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

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

Chương 3: Ổn áp xung

+ Nguyên lý chung

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 định:

U ra = Uổn định

≤ Uvào min với Uvào min là giá trị nhỏ nhất của điện áp đưa tới bộ ổn định

Ở các bộ ổn áp xung, người ta thay tranzito điều khiển bằng một bộ chuyển mạch xung Trị số trung bình (1 chiều) của điện áp ở lối ra được điểu chỉnh nhờ việc đóng hay mở chuyển mạch theo 1 chu kỳ xác định và với thời gian đóng hay mở có thể điều chỉnh được theo mức độ sai lệch của Ura 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 trường hợp ngược lại, nếu ở mạch sơ cấp, ta có bộ ổn áp xung sơ cấp

Để giảm nhỏ công suất tổn hao của biến áp, người ta chọn tần số làm việc của chuyển mạch cao (vài kHz đến vài chục kHz) Bằng cách đó, kích thước, trọng lượng 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 khiển 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 Ura nhờ đó điều chỉnh được ở điện áp

ra ở một mức ổn định

• Thay đổi độ trống của xung vuông (tương ứng với thời gian khóa hay ngắt mạch 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 cấp)

+ 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

song với tải.

• Tranzito T làm việc như 1 khóa điện tử mở hoặc khóa với tần số không đổi (khoảng 20 khz) do khối tạo xung nhịp của phần điều khiển tạo ra Phần điều khiển thực hiện việc so sánh điện áp ra Ura với 1 điện áp chuẩn Ucb (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 đưa tới khóa tranzito để điều tiết khoảng thời gian mở của nó Trong khoảng thời gian nghỉ 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 chuyển mạch tranzito chuyển từ mở sang khóa và do đó bảo vệ tranzito khỏi quá áp đánh thủng UCEngcmax

Hình 2.142: Ổn áp xung thứ cấp theo phương pháp điều chỉnh

độ rộng xung điều khiển

• 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 định như minh họa 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 UL(t) và IL(t) qua đó xác

chính đối với phương pháp này là:

hơn điện áp vào

+ Dòng trung bình qua tranzito chuyển mạch (là dòng điện

vào) luôn luôn nhỏ hơn dòng ra tải: Iv < Ira

U

t

Uđ.khiển

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 (Uvào dưới dạng không liên tục và chuyển năng lượng 1 chiều ra tải dưới dạng liên tục theo thời gian)

- Phương pháp điều chỉnh 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 mắc nối tiếp nhau Tranzito chuyển mạch T mắc song song với tải phân cách qua điôt Việc 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 chỉnh

độ rỗng xung

+ Do sử dụng tính chất tự cảm của cuộn chặn L, có khả năng

nhận được điện áp ra lớn hơn điện áp vào bộ ổn định hay dải điều chỉnh rộng hơn Điều này có thể giải thích tóm tắt do có hiện tượng tích lũy năng lượng từ trường trong cuộn L lúc tranzito

mở (tương ứng với khoảng thời gian tmở = tx của

xung) khi D khóa, ngắt tải khỏi mạch vào Khi tranzito khóa (tương ứng với khoảng thời gian tnghỉ = tkhóa năng lượng của Uvào kết hợp với năng lượng của UL qua điôt (lúc này mở) nạp cho tụ C và cung cấp Ura cho tải

+ Năng lượng của nguồn Uvào liên tục cung cấp cho bộ ổn áp (trên cuộn L) và việc truyền năng lượng ra tải xảy ra dưới dạng xung không liên tục

- Phương pháp điều chỉnh 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, cuộn chặn L mắc song song với tải phân cách qua điôt Khi tranzito mở, dòng do Uvào 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 Ura

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 Uvào làm điôt D mở giải phóng năng lượng từ cuộn L nạp cho C và cung cấp cho mạch tải

Qua việc phân tích có mấy nhận xét sau:

+ Điện áp UL và UC ngược cực tính với Uvào do đó tại đầu ra ta nhận được điện áp trên tải ngược cực tính với Uvào hay bộ ổn

áp có tác dụng đảo dấu điện áp vào cần ổn định

+ Điện áp ra được xác định

theo hệ thức:

Ura / Uvào= - tmở / tkhóa

Hình 2.145: Phương pháp điều chỉnh đồng thời tmở và tkhóa

Vì tmở và tkhóa luôn biến đổi tỉ lệ ngược (do chu kỳ T là

phương pháp này cho phép điều chỉnh Ura rộng 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