Xem mẫu
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
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 hoạt 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 một bộ nguồn một chiều hoàn chỉnh với chức năng các khối như sau:
It
Mạch chỉnh U0 Mạch Mạch ổn áp U
U1 Biến áp U2 Rt
lưu lọc U01
(ổn dòng)
r
Biến áp để biến đổi điện áp xoay Sơ đồ U1 thành nguồn. xoay chiều U2 có giá trị thích
Hình 7-1. chiều khối bộ điện áp
hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp U1 không cần biến áp.
- Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều
không bằng phẳng U0. 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 U0 thành điện áp một
chiều U01 ít nhấp nhô hơn.
182
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
- Mạch ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) ở đầu ra
Ur (It), khi U01 thay đổi theo sự mất ổn định của U1 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 lưu 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.
U1 U2
Các thông số phía sơ cấp thường có ghi chỉ sốnguồn.
Hình 7- 2. Biến áp 1: số vòng dây sơ cấp W1 điện áp hiệu
dụng, dòng điện hiệu dụng, công suất hiệu dụng sơ cấp U1, I1, P1. Các thông số cuộn thứ
cấp ghi chỉ số 2: W2, U2, I2 ,P2. Ngoài ra còn có các đại lượng định mức của biến áp: điện áp
định mức: U1dm, U2dm, dòng định mức I1dm, I2dm, công suất định mức Pdm.
Nếu bỏ qua tổn hao do điện trở dây cuốn và từ thông tổn hao thì hệ số biến áp n được tính:
n = U1/ U2 = W1/ W2 (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 U2 dương, điốt D phân cực thuận, D thông nên có dòng qua
điốt, qua Rt khép kín mạch.
Nửa chu kỳ sau U2 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.
D
U2
U1 U0 U2m
U2 Rt
π
0 2π ωt
a)
183
uo
U2m
Hình 7-3: Sơ đồ chỉnh lưu và U
io
đồ thị dạng sóng của chỉnh ωt
lưu 1 pha nửa sóng IM
Io
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Ta thấy trong 1 chu kỳ của điện áp mạng, chỉ có 1 xung dòng qua tải → m =1.
Điện áp trên tải u0 và dòng điện qua tải i0 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.
∞
u0 = U0 + ∑ Un
n =1
∞
i0 = I 0 + ∑ in
n =1
Bỏ qua tổn hao trên điốt, ta có thành phần 1 chiều của điện áp trên tải U0
π
m U 2m
Uo = ∫ U 2 m sin ωtdωt = π = 0,45U 2
2π 0
(7-2)
U 2m
U điện áp hiệu dụng của u; U 2 =
2
- Tần số đập mạnh của điện áp trên tải:
fd= m.f = f = 50Hz
- Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt:
UDngmax=U2m (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
1
XC =
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Nếu giá trị tụ C để sao cho XC
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Trên sơ đồ hình 7-5a: biến áp 1 pha có cuộn thứ cấp ra điểm giữa, tạo thành 2 điện áp
u2a, u2b có biên độ bằng nhau và lệch pha nhau 1800 đặt vào 2 điốt, khiến chúng thay nhau
làm việc trong cả chu kỳ.
Khi u2a ở bán chu kỳ dương (a+;b-), điốt D1 thông, D2 khoá có dòng i2a (a→D1→ Rt→
0) còn dòng i2b= 0.
Khi u2b ở bán chu kỳ dương (b+; a-), điốt D2 thông điốt D1 khoá, có dòng i2b
(b → D2→ Rt→ 0), còn dòng i2a= 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 fd=2f=100Hz.
∞
Dòng qua tải i0 = i2 a + i2 b = I 0 + ∑ in
n =1
∞
Do đó điện áp trên tải u0 = U0 + ∑ un
n =1
Dòng và điện áp trên tải bao gồm thành phần 1 chiều (I0, U0) và vô số các thành phần
xoay chiều (Σ i∼ ; Σ u∼) thành phần 1 chiều của dòng điện chỉnh lưu:
2
I0 = I 2 M = 0 ,636 I 2 M (7-6)
π
U 2M
Trong đó: I 2M =
r f + Rt
rf = rb.a+rD là điện trở thuần tổn hao của 1 pha chỉnh lưu bao gồm điện trở tổng cuộn
dây biến áp rb.a và điện trở thuần điốt rD, thành phần một chiều của điện áp nắn:
2 U 2M
U 0 = I 0 Rt = R
π r f + Rt t
Nếu bỏ qua tổn hao biến áp và chỉnh lưu (bộ qua rf) thì
2
U0 = U 2 M = 0 ,9U 2 (7-7)
π
+ Với tải dung tính. u2a u2b uC
u0
a
186 Uo
D1 i2a
u2a ωt
+
u1~
u2b
D2 i2b i0
C U0 Rt I2
b
Io
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
1
Khi có C// Rt và X c =
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Tại đầu ra bộ chỉnh lưu mắc cuộn chặn nối tiếp với tải cuộn dây Lch sẽ chặn tất cả các
thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu, với điều kiện:
XLch=mωLch>>Rt
RLch
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Trong một chu kỳ của điện áp mạng, sơ đồ làm việc hai lần với tải, có 2 xung dòng
qua tải nên fd = 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: U0 ≈ 0,9 U2
⎧U 0 = 2U 2 cosθ
⎪
- Với tải dung tính: ⎨
⎪U ohm = 2U 2
⎩
- Với tải cảm tính: U0 ≈ 0,9 U2 ,còn điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt
U Dng max = U 2 M = 2U 2
- 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
a
D1 D2
Hình 7-9: Sơ đồ nắn bội u1 u2
áp nửa sóng
C1 C2
b − + + −
U0
1 +
- C1, C2 có giá trị điện dung đảm bảo X C1 , X C 2 =
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
7.4.2 Chỉnh lưu bội áp toàn sóng.
D1
+
u1 U2 C1
Hình 7-10: Sơ đồ chỉnh lưu bội I0
áp toàn sóng U0
Rt
+
C2
D2
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 1800 và tải dung tính.
Giả thiết nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D1 thông, C1 được nạp với UC1=U2Mcosθ
Nửa chu kỳ sau b+; a- có dòng i2 (D2 thông), C2 được nạp:
UC2=U2Mcosθ (7-11)
Sau 1 chu kỳ điện áp mạng ta có U0=UC1+UC2=2U2Mcosθ
Khi hở tải ta có: U0hm= 2U2M=2 2 U2
Sơ đồ này 1 chu kỳ điện áp mạng, sơ đồ làm việc 2 lần với tải fd = 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 điện áp 1 chiều với độ đập mạch:
Kđv = U0∼v/U0v
Tại đầu ra bộ lọc ta nhận được điện áp với độ đập mạch:
Kđr = U0∼r/U0r (7-12)
U o ~V Bộ lọc
K dv =
U oV
Hình 7-11
U0∼v; U0∼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
190
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
U0v, Uor điện áp 1 chiều đầu vào, ra của bộ lọc. Hệ số lọc (hay hệ số san bằng) của bộ
lọc là:
K dv U 0 v U 0 r
q= = . (7-13)
K dr U 0 r U 0 v
Nếu coi bộ lọc không tổn hao thành phần 1 chiều thì q ≈ U0∼v/U0∼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 Kd , f
=50Hz thì giá trị tụ C được tính:
C =3200Kd / m Rt (μF)
- Bộ lọc L dùng trong các bộ nguồn công suất lớn. Khi biết Kđ , f =50 Hz thì giá trị Lch được
tính :
Lch =3,2.10-3 Rt / m Kđ (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 LCh
đập mạch, ta chọn giá trị LCh sao cho:
XLch=mω.LCh >> Rt (7-14)
Và rLch
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
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
q
Lch C =
m ω2
2
từ (7-14) xác định được Lch, vậy giá trị tụ lọc:
q
C=
m ω 2 Lch
2
với f=50Hz; Lch tính theo Henry; C (μF)
q
C ≈ 10 2
(μF) (7-17)
m Lch
Hiệu suất của bộ lọc:
Rt 1
ηL = = (7-18)
rL + Rt rL
ch
1+ ch
Rt
Thường thì rLch
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
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 Ku.
Hệ số ổn định điện áp Ku nói lên
tác dụng của bộ ổn định đã làm giảm độ
không ổn định điện áp ra trên tải đi bao ΔU V ΔU r
NV = Bộ ổn định Nr =
nhiêu lần so với đầu vào. U Vdm U rdm
Độ không ổn định đầu vào :
ΔU V Hình 7-14: Khối ổn định điện áp
NV =
U Vdm
Độ không ổn định điện áp đầu ra
ΔU r
Nr =
U rdm
ΔU V , ΔU r 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 UVđm, Urđm. Vậy độ ổn định điện áp của bộ ổn áp.
N V ΔU V U rdm
Ku = = (7-21)
N r ΔU r U Vdm
- Dải ổn định Du, Di 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
Pr Pr
η= = (7-22)
PV Pr + Pth
Pr công suất có ích trên tải của bộ ổn định
PV công suất mà bộ ổn định yêu cầu từ đầu vào
Pth 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 vượt quá 1 giá trị cho phép Ingmax nào đó (IZmax).
I
193
UZ
UZMax UZMin
R It
-U U
IZmin
A I = IZ+ It IZ
Khoảng ổn UV
+ IZTB định Rt
ZD U
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Ta thấy trên đặc tuyến V-A của điốt zener: trên đoạn AB dòng ngược biến đổi ΔI =
IZmax- IZmin là rất lớn, nhưng điện áp ngược trên nó biến đổi rất ít ΔUZ =UZmax- UZmin 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 IZmin thì điốt zener không có tác dụng ổn áp.
Nếu dòng ngược qua nó lớn hơn IZmax 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.
I Z max + I Z min
I Z = I Ztb = (7-23)
2
Tương ứng với IZ ta có UZ.
Sơ đồ nguyên lý mạch ổn định điện áp 1 chiều dùng điốt zener như hình 7-15b
Theo sơ đồ đó ta có Ur = UZ
UV = UR +UZ
Khi Uv tăng lên thì dòng ngược IZ tăng lên gần tuyến tính, do đó
I↑= (IZ↑+It)→ UR↑=I.R
Vậy lượng tăng của UV đặt trên điện trở tuyến tính R, còn Ur = UZ có biến đổi rất ít
khi UV giảm thì IZ↓ → I↓ → UR↓.
Điện trở R để hạn chế dòng IZ không vượt quá IZmax
- Hệ số ổn định điện áp đối với điện áp 1 chiều đồng thời là hệ số lọc đối với điện áp
xoay chiều
194
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
ΔU V rZ + R R R
Ku = = = 1+ ≈ (7-24)
ΔU r rZ rZ rZ
ΔUV, ΔUr 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.
rZ 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:
UV = (1,5 ÷3) Ur
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.
Phần tử hiệu Tải
(Điện áp 1 chiều) chỉnh r
chưa ổn định)
Hình 7-16: Sơ đồ khối bộ ổn Bộ khuếch Mạch hồi
định điện áp có hồi tiếp đại tiếp
Nguồn chuẩn Bộ so sánh
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 việc 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 US cũng là điện áp 1 chiều. Tín hiệu
1 chiều US 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. Như
vậy bộ khuếch đại có thể có, có thể không tuỳ theo yêu cầu của hệ số ổn định.
195
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Nguồn chuẩn là nơi tạo ra điện áp ổn định không phụ thuộc vào sự biến đổi của UV và
Ur 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
UCE
T1 đóng vai trò là PTHC kiêm cả bộ so + +
sánh; ZD tạo áp chuẩn. Điện áp hồi tiếp 100%
(mạch lặp emittor). Uch đưa đến cực B T1
R
UB(T1)= Uch.
UV Ur
UE(T1)= Ur.
Rt
Giả sử khi UV tăng hoặc tải giảm khiến ZD
cho Ur tăng hơn giá trị Urdm, làm cho UCh
UBE= Uch - Ur giảm. UBE giảm nghĩa là phân
cực thuận cho tiếp giáp BE của tranzito giảm Hình 7-17: Sơ đồ ổn áp 1 chiều
khiến cho nội trở rCE của tranzito tăng thì sụt vắng khuếch đại
áp UCE của tranzito tăng, giữ cho Ur không
tăng. Vậy lượng tăng của UV đặt hoàn toàn
trên PTHC. Trường hợp UV giảm hoặc dòng tải tăng thì quá trình ngược lại.
Điện áp ra của sơ đồ.
Ur = Uch - UBE = Uz - UBE (7-25). + T1 +
Với UBE ≈ (0,6 ÷ 0,7).
7.6.3.3.Bộ ổn định có khuếch đại : R2
Trong sơ đồ: R1 T2
UV Ur
- T1 là PTHC.
