Nghiên cứu và thi công nguồn Ổn Áp xung

Với để tài này, em có nêu lên một số mạch chuyển đổi cơ bản và mạch điều khiển trong nguồn ổn áp xung, nêu lên cách tính toán cũng như nguyên lý hoạt động của mạch để từ đó tạo ra một b

Trang 1

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HOC SU’ PHAM KY THUAT

THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH

HGMUIIE

ĐỎ ÁN TÓT NGHIỆP

NGÀNH LUẬN VĂN TÓT NGHIỆP

NGHIÊN CUU VA THI CONG NGUON ON AP XUNG

GVHD: NGUYEN VIET HUNG SVTH: LE BA QUAN

113

SKKL OO11:-

TP Hồ Chí Minh, tháng 07/2002

Trang 2

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP HCM

Trang 3

Luận an Tt Nghe la ket quá vũa quá tình ph

giáng dường dạo Bọc Netgud mà sinh viên thực hiện đạt được

giao dục của Chả Mẹ, Quý Thấy €

¡em hạn bè, Đã giúp sinh viên thực hiện vụ

ìn thành tốt Luận án theo đúng thời gian đã

Xinh viên thực hiện vô cùng biết ơn Quý Thầy Cô của Trương Đại học Su

phạm - kỹ thuật TP-HCM, nhất là Quý Thây Cô Khoa Điện ~ Điện Tu sz khong

ngại khó khăn truyền thụ cho sinh viên thực hiện những kiến thức guý háu trong

những năm qua

Sinh viên thực hiện xin chân thành cám ơn Thây NGUYỄN VIỆT HÙNG đã

dành nhiều thời gian quý giá để chỉ bảo và hướng dẫn tận tình cho sinh viên thực hiện hoàn thành Luận án một cách tốt nhất mặc dù gặp rất nhiều khó khăn

Sink wien the hién : LE BA QUAN

Trang 4

Bộ Giáo Dục và Đào Tạo Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

'Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

Ậ, Nội dụng các phần thuyết mình và tính toán :

# a ot Tuy, i oye “4 :

- Ted wy,

4 Các bản vẽ:

Theo wưk cư

5.Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Việt Hùng

6 Ngày giao nhiệm vụ : b|%|2ø0%

2 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: — © 7/2000

Giáo viên hướng dẫn ký tên Thông qua bộ môn

Trang 5

NHAN XET CUA GIAO VIEN HUGNG DAN

Trang 6

NHAN XET CUA GIAO VIEN PHAN BIEN

Trang 7

LOI CAM ON

Để hoàn thành tập đổ án, người thực hiện luận án đã tham khảo nhiều tài liệu và đã được sự đóng góp ý kiến quí báu của các thấy

cô cùng các bạn sinh viên,

Vái tình thần tôn sứ - trọng đạo người thực hiện luận án xin gửi lời cảm ơn đến tác giá của những tái liệu đã cung cấp cho em nhiều kiến thức cần thiết và bố ích

Xin chân thành cầm ơn thấy LÊ VIẾT PHÚ- giảng viên trường

;éu bổ ích

ĐỊISP kỹ Thuất, người đã cũng cấp cho em nhiều tải

cùng những lời hướng dẫn thiết thực

Xin chan thành cắm ơn thầy LÊ CẢNH TRUNG cùng tết cÃ các

thành viên trong nhóm làm đổ án, đã giúp đỡ và tạo nhiều diéu kiện cho em hoàn thành tốt luận án

Xin chân thành cảm ơn thẩy NGUYỄN VIỆT HÙNG- giảng viên trường ĐHSP Kỹ Thuật, người đã trực tiếp hướng dẫn cho em hoàn thành tập luận án này

TPHCH ngày 06 thang 07 nam 2002

§VTH Lê Bá Quân

Trang 8

MUC LUC

trang

PHANA LY THUYET

CHUONG I: KHAI NIEM CHUNG VE ON AP DC

11 phan tử chuẩn tạo mức chuẩn

IH.2 lựa chọn transistor lưỡng cực

HI.3 chế độ khóa của transistor chuyển mạch 22

IIL4 vấn đề thời gian của transistor chuyển mạch 23

à CHUONG III:

KY THUAT DIEU KHIỂN TRONG ỔN ÁP XUNG

ILkỹ thuật thay đổi độ rộng xung 25

1I.1- dùng mạch dao động đa hài

11.2-diéu khiển đóng ngắt dùng dao động Block 30

Trang 9

II.3- dùng vi mạch để điều khiển độ rộng xung 32

Trang 10

LOINOI DAU

Cùng với sự phát triển của khoa học, các thiết bị điện - điện tử

không ngừng được nâng cao đáp ứng nhu cầu của con người Các thiết

bị điện tử ngày nay không ngừng được cải tiến, ứng dụng công nghệ mới, nhất là việc ứng dụng kỹ thuật xung, số để thiết kế những thiết

bị dân dụng, chuyên dùng cũng như các hệ thống điều khiển .Những thiết bị này đòi hỏi phải cung cấp cho nó một nguồn điện áp ổn định

và hiệu suất cao

"Trước đây các nhà thiết kế đã sử dụng dạng mạch “ổn áp tuyến

Ý cụng cấp cho các thiết bị điện Nhưng những mạch ổn áp tuyên tính chí đáp ứng được một phẩn nào đó những yêu

ông ở tấn xả tháp nên tốn hảo công suất qua các phần tử

KL Ciẩt cao Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, người

ta da ché tana bd agudn ổn áp xung có nhiều ưu điểm: ba so với bộ nguồn ấu áp tryền tính, do nó hoạt động ở tần số cao øềø +iéc tổn hao quá các phần tử R_L_C rất thấp, mạch gọn nhẹ, độ tin cềy c42

Nguồn xung có nhiều loại nh push-pull, forward, flyback va tùy thuậc vào nhụ cầu của tải mà sử dụng loại nào cho phi bop Céