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
Trang 1176
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 t mở và t khóa
Vì tmở và tkhóa luôn biến đổi tỉ lệ ngược (do chu kỳ T là hằng số) dải cho phép nhận điện áp ra là 0 ≤ |Ura| ≤ ∞ hay 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
Trang 2177
- Phương pháp ổn áp xung sơ cấp
Sơ đồ khối thực hiện phương pháp ổn định sơ cấp cho trên hình 2.146
Hình 2.146: Phương pháp ổn áp xung kiểu sơ cấp
Mạch hình 2.146 hoạt động như sau: Điện áp lưới được chỉnh lưu trực tiếp bằng một mạch cầu tạo nên nguồn một chiều đối xứng cỡ ± 150V cung cấp cho hai tranzito T1 và T2 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 Ura (giống như phương pháp ổn định kiểu thứ cấp đã nói trên) Nhờ T1 và T2 điện áp ± Uo lần lượt được đưa tới 1 biến áp xung và tải thứ cấp của nó qua một mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ, và 1 khâu lọc LC, ta nhận được điện áp ra đã được ổn định Đặc điểm chính của phương pháp này là ở đây sử 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 ảnh 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, chỉ cần điều chỉnh 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 khiển thích hợp
b – Ổn định dòng điện
Trong những thiết bị điện tử có độ chính xác, độ ổn định cao, ngoài yêu cầu ổn định điện áp ra tải còn có yêu cầu ổn định dòng điện qua một mạch tải nào đó Phần dưới đây đề cập tới một vài phương pháp ổn dòng
- Để ổn định dòng điện qua một mạch tải (khi điện áp nguồn hay khi trị số tải thay đổi)
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 của barette biến đổi thì dòng qua nó hầu như không đổi
Trang 3178
Hình 2.147: Đặc tuyến V-A và mạch dùng Barette và mạch ổn dòng
Hình 2.147b biểu thị mạch điện dùng barette để ổn định dòng qua Rt giả sử Uv tăng thì điện trở của B cũng tăng (do nó bị nung nóng hơn), sụt áp trên B tăng bù lại
sự tăng của Uv dòng nối tiếp qua B và Rt giữ ổn định Barette đảm bảo sự ổn định dòng điện với độ chính xác ± 1% khi điện áp nguồn biến đổi ± (10-15%) các tham số của phần tử barette là các cặp giá trị điện áp và dòng ứng với các điểm A, B, C trên hình 2.147a
- Tranzito như một nguồn dòng điện
Hlnh 2.148 : Mạch ổn dòng dùng tranzito ở chế độ độ không bão hòa
Một phương pháp phổ biến hơn để ổn định 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 trở
1 chiều lại nhỏ
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 RE , điện trở tải được mắc nối tiểp với tranzito ở mạch colectơ
• Khi UCE > UCẸ bão hòa, dòng điện mạch ra Ic = Ira ≈ IE gần như không thay đổi cho tới khi tranzito bị bão hòa :
Trang 4179
E
BEO B E
E E
U U
= R
U
= I
Điện trở trong của nguồn dòng khi đó được xác đinh bởi
(R //R )+r +R
R β +
1 r
= dI
dU
= r
E BE 2 1
E cE
ra
ra
UE = 5V
7.5kΩ mA
1
25mV 300
I
U β r
c
T
R1 // R2 = 10kΩ
ta nhận được giá trị nội trở nguồn là
ri = 7,6 MΩ
• Để tránh ảnh hưởng của R1 // R2 làm giảm ri, R2 được thay bằng điôt ổn áp Đ2 để
ổn định điện áp UB và có tác dụng bù nhiệt cho UBE (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 định bởi :
ri = rDS + M.Rs = rDS(1 + SRs) (2-275) với rDS là điện trở máng - nguồn lúc UGS = 0 và S là độ dốc (hồ dẫn) của đặc tính truyền đạt, của FET Thường giá trị nội trở của nguồn dùng loại này thấp hơn 1÷2 cấp
so với loại dùng BST
• Để nâng cao chất lượng ổn định của dòng điện trên Rt người ta sử dụng các mạch
ổn dòng kiểu "gương dòng điện" như biếu thị trên hình 2.149 a và b