- T2 là bộ so sánh và khuếch đại. UHt R3
- ZD tạo áp chuẩn. UCh ZD
- R2, R3 là phân áp hồi tiếp.
- R1 cùng T2, ZD định thiên dòng cho T1 Hình 7-18: Bộ ổn định hồi tiếp có khuếch đại
Khi Ur giảm thì qua bộ phân áp R2, R3 điện áp hồi tiếp Uht giảm chính là UB2 giảm
UBE2=UB2 - Uch cũng giảm
(vì Uch không đổi) làm cho UCE2 tăng thì UB1 = UCE2 + Uch cũng tăng, T1 tăng thông
→ UCE1 giảm nên Ur tăng trở lại. Khi Ur 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 Ur luôn được điều chỉnh để ổn định và:
R2
UB2 = Ur = Uch + UBE2.
R2 + R3
196
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
+ T1 +
⎛ R ⎞
U r = (U ch + U BE 2 )⎜1 + 1 ⎟
⎜ R ⎟ (7-26)
⎝ 2 ⎠
R1
ZD2
UB1
Điện trở R1 cho dòng colecto T2 và R2
dòng bazơ T1; (IC2 + IB1) qua, nên chọn R1 sao T3
cho dòng qua điốt zener luôn lớn hơn IZmin để UV T2
điốt zener luôn nằm trong vùng ổn áp.
R4 R3
U −Ur ZD1 UB2
R1 < V min (7-27).
I zmin + I Bl max
Mạch ổn áp trên hình 7-18 ổn áp tốt đối
với khi tải thay đổi, còn khi UV thay đổi thì Hình 7-19: Bộ ổn áp hồi tiếp có khuếch đại so
tác dụng ổn áp không tốt lắm (KU ≈ 20) vì sánh với nguồn dòng
dòng qua R1 thay đổi theo UV. Để khắc phục
điều này ta thay R1 bằng một nguồn dòng gồm
T3, R1, R4 và ZD2. Như hình 7-19.
Dòng colecto IC3 được xác định
U ZD2 − U BE 3
IC3 = (7-28)
R1
+ T1
Với mạch hình 7-20 thì
4 5
KU = 10 ÷ 10 lần. Có thể thay đổi được Ur R1 R
bằng cách điều chỉnh chiết áp R2 mà dòng
2
IC2 vẫn không đổi do có nguồn dòng T3. _ Ur
Muốn tăng hệ số ổn định của bộ ổn áp UV
ta dùng bộ khuếch đại thuật toán làm bộ +
khuếch đại so sánh thay cho T2, vì bộ khuếch UCh ZD
đại thuật toán có hệ số khuếch đại lớn (như
hình 7-20). Trên sơ đồ T1 là PTHC.
Hình 7-20: Bộ ổn áp dùng
BKĐTT: khuếch đại so sánh. khuếch đại thuật toán
R1, ZD tạo điện áp chuẩn đưa vào
đầu (+) của BKĐTT.
Ur đưa hồi tiếp về đầu (-) qua bộ phân áp R2, R3 với bộ ổn áp này thì Ur biến thiên rất
ítvì Uch được tạo từ Ur nên dòng qua ZD có biến thiên rất ít. Muốn điện áp điều chỉnh dược
thì R2 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 Ur ổn định.
197
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
d. Mạch bảo vệ quá dòng, quá áp
+ F T1 R6 +
UV T4 Rt
R1 T2
ZD2
T3
R7 R8 R3
+
_
ZD1
R4
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 vệ7-21:áp, một áp cómạch hạn dòng và bảo vệquá áp như hình 7-
Hình quá Bộ ổn loại mạch bảo vệ quá dòng, quá áp
21.
Trong sơ đồ 8-23: T3, R7, R6 làm nhiệm vụ hạn chế dòng.
ZD2, R8 và thiristor T4 làm nhiệm vụ bảo vệ quá áp.
- Nguyên lý hạn dòng:
Điện trở R6 mác nối tiếp với T1, và tải, khi dòng tải bình thường thì sụt áp trên R6:
ΔUR6< 0,6V, thì T3 không dẫn (không có tác dụng trong mạch) khi dòng tải tăng lớn hơn
định mức cho đến khi ΔUR6 > 0,6V thì T3 dẫn, dòng colecto của T3 gây hạ áp trên R7, làm
cho điện áp UB 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 ZD2 không thông (UZD> Ur), nên Thiristor cũng
không thông, mạch bảo vệ không có tác dụng.
Khi T1 ngắn mạch thì Ur = UV, lập tức ZD2 thông và sụt áp trên R8 mở thông Thiristor
T4, kéo điện áp Ur 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 của 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 mức điện ra tiêu chuẩn dương từ +5 ÷
+24V.
Ví dụ: LM 7805 ổn áp dương, điện áp ra là +5V
198
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
LM 7812 ổn áp dương điện áp ra là +12V
Các vi mạch xx79xx được chế tạo với các mức điện áp ra tiêu chuẩn âm, từ
-5 ÷ -15V.
V
Ví dụ AN 7915 ổn áp âm điện áp ra là -15V. Các vi mạch 3 chân này thường có điện
áp đầu vào cực đại là +35V hoặc -35V (UVmax), 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 Ur = +1,2 ÷ +37V.
+ 1 2 + + 1 2 +
LM78XX LM238
UV Ur UV Ur
R1
3 3
C1 C2 C1 C2
R2
a) b)
Hình 7-22: Sơ đồ vi mạch ổn áp dương
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 C1, C2 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 R2 điện áp ra
của mạch:
Ur = 1,25 (1+R1/R2) (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.
+ 1 2 +
+ T1 IC Ir +
78XX
UV Ur
UV Ur
R1 IIC
R1
3
C1 C2 78XX 2
ZD1 C1 1
3 C2
a)
b)
Hình 7-23: a) Nâng cao điện áp ra của vi mạch ổn áp
199
b) Nâng cao dòng ra của vi mạch ổn áp
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Sơ đồ 7-23b: điện áp ra của vi mạch là điện áp giữa hai chân 2 và 3: Ur(IC) = UR1.
Điện áp ra của sơ đồ Ur = UR1 +UZD1= Ur(IC) + UZD1.
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 Iramax= 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 T1, cùng với vi mạch tạo nên 1 biến thể của sơ đồ darlington ta có Ir = IC + IIC.
f. Nguồn ổn áp đối xứng
1 2 +Ur
78XX
+ 3
− C1
0
UV +
_ C2 3
-Ur
1 2
79XX
Hình 7-24: Nguồn cấp điện ồn 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 (điểm 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
R1 + 1 2
+ T1 LM238
UV UV 3 R1
ZD it
R2 Rt
Rt
200
Hình7 -25: Mạch ổn dòng dùng transistor Hình7-26: ổn dòng dùng IC 3 chân
- Chương 7: Mạch cung cấp nguồn
Trên mạch hình 7-25 phân cực thuận của tranzito T1 bởi UZD không đổi.
UZD = UR1+ UBE1. UZD không đổi nên UBE1 không đổi vì vậy dòng IB1 và dòng IC1
cũng không đổi. Dòng IC1 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 R1, điện áp ra của IC là cố định giữa chân 2 và 3
Ur(IC) = UR1= const
Do đó dòng ra của IC
U R1 U r ( IC )
I r ( IC ) = =
R1 R1
Ir(IC)= const nên dòng tải it = Ir(IC)=const
7.7. NGUỒN CHUYỂN MẠCH
7.7.1 Khái niệm về nguồn chuyển mạch
S Tr D1 L
+ +
iD1
UV UR
U1 W1 C
W 2 U2
D2
iD2
_ _
Điều khiển
Hình 7-27: Mô tả khải niệm về nguồn
đóng mở S
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 UV thông qua chuyển mạch S đặt vào sơ cấp biến áp Tr. Khi S
đóng, có dòng qua W1 khi S mở → không có dòng qua W1. Hai cuộn sơ cấp và thứ cấp cuấn
cùng chiều nên trên cuộn thứ cấp W2 cũng xuất hiện chuỗi xung cùng chiều với chuỗi xung
trên cuộn sơ cấp, nên khi S đóng thì D1 dẫn, có dòng iD1 qua cuộn chặn L và tải, cuộn L tích
năng lượng. Khi S mở dòng iD1 mất đột ngột, năng lượng trên L đổi dấu làm D2 dẫn, có
dòng iD2 qua tải, như vậy dòng qua tải có liên tục cả khi S mở.
U1
Hình 7-28: Dãy xung điện áp
δ UV
trên W1, W2 và điện áp ra t
của mạch hình 6-10
U2
201
UR
t
T
nguon tai.lieu . vn
