Thiết kế bộ biến đổi điện năng xoay chiều thành một chiều theo phương pháp điều biến độ rông xung

LờI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Ngô Thuỳ Linh
Mã số sinh viên: 0962020026
Sinh viên lớp: ĐL - ĐĐT 3
Nghành: CN Kỹ thuật Điện - Điện tử
Trờng Đại học S phạm Kỹ thuật Nam Định
Xin cam đoan: Đề tài: Thiết kế bộ biến đổi điện năng xoay chiều thành một
chiều theo phơng pháp điều biến độ rộng xung là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng.
Nếu sai tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trớc hội đồng bảo vệ đồ án và pháp luật.
TP. Nam Định, ngày tháng 02 năm 2011
Sinh viên
Ngô Thuỳ Linh
1
Mở đầu
1. Đặt vấn đề.
Khoa học công nghệ đang trên à phát triển, hầu hết các thiết bị đều liên
quan đến nguồn điện. Điện là nguồn năng lợng không thể thiếu trong đời sống
sinh hoạt hàng ngày của con ngời cũng nh trong việc sản xuất kinh doanh. Hiện
nay nớc ta đang trên đờng công nghiệp hóa, hiện đại hóa, nhiều thiết bị đợc đa vào
sản xuất đòi hỏi phải có nguồn điện cung cấp liên tục, vì nguồn cung cấp điện là
một vấn đề đợc quan tâm hàng đầu.
Nhiều thiết bị đợc sủ dụng trong đời sống hàng ngày đòi hỏi phải đợc cung
cấp điện một cách liên tục không gián đoạn nh Máy tính để lu lại dữ liệu khi mất
điện đột ngột... Vì vậy để giữ cho nguồn điện đợc liên tục thì chúng ta phải có một
bộ nguồn dự phòng để khi mất điện lới thì nguồn dự phòng hoạt động làm thiết bị
ta đang sử dụng không bị ngng hoạt động, đó là vấn đề cần đợc quan tâm trong
việc cung cấp nguồn cho các thiết bị điện.
2. Tầm quan trọng của đề tài.
Đề tài về nguồn điện là một đề tài đợc thực hiện khá nhiều lần từ trớc đến
nay. Thiết nghĩ nguồn là một hệ thống không thể thiếu trong tất cả các lĩnh vực.

Bên cạnh đó nguồn dự phòng cũng rất là quan trọng khi ma thiết bị chúng ta sử
dụng gặp phải sự cố về nguồn nh mất nguồn hay điện áp giảm đột ngột thì dễ gây
h hại cho máy móc. Đồng thời ở những nơi đòi hỏi tính liên tục của nguồn điện
nh sân bay, bu điện... để đảm bảo dữ liệu không bị mất và không xảy ra những hậu
quả khác. Để những điều trên không xảy ra thì chúng ta phải có một bộ nguồn dự
phòng cho tất cả các thiết bị mà ta đang sử dụng. Ngày nay, trong các lĩnh vực nh
bu chính viễn thông, hàng không, trong các hệ thống bảo vệ,... thì nguồn dự phòng
cho các hệ thống điện tử đợc quan tâm hàng đầu.
2
3. Giới hạn đề tài.
Việc chuyển đổi điện áp từ xoay chiều (AC) sang một chiều (DC) và việc
chuyển mạch cấp điện là những phần quan trọng trong bộ nguồn dự phòng, nó
đảm bảo cho thiết bị hoạt động bình thờng nh khi sử dụng nguồn điện lới ổn định.
Trong phạm vi đề tài này, em sẽ đi sâu vào việc tìm hiều nguyên lý hoạt động của
nguồn UPS (Unit Power Supply) và thi công một bộ nguồn chuyển đổi điện áp
xoay chiều sang điện áp một chiều theo phơng pháp điều biến độ rộng xung.
4. Mục đích nghiên cứu.
Để đáp ứng nhu cầu cung cấp điện ngày càng cao của các thiết bị Điện -
Điện tử thì đòi hỏi nguồn điện cung cấp phải đạt chất lợng ổn định cao cũng nh
việc trang bị các thiết bị điện dự phòng và đa vào sử dụng khi nguồn điện mất
hoàn toàn. Xuất phát từ những yêu cầu đó và dựa trên những kiến thức cơ bản đã
đợc học ở trờng, em đã mạnh dạn chọn đề tài Thiết kế bộ biến đổi điện năng
xoay chiều thành một chiều theo phơng pháp điều biến độ rộng xung. Trong
khi nghiên cứu, em đã thi công một bộ chuyển đổi điện áp từ 220 VAC thành 12
VDC. Đề tài này có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Ngoài ra trong quá trình
thực hiện đề tài, em có thể củng cố kiến thức, đồng thời học thêm đợc những kiến
thức mới.
5. Phơng pháp và phơng tiện nghiên cứu.
Sau khi chọn và chính xác hóa đề tài với đề cơng nghiên cứu đã soạn xong
thì bắt tay vào việc thu thập dữ kiện dùng làm những chất liệu hình thành công

trình nghiên cứu một cách khoa học. Trong nghiên cứu khoa học thờng sử dụng
các phơng pháp thu thập dữ kiện chung cho mọi khoa học xã hội, đó là phơng
pháp tham khảo tài liệu, điều tra phỏng vấn... mỗi phơng pháp dữ vai trò cho từng
loại nghiên cứu khác nhau. Tuy nhiên các phơng pháp khác vẫn đợc dùng để bổ
sung, các phơng pháp đều đợc vận dụng để thu thập dữ kiện trong đó có một ph-
ơng pháp giữ vai trò chủ đạo.
Phơng pháp thực nghiệm: Trong quá trình nghiên cứu em sử dụng
Testboard và một số thiết bị khác để kiểm tra hoạt động của mạch.
3
Tham khảo ý kiến Thầy cô, bạn bè.
Phơng pháp khảo sát: ở đây em có kháo sát một bộ Converter đợc bán trên
thị trờng từ đó tìm hiều nguyên lý cụ thể của chuyển đổi.
Phơng pháp phân tích: Phân tích yêu cầu của đề tài và dựa vào kiến thức cơ
bản của bản thân để từ đó chọn phơng án thực hiện đồ án.
6. Cấu trúc đồ án.
Đồ án đợc em trình bày trong 3 chơng:
- Mở đầu
- Chơng 1: Cơ sở lý thuyết và thực tiễn bộ biến đổi năng lợng điện
- Chơng 2: Cơ sở thiết kế bộ biến đổi AC/DC trong công nghiệp
- Chơng 3: Nguyên cứu, thiết kế bộ biến đổi AC/ DC có mass cách ly sử
dụng trong công nghiệp.
- Kết luận.
4
Chơng I: cơ sở lý thuyết và thực tiễn của các bộ
biến đổi năng lợng điện
1.1. Cơ sở lý thuyết trong biến đổi năng lợng
1.1.1 Các bộ biến đổi năng lợng trực tiếp
1.1.1.1 Bộ biến đổi ac dc
Bộ biến đổi AC DC là các mạch chỉnh lu có nhiệm vụ biến đổi dòng điện xoay
chiều thành dòng điện một chiều.

Có nhiều cách để phân loại mạch chỉnh lu:
- Dựa theo số pha nguồn cấp ta có: chỉnh lu một pha, chỉnh lu hai pha, chỉnh lu ba
pha và chỉnh lu sáu pha.
- Dựa theo loại van bán dẫn:
+ Mạch van dùng toàn diode, đợc gọi là chỉnh lu không điều khiển
+ Mạch van dùng toàn SCR, đợc gọi là chỉnh lu điều khiển
+ Mạch chỉnh lu dùng cả diode và SCR, đợc gọi là chỉnh lu bán điều khiển.
- Dựa theo sơ đồ mắc: Sơ đồ chỉnh lu hình tia, sơ đồ chỉnh lu hình cầu.
Trong phạm vi đồ án nghiên cứu về hệ thống điều khiển cho các bộ biến đổi, ta
chỉ xét các mạch chỉnh lu điều khiển và chỉnh lu bán điều khiển.
Cấu trúc chỉnh lu nh hình vẽ:
Hình1.1: Sơ đồ khối bộ chỉnh lu
Điện áp từ lới điện đợc đa qua biến áp để là giảm áp, sau đó đợc đa qua bộ
chỉnh lu để nắn dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều nhấp nhô. Dòng
điện này đợc san phẳng bởi bộ lọc để lấy ra dòng điện một chiều bằng phẳng.
Các thông số cơ bản của chỉnh lu
5
BA
CL Lọc
U
1
, P
1
U
2
, P
2
U
=
, P

=
- Điện áp tải:
- Dòng điện tải: I
d
= U
dc
/R
d
- Dòng điện chạy qua van: I
V
= Id/m
- Điện áp ngợc của van: U
N
= U
max
- Công suất biến áp:
- Số lần đập mạch trong một chu kì (m)
- Độ đập mạch (nhấp nhô) của điện áp tải
1. 1.1.2 Bộ biến đổi AC AC
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều đợc sử dụng để thay đổi trị hiệu dụng của
điệp áp ngõ ra. Nó đợc mắc vào nguồn xoay chiều dạng sin với tần số và trị hiệu
dụng không đổi và tạo ở ngõ ra điện áp xoay chiều có cùng tần số nhng trị hiệu
dụng điều chỉnh đợc. Điện áp đáp ứng ở ngõ ra thay đổi nhanh và liên tục.
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều chỉ điều chỉnh đợc trị hiệu dụng dòng điện
xoay chiều nhng dòng điện không còn dạng sang sin, do đó nó không sử dụng đợc
cho phụ tải cần dòng dạng sin nh máy biến áp, động cơ không đồng bộ công suất
lớn hơn vài trăm W. Tuy nhiên nếu phụ tải không cần dòng dạng sin nh mạch
nhiệt ding điện trở thì Bộ biến đổi điện áp xoay chiều có u điểm nổi bật do công
suet tiêu tán nhiệt của linh kiện đóng ngắn bán dẫn không cao nh biến trở.
Bộ biến đổi điện áp xoay chiều đợc sử dụng để điều khiển công suất tiêu thụ

của các tải nh lò điện trở, bếp điện, quảng cáo
1.1.1.3 Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha
* Sơ đồ mạch điện
Bộ điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha gồm 2 SCR mắc song song ngợc
nhau. Khi tải có công suất nhỏ có thể thay 2 SCR bằng một triac
6
( )

=
T
0
dd
d.u
T
1
U
dsd
BA2BA1
BA
U.k
2
SS
S
=
+
=
SCR
2
Z
SCR

1
u
~
Hình 1.2: Mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha
* Nguyên lý hoạt động
Hình1.3: Dạng sóng mạch điều chỉnh điện áp xoay chiều một pha
Khi kích SCR
1
trong bán kỳ dơng với góc kích hoặc kích SCR
2
trong bán kỳ âm
với cùng góc kích thì :
u
R
= U
m
sin t = U
m
sin
Sau khi SCR
1
hoặc SCR
2
ngng dẫn, u
R
= 0. Do 2 SCR mắc ngợc chiều nhau nên
u
SCR1
= -u
SCR2

khi có một trong hai SCR dẫn.
u
R
= U
m
sin khi SCR
1
hoặc SCR
2
dẫn
u
R
= 0 khi SCR
1
và SCR
2
không dẫn
u
SCR1
= -u
SCR2
= 0 khi SCR
1
hoặc SCR
2
dẫn
u
SCR1
= -u
SCR2

= U
m
sin khi SCR
1
và SCR
2
không dẫn
Trị hiệu dụng điện áp ra tải bằng:
7
u~
SCR
1
u
R

2

3

0




u
SCR1
=
-u
SCR2
SCR

1
SCR
2


( )







2
2sin
1sin2
2
1
2
0
2
+==

UdUU
R
Khi thay đổi từ 0 đến thì U
R
thay đổi từ U đến 0.
Trị số hiệu dụng của dòng điện trên tải: I = U
R

/z
Công suất tác dụng trên tải: p
t
= u
r
.i = u
r
2
/i
Để đơn giản chỉ nên dùng một mạch điều khiển kích đồng thời cả SCR
1
lẫn SCR
2
,
mỗi chu kỳ kích 2 xung.
1 1.1.4 Bộ biến đổi DC AC
Bộ biến đổi DC AC chính là các mạch nghịch lu độc lập. Nó có nhiêm
vụ biến đổi dòng điện một chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số ra có thể
thay đổi đợc và làm việc phụ tải độc lập.
Nguồn một chiều thông thờng là điện áp chỉnh lu, ắc quy và các nguồn một
chiều độc lập khác.
1.1.1.5 Nghịch lu dòng một pha
Nghịch lu dòng là thiết bị biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều
có tần số tuỳ ý.
Đặc điểm cơ bản của nghịch lu dòng là nguồn một chiều cấp điện cho bộ
biến đổi phải là nguồn dòng, do đó điện cảm đầu vào L
d
thờng có giá trị lớn vô
cùng để đảm bảo dòng điện là liên tục.
a) Sơ đồ mạch điện

8
i
d
+
-
T
1
T
2
T
3
T
4
i
c
i
z
i
N
Hình 1.4: Sơ đồ mạch điện nghịch lu dòng một pha
Mạch điện sử dụng 4 SCR có nhiệm vụ đóng ngắt
Trong mạch điện gồm R tải, tự cảm L và điện dung C tạo thành mạch cộng hởng
LCR, làm cho dòng qua SCR giảm về 0 và SCR tự tắt.
b) Nguyên lý làm việc
Tín hiệu điều khiển đợc đa vào SCR T
1
,T
2
thì lệch pha với tín hiệu điều khiển đa
vào T

3
, T
4
một góc 180
0
.
Điện cảm đầu vào của nghịch lu đủ lớn (L = ), do đó dòng điện đầu vào đ ợc san
phẳng, nguồn cấp cho nghịch lu là nguồn dòng và dạng dòng điện của nghịch lu
(i
N
) có dạng xung vuông.
Hình1.5: Dạng sóng mạch
điện nghịch lu dòng một pha
Khi đa xung vào mở cặp van T
1
, T
2
, dòng điện i
N
= i
d
= I
d
. Đồng thời dòng qua tụ
C tăng lên đột biến, tụ C bắt đầu đợc nạp điện với dấu + ở bên trái và dấu - ở
bên phải. Khi tụ C nạp đầy, dòng qua tụ giảm về 0. Do i
N
= i
C
+ i

Z
= I
d
= hằng số,
nên lúc đầu dòng tải nhỏ và sau đó dòng qua tải tăng lên. Sau một nửa chu kỳ ngời
ta đa xung vào mở cặp van T
3
, T
4
. Cặp T
3
, T
4
mở tạo quá trình phóng điện của tụ C
từ cực + về cực . Dòng phóng ngợc chiều với dòng qua T
1
và T
2
sẽ làm cho
T
1
và T
2
bị khoá lại. Quá trình chuyển mạch xảy ra gần nh tức thời. Sau đó tụ C sẽ
đợc nạp điện theo chiều ngợc lại với cực tính + ở bên phải và - ở bên trái.
Dòng nghịch lu i
N
= i
d
= I

d
nhng đã đổi dấu. Tiếp đó, ngời ta đa xung vào mở T
1
, T
2
thì T
3
, T
4
sẽ bị khoá lại và quá trình đợc lặp lại nh trớc.
9





0
0
0
0
i
d
i
c
i
Z
i
T
1
i

T
2
T
I
d
1.1.1.6 Nghịch lu áp một pha
a) Sơ đồ mạch điện
Nghịch lu áp là thiết bị biến đổi nguồn áp một chiều thành nguồn áp xoay chiều
ba pha với tần số tuỳ ý.
Nghịch lu áp đợc sử dụng van điều khiển hoàn toàn.
Hình1.6: Sơ đồ mạch điện nghịch lu áp một pha
Giả thiết các van động lực là các khoá diện tử lý tởng, tức là thời gian đóng
và mở bằng không, nên điện trở nguồn bằng không.
Mạch điện gồm 4 van động lực chủ yếu là: T
1
, T
2
, T
3
, T
4
và các diode D
1
,
D
2
, D
3
, D
4

dùng để trả công suất phản kháng của tải về lới và nh vậy tránh đợc
hiện tợng quá áp ở đầu nguồn.
Tụ C đợc mắc song song với nguồn để đảm bảo cho nguồn đầu vào là
nguồn một chiều. Nh vậy tụ C thực hiện việc tiếp nhận công suất phản kháng của
tải, đồng thời tụ C còn đảm bảo cho nguồn đầu vào là nguồn áp.
b) Nguyên lý làm việc
ở nửa chu kỳ đầu tiên (0 ữ
2
), cặp van T
1
, T
2
dẫn điện, phụ tải đợc đấu vào
nguồn. Do là nguồn áp nên điện áp trên tải U
t
= E (hớng dòng điện là đờng nét
liền). Tại thời điểm (0 =
2
), T
1
, T
2
bị khoá đồng thời T
3
, T
4
mở ra. Tải sẽ đợc đấu
10
T
1

T
4
T
3
T
2
D
3
D
2
D
1
D
4
Zt
i
d
CE
+
-
i
t




u
t
i
t

0
i
T1
,2
0
i
D1
,2

0

i

0
E
vào nguồn theo chiều ngợc lại, tức là dấu điện áp trên tải sẽ đảo chiều và U
t
= -E
tại thời điểm
2
. Do tải mang tính trở cảm nên dòng vẫn giữ nguyên hớng cũ (đờng
nét liền). T
1
, T
2
đã bị khoá, nên dòng phải khép mạch qua D
3
,D
4
. Suất điện động

cảm ứng trên tải sẽ trở thành nguồ tra năng lợng thông qua D
3
, D
4
về tụ C (đờng
nét đứt).
Tơng tự nh vậy khi khoá cặp T
3
, T
4
dòng tải sẽ khép mạch qua D
1
, D
2
.
Hình1.7: Dạng
sóng mạch điện
nghịch lu áp một pha
1. 1.1.7 Bộ biến đổi DC _DC
Bộ biến đổi DC _DC còn gọi là bộ băm áp một chiều. Các bộ băm áp một
chiều có thể thực hiện theo sơ đồ mạch nối tiếp (phần tử đóng cắt mắc nối tiếp với
tải) hoặc theo sơ đồ mạch song song (phần tử đóng cắt đợc mắc song song với tải
1.1.2 Các bộ băm áp một chiều nối tiếp
Bộ biến đổi DC _DC chính là bộ biến đổi điện áp một chiều dùng để điều
khiển giá trị trung bình điện áp một chiều ở ngõ ra từ một nguồn điện áp một
chiều không đổi ở ngõ vào.
11
U
1
Z

d
U
d
K
+
_
U
1
t
1
U
t
2
T
CK
U
d
t
U
TB
Hình 1.8 :Sơ đồ mạch băm áp một chiều nối tiếp tải thuần trở
Mạch băm áp một chiều nối tiếp là mạch có phần tử chuyển mạch tạo các
xung điện áp đợc mắc nối tiếp với tải.
Điện áp một chiều đợc điều khiển bằng cách điều khiển thời gian đóng khoá K
trong chu kì đóng cắt. Trong khoảng 0 ữ t
1
khoá K đóng, điện áp tải bằng điện áp
nguồn (U
d
= U

