ vào nhánh có
R
2
sẽ bù điện áp UB
lên 1 lượng tương ứng (theo nhiệt độ), hay lúc đó U
D
≈
U
BEO
, rút
ra :
I
=
R
2
(2-277)
ra
I
v
E
180
Nghĩa là dòng điện mạch ra tỷ lệ với đòng I
v
ở mạch vào
(cũng từ lý do này mạch có tên là “gương dòng
đ

i
ệ
n
".
Hình 2.149: Sơ đồ gương dòng điện đơn
gi
ả
n
Trong mạch 2.149 b, điôt D được thay thế bằng T
1
nối theo
kiểu điôt. Chế
độ
của T
1
là bão hòa vì U
CE1
= U
BE1
= U
CEbhòa
Vì U
BE1
= U
BE2
nên
I
B1
= I
B2

= I
B
và I
C1
= I
C2
= βI
B
suy ra : I
v
= β
1
I
B
+ 2 I
B
I
ra
= β
2
I
B
và với
β
1
= β
2
=
β
ta

có
I
r
a
=
β
I
β
+
2
v
≈
I
v
(2-278)
181
nghĩa là trên 2 nhánh vào và ra có sự cân bằng dòng
điện; mạch cho khả năng làm việc cả khi R
E
= 0. Tuy
nhiên việc có thêm R
E
sẽ bù sai lệch giữa T
1
và T
2
cũng
nh
ư
làm tăng nội trở của nguồn dòng.