Với mạch 2.149 (a) tương tự như trên, dòng điện ra được xác định bởi:
E
2 v E
BEO B
E ra
R
.R I R
U U I
Do UE tăng 2mV/0C nên việc đưa thêm điôt Đ vào nhánh có R2 sẽ bù điện áp UB lên 1 lượng tương ứng (theo nhiệt độ), hay lúc đó UD ≈ UBEO, rút ra :
v E
2
ra I R R
Trang 5180
Nghĩa là dòng điện mạch ra tỷ lệ với đòng Iv ở mạch vào (cũng từ lý do này mạch có tên là “gương dòng điện"
Hình 2.149: Sơ đồ gương dòng điện đơn giản
Trong mạch 2.149 b, điôt D được thay thế bằng T1 nối theo kiểu điôt Chế độ của T1 là bão hòa vì UCE1 = UBE1 = UCEbhòa
Vì UBE1 = UBE2 nên IB1 = IB2 = IB
và IC1 = IC2 = βIB
suy ra : Iv = β1IB + 2 IB
Ira = β2IB và với β1= β2 =β
ta có
v v
2 β
β
+
nghĩa là trên 2 nhánh vào và ra có sự cân bằng dòng điện; mạch cho khả năng làm việc cả khi RE = 0 Tuy nhiên việc có thêm RE sẽ bù sai lệch giữa T1 và T2 cũng như làm tăng nội trở của nguồn dòng
- Nguồn ổn dòng dùng IC tuyến tính
Một phương pháp khác ổn định dòng điện có sử dụng IC tuyến tính được cho trên hình 2.150
Trang 6181
Hình 2.150: Nguồn ổn dòng IC tuyến tính
Mạch hình 2.150 cho dòng điện I2 ra tải không phụ thuộc vào điện áp ra U2 mà chỉ được điều chỉnh bởi điện áp vào U1 nếu chọn U1 = Uchuẩn thì I2 ổn định
Ta hãy xác định dòng I2
Tại nút N có:
0 R
U R
U U
3
n 2
n
ra− − =
R
U U R
U
2
p 1
=
− +
−
R
U U R
U U
2 2
2 p 1
2
ra − + − − =
từ điều kiện Un =Up với chế độ khuếch đại của IC, Ura = U2 + UR1 giải tìm I2 có
2 2 1
2 1 3 1
3 1 1 3 1
3 2 2
R 2R
2R R R 2R
R R U R 2R
R R 2R
1
−
+ +
+
bằng cách chọn
2 2
R R
+
có
2
1
1
2 R /R
U
I = tức là I2 không phụ thuộc vào U2
Trang 7182
Nếu chọn R2 >> R1
1
1
2 R
U
I ≈ (2-280) thì từ (2.279b) có: R2 = R3
Khi đó, điều chỉnh chính xác R3 có thể đạt được trở kháng ra rất lớn và dòng điện ra I2 không phụ thuộc vào điện áp ra U2 Tuy nhiên I2 có phụ thuộc yếu vào Rt và
để khắc phục nhược điểm này người ta dùng các mạch phức tạp có sử dụng 2 hay nhiều IC tuyến tính, hoặc kết hợp việc dùng IC và tranzito nguồn dòng
Để thu nhỏ kích thước cũng như chuẩn hóa các tham số của các bộ ổn áp một chiều kiểu bù tuyến tính người ta chế tạo chúng dưới dạng vi mạch, nhờ đó việt sử dụng cũng dễ dàng hơn Các bộ IC ổn áp trên thực tế cũng bao gồm các phần chính
là bộ tạo điện áp chuẩn, bộ khuếch đại tín hiệu sai lệch, tranzito điều chỉnh, bộ hạn chế dòng (trong phần lớn các ổn áp đều cố bộ hạn chế dòng)
Các IC ổn áp thường bảo đảm dòng ra khoảng từ 100mA đến 1A điện áp tới 50V, công suất tiêu tán khoảng 500 - 800 mw Hiện nay người ta cũng chế tạo các IC
ổn áp cho dòng tới 10A, điện áp từ 2-50V Các loại IC ổn áp điển hình thường dùng là: LM105, LM309, µA723, LM323, LM345, LM350, LM337, LM338, Seri 78Hxx…
Tùy thuộc vào yêu cầu về các tham số kỹ thuật như điện áp ra, dòng ra, hệ số ổn định điện áp, khả năng điều khiển điện áp ra, dải nhiệt độ làm việc, nguồn cung cấp,
độ ổn định theo thời gian v.v Mà người ta chế tạo ra nhiều loại (có cấu trúc mạch bên trong) khác nhau, với 3 hoặc 4 chân ra giúp cho việc sử dụng nó hết sức thuận tiện
a - Loại IC ồn áp 3 chân nối (h.2.151 (đầu ra, đầu vào và đất) Loại này thường cho ra
một điện áp cố định Đại diện cho loại này là Seri 7800 hay 7900 Điện áp ra được chỉ bằng 2 số cuối cùng của kí hiệu Ví dụ 7805 (ổn áp 5v) ; 7812 (+ 12V) ; 7815 (+ 15V) ;
7818 (+ 18V) ; 7824 (+ 24V)
Tụ điện C = 0,1 µF để cải thiện quá trình quá độ và giữ cho điện trở ra của mạch đủ nhỏ ở tần số cao, dòng điện ra, phổ biến ≤ 1A
Hình 2.151: Sơ đồ nguồn ổn áp dùng IC loại 7805 (họ IC78xx)