1
), trong khoảng t
1
ữ t
2
khoá K mở, điện áp tải bằng 0.
Dòng điện tải cũng có dạng nh điện áp tải.
Trị số trung bình điện áp một chiều đợc tính
1.1.2.1 :Băm áp một chiều song song
a) Sơ đồ
12
1
1
0
1
.
1
1
U
T
t
dtU
T
U
ck
t
CK
TB
==

Trong sơ đồ này, tải đợc mắc song song với khóa K
Hình1.9: Sơ đồ mạch băm áp một chiều song song
b) Nguyên lý làm việc
Hình1.10: Giản đồ thời gian
Khi khoá K đóng, dòng điện từ dơng nguồn qua R qua khoá K về âm nguồn,
không có dòng qua tải, điện áp và dòng điện tải bằng 0.
Dòng điện qua khoá K đợc xác định: i
S
= U
1
/R
Khi khoá K hở, dòng điện từ dơng nguồn qua R R
d
về âm nguồn
Dòng điện và điện áp tải đợc xác định:
13
d
d
d
d
T
R
RR
U
U
RR
U
i
+
=

+
=
11
;
t
t
t
T
CK
t
1
i
S
i
T
U
d
0
0ữt
1
- khoá K đóng
t
1ữ
T
CK
- khoá K hở
U
d
K
-

+
R
i
S
i
T
U
1
R
t
R
d
U
d
U
1
L
d
K
E
d
-
+
D
0
i
S
i
N
i

d
0
t
t
t
T
CK
t
1
i
S
i
N
U
d
0
1.1.2.3 Băm áp có hoàn trả năng lợng về nguồn
Trờng hợp này xét khi tải có sức điện động (ví dụ cấp điện một chiều về nguồn
tải thuần trở)
Trong khoảng thời gian 0 ữ t
1
khoá K đóng, có dòng điện i
s
chay theo đờng:
+E
d
R
d
K -E
d

Độ lớn dòng i
S
phụ thuộc vào độ lớn ủa E
d
.
Trong khoảng thời gian t
1
ữ t
2
khoá K hở, dòng điện chạy ngợc về nguồn chỉ tồn
tại khi E
d
> U
1
lúc đó có dòng i
N
đợc xác định:
d
d
N
R
UE
i
1

=
Hình 1.11: Băm áp có hoàn trả năng lợng về nguồn tải R+E
Xét trờng hợp khi tải điện cảm và có sức điện động (ví dụ động cơ làm việc ở
chế độ hạ tải
Hình 1.12: Băm áp có hoàn

trả năng lợng về nguồn tải R+E +L
14
b.
R
d
U
d
U
1
K
E
d
-
+
i
S
i
N
a.
0
t
t
t
t
2
t
1
i
S
i

N
U
d
0
1.1.2.3 Băm áp nối tiếp, song song kết hợp
-Khi nhận năng lợng từ lới, điều khiển K
N
.
Trong trờng hợp tải làm việc cả chế độ nhận năng lợng và trả năng lợng, sơ đồ
phối hợp nối tiếp và song đợc sử dụng.
- Khi trả năng lợng về lới, điều khiển K
S
.
Hình 1.13: Băm áp nối tiếp, song song kết hợp
15
U
d
U
1
K
S
R
d
L
d
E
d
-
+
D

1
K
N
D
2
1.1.3. Các bộ biến đổi năng lợng gián tiếp sử dụng PWM
1.1.3.1.Sơ đồ khối mạch ổn áp ngắt mở dùng mass chung:
Hình 1.14: khối mạch ổn áp ngắt mở dùng mass chung
*Đặc điểm:điện áp ra: U
R
=T
ON
. U
VAO
/T
T
ON
là thời gian đóng SW(thành phần ngắt mở nối tiếp với tải)giá trị U
R
<U
VAO
.Dòng
điện cung cấp cho mạch ổn áp là không liên tục, dòng cung cấp cho tải là liên tục,
để điện áp ra thay đổi độ rộng xung T
ON
, tần số xung hoặc cả hai.
*Nhiệm vụ các khối:
Khối AC/DC thực hiện nắn chỉnh lu điện áp từ lới AC 110V-220V thành điện áp
một chiều và đợc lọc sơ bộ.
Phần tử lấy mẫu:lấy điện áp sau ổn áp đa về khối dò sai.

Khối dò sai:so sánh điện áp lấy mẫu với điện áp chuẩn.
Khối tạo dao động: tạo ra xung để đa đến khối điều chế.
Điều khiển xung: lấy điện áp sai lệch từ dò sai để khống chế dao động đa đến
khuyếch đại xung.
Khuyếch đại xung: điều khiển khoá K ngắt mở theo dao động.
*Nguyên lý làm việc:
16
Chỉnh
lưu
Lọc
KĐ xung
R
C
D
L
Lấy mẫu
Dò sai
Tạo điện
áp chuẩn
Điều chế
xung
Tạo xung
Pulse Modulation
Sampling
Pulse Amp
Pulse Gen
Error Amp
Reference
Voltage
V

0
Điện áp sau khi qua lọc sơ bộ đợc đa đến chuyển mạch điện tử. Chuyển mạch SW
sẽ đóng mở theo nhịp của bộ điều chế xung đa đến đầu ra của tải có xung vuông
. Khi đến diode D khép kín mạch nh vậy dòng qua tải là dòng liên tục.
Hoạt động ổn áp: điện áp cấp cho tải đợc lấy mẫu đa đến dò sai. Tại đây sẽ so
sánh với điện áp chuẩn, khi có sai lệch thì dò sai sẽ tạo ra một tín hiệu đa đến điều
chế xung làm cho xung có sự thay đổi. Sự thay đổi này phải thoả mãn sao cho điện
áp cấp cho tải phải ổn định.
*Ưu nhợc điểm:
Ưu điểm: hiệu suất làm việc lớn, độ ổn định cao.
Nhợc điểm: mass của nguồn và tải không cách ly, khi phần tử đóng cắt xảy ra sự
cố chạm chập có thể gây ra nguy hiểm cho tải, ngời sử dụng và ngời sửa chữa.
1.1.3.2:.Sơ đồ khối của mạch ổn áp ngắt mở mass cách ly:
*Sơ đồ:

Hình 1.15: Sơ đồ khối của mạch ổn áp ngắt mở mass cách ly
*Nguyên lý hoạt động:
Điện áp DC đợc đa qua bộ lọc nhiễu rồi đa vào sơ cấp biến áp switching.
Giả sử U
V
tăng làm cho U
R
có xu hớng tăng. Phần tử lấy mẫu lấy điện áp về so
sánh với điện áp chuẩn. Điện áp sai lệch đợc đa đến khối điều chế xung điều khiển
thời gian mở của TZT ngắn lại điện áp ra không tăng.
Khi U
V
giảm làm cho U
R
có xu hớng giảm. Phần tử lấy mẫu lấy điện áp về so

sánh với điện áp chuẩn. Điện áp sai lệch đợc đa đến khối điều chế xung điều khiển
thời gian mở của TZT dài ra điện áp ra không tăng.
17
DC Lọc
Start
Điều chế
xung
Lấy
mẫu
Dao
động
Dò sai
KĐ đệm
V
0
V
02
V
01
SW
f
H
Điện áp
chuẩn
*Đặc điểm của mạch:
Mass nguồn sơ cấp và mass thứ cấp đợc cách ly bởi biến áp xung. Trong thời
gian khoá đóng có dòng điện chảy qua sơ cấp của biến áp xung và khoá SW. Trong
thời gian khoá hở trên cuộn sơ cấp sinh ra dòng điện sảm ứnghai đầu cuộn thứ
cấp biến áp xung cũng xuất hiện điện áp cảm ứng.
Mạch này có u điểm hiệu suất khá cao, kích thớc tán nhiệt nhỏ.

Điện áp R
0
có thể cao hơn hoặc thấp hơn điện áp vào, cực tính của điện áp ra có
thể thay đổi tuỳ ý phụ thuộc vào cách mắc mạch chỉnh lu và lọc ở ngõ ra.
Mô hình này đợc sử dụng nhiều trong TV màu.
1.2.Một số bộ biến đổi năng lợng trong thực tế
1. 2.1 Nguồn UPS
UPS bao gm hai dũng chớnh online v offline :
Dũng offline: khi ngun in li cũn ỏp ng c, nú s c a thng ti
thit b s dng. Trng hp cú s c v ngun in li, b chuyn mch s
chuyn sang ch dựng c quy, dũng in mt chiu t c quy s c bin
i thnh dũng xoay chiu phự hp cho thit b s dng.
Vi nguyờn lý hot ng nh trờn, ta thy dũng offline cú nhc im l khi
chuyn mch dũng xoay chiu s cú tr nờn cỏc thit b cú s nhy cm cao
s khụng phự hp vi loi n ỏp ny
Dũng online: ngay c khi ngun in li cũn ỏp ng c nú cng khụng
c a thng ti thit b s dng m phi a qua b chuyn mch thnh
dũng mt chiu np vo c quy, ri t c quy dũng in mụt chiu li c
bin i tr li thnh dũng xoay chiu v cp cho thit b s dng.
Vi nguyờn lý hot ng ny, ngun in cung cp cho thit b s dng
luụn c ly t c quy nờn cú n nh cao v khụng b tr nh loi offline.
Ngoi ra dũng online cũn cú phn mm qun lý i kốm, cú mn hỡnh LCD
giỳp ngi s dng thit lp cỏc thụng s cho UPS hot ng ỳng theo nhu
cu hin ti ca mỡnh nh hn gi tt m, iu chnh in ỏp
18
Nguồn Santak
- Model TG 500
- Dòng offline
- Công suất 300w
- Điện áp đầu vào 220VAC

- Nguồn lu trữ 12,7 V
- Có khả năng cung cấp điện tối đa là 10
tiếng
*Nguồn Upselect
Hóng sn xut : UPSELECT
Cụng sut(VA) : 500
Thi gian lu in ti a (1PC) : 8 phỳt
in ỏp vo : 220V
in ỏp ra : 220V
Thi gian sc li in (t 90%) : 7 gi
Hin th, giao tip :
o ốn LED hin th
o 2 ra
1.2.2 Nguồn PC
Cú hai loi ngun: Ngun kiu xung v ngun tuyn tớnh
- Ngun kiu xung AT (Advanced Technology):
Mch ngun xung (cũn gi l ngun ngt/m - switching) l mch nghch lu
thc hin vic chuyn i nng lng in mt chiu thnh nng lng in
xoay chiu.
*u im:
n gin, d tớnh toỏn thit k, d lp rỏp.
*Nhc im:
19
Cho phép dung sai linh kiện rất thấp. Không cách ly được mass sơ cấp và thứ
cấp nên gây giật cho người sử dụng, gây nguy hiểm cho các linh kiện nhạy cảm.
Chính vì vậy nguồn kiểu này hiện nay rất ít được sử dụng
Nguồn tuyến tính ATX (Advanced Technology EXtended):
Cáp nối bộ nguồn ATX với Mainboard chỉ có một đầu dây nối 20 dây. Và có
nhiều đầu nối 4 dây với 2 loại kích cỡ (loại lớn để cấp nguồn cho HDD, CD-
ROM, … loại nhỏ cấp nguồn cho FDD). Dây công tắc được nối với Mainboard

để kích nguồn. Loại này khi Shutdown máy tính thì không phải bật tắc nguồn,
nó tự động tắt điện. Các đầu nối (in/out) được thiết kế sẵn trên Mainboard.
Nguồn máy tính là loại nguồn phi tuyến, khác với nguồn tuyến tính ở chỗ:
Nguồn tuyến tính (thường cấu tạo bằng biến áp với cuộn sơ cấp và cuộn thứ
cấp) cho điện áp đầu ra phụ thuộc vào điện áp đầu vào.
Nguồn phi tuyến cho điện áp đầu ra ổn định ít phụ thuộc vào điện áp đầu vào
trong giới hạn nhất định cho phép
20
• Nguồn ATX Golden 450W
- Model: 450W
- Chuẩn: 12V V1.3
- Hệ thống làm m¸t: Quạt 8cm. Tho¸t nhiệt
dạng tổ ong.
- C¸c kết nối: 4xATA, 1x4Pin +12V, 1x4Pin
FDD, 1x20+4Pin Main Connector.
- KÝch thước: 150x140x86mm
• Nguồn Golden Field 500W
- GoldenField Game - 500W - PFC(ATX-
12V 2.2)
- KÝch thước 160x150x86mm
- C¸c kết nối: 5x5Pin S-ATA,
3xATA, 2x4Pin+12V, 1x4Pin
FDD, 1x20+4Pin.
- Quạt 14 cm. Tho¸t nhiệt tổ ong
- TÝnh năng nổi bật: PFC, điều
khiển quạt th«ng minh, bảo vệ,
qu¸ ¸p, qu¸ tải, qu¸ dßng, qu¸
c«ng suất, sử dụng 2 kết nối + 12V cấp điện cho hệ thống chuyªn dụng (Đồ
họa cao cấp..)
• Nguồn Switching

Tên sản phẩm : Switchwell bộ nguồn xung 24V 100W 4.5A
- Bảo vệ chống quá tải và ngắn mạch
- Tiếng ôn thấp.
- Có bộ lọc EMI bên trong
- Điện áp vào: 110/220VAC.
21
• Ngu ồ n xung ổ n ¸p SPA & SPC1
Tªn sản phẩm : Autonics bộ nguồn xung ổn ¸p SPA-100-12
- Đặc điểm chính
* Bao gồm mạch bảo vệ quá áp và quá nhiệt, bảo vệ ngắn mạch ngõ ra, quá
dòng
* Đúng theo quy định an toàn IEC60950,
IEC50178
* Đúng theo EN61000-6-2 cho EMS
* Đúng theo EN61000-6-4 cho EMI
- Thông số kỹ thuật
* Điện áp ngõ ra : 12VDC
* Công suất ngõ ra : 100W
* Nguồn cấp : 100-240VAC, 100-120/200-
240VAC
* Tần số : 50/60Hz
- Ứng dụng
Ứng dụng cho nhiều loại máy móc công nghiệp
và máy móc truyền thông đòi hỏi công suất tiêu thụ thấp và trọng lượng nhẹ
22
Chơng II:
Cơ sở thiết kế bộ biến đổi AC/DC
trong công nghiệp
2.1.Sơ đồ khối của bộ biến đổi

*Nhiệm vụ các khối:
-Input filter: lọc nhiễu đầu vào xoay chiều
-Bridge Rectifier: Chỉnh lu điện áp đầu vào
-Pwm Controller: Khuếch đại tín hiệu mẫu điều chỉnh độ rộng xung
-Optocoupler: Ghép quang tín hiệu mẫu
-Voltage Reference: Lấy mẫu tín hiệu
-PFC Controller or PFC/ PWM Controller: Nguồn phát tín hiệu PWM
- Mosfet/ IGBT Switch: Khuếch đại tín hiệu PWM
- MOSFET Switch: Phần tử ngắt mở
- Transformer: Biến áp cao tần ( lõi Ferit)
- Output Rectifier or MOSFET: Chỉnh lu điện áp đầu ra
- Output Fifer: Lọc nhiễu đầu ra
* Nguyên lý hoạt động: Khi đợc cấp nguồn điện lới đợc đa qua cuộn dây lọc nhiễu
rồi đa vào mạch chỉnh lu để lấy ra điện áp DC
Điện áp DC đợc đa qua bộ lọc nhiễu rồi đa vào sơ cấp biến áp switching và
một nhánh đợc hạn dòng và áp cấp điện cho các khối phát xung, điều khiển.
23
Khối phát xung tạo ra xung PWM rồi đa đến khối khuếch đại xung và cấp
xung cho phần tử ngắt mở đóng ngắt ở tần số cao cho cuộn sơ cấp biến áp, bên
cuộn thứ cấp của biến áp sẽ xuất hiện điện áp Ux xoay chiều. Điện áp này đợc
chỉnh lu và lọc. Nh vậy tại đầu ra ta sẽ nhận đợc điện áp DC cách li mass với điện
lới ( không giật) với hiệu suất lớn.
Để điện áp ra tải đợc ổn định thì ngời ta tiến hành lấy mẫu điện áp đầu ra sau
đó đa qua bộ ghép quang, qua bộ khuếch đại sai lệch và đa đi điều chỉnh tín hiệu
PWM cấp cho phần tử ngắt mở.
2.2.Các phơng pháp thực hiện điều chế độ rộng xung
2.2.1.Giữ nguyên tần số, thay đổi độ rộng xung:
Nguồn ổn áp xung có nhiều kiểu ổn áp nh: PWM, PFM, PAM, PFM+PWM. Nh-
ng phần đa trong TV,VCD,VCR hiện nay thờng sử dụng phơng pháp PWM.
Để điều chế độ rộng xung ngời ta sử dụng phơng pháp Analog:

+Phơng pháp này thờng dùng IC OPAM với điều kiện là điện áp chuẩn
đợc đa vào đầu không đảo(đầu psittree).
+Điện áp lấy mẫu(V
S
) lấy ở thứ cấp biến áp switching đa vào đầu
đảo(đầu invert).
Phơng pháp này sử dụng cho PWM(giữ nguyên tần số thay đổi độ rộng xung)để
thay đổi điện áp trung bình ở đầu ra.
Từ giản đồ ta thấy V
S
là điện áp lấy mẫu đạt đợc giá trị trung bình và điện áp đặc
tuyến cũng đạt đợc giá trị trung bình thì điện áp ra có thời gian tồn tại là T/2 tức là
bằng 1/2 thời gian tồn tại của điện áp răng ca.
Nguyên tắc ổn áp đợc mịnh hoạ bằng giản đồ thời gian sau:

24
V
Ref
V
S
V
S
U
RA
V
S
U
RA
V
S

U
RA
+
V
Ref

V
S
: điện áp trung bình
Nếu điện áp ra của mạch ổn áp có xu hớng tăng khi đó thời gian tồn tại của xung
ở đầu ra giảm dẫn đến U
RA
không tăng.
Nếu điện áp ra của mạch ổn áp có xu hớng giảm khi đó thời gian tồn tại của
xung ở đầu ra tăng dẫn đến U
RA
không giảm.
Mạch dao động có thể dùng mạch đa hài, dao động nghẹt. Các dao động này th-
ờng có tần số nh trong TV, VCD, VCR hiện nay ngời ta thờng dùng bộ dao động
Blocking.
2.2.2.Giữ nguyên độ rộng xung, thay đổi tần số:
Phơng pháp này đợc sử khá phổ biến trong thực tế. Để thực hiện ngời ta sử dụng
mạch dao động đa hài hoặc mạch dao động Blocking.
a, Mạch dao động đa hài:

Hình 2.1: Mạch dao động đa hài căn bản.
25
V
C1
V

C2
C
2
R
c1
C
1
R
c2
+V
C2
C1
Rc2
Rb1
Rb2
Rc1
Q2
Q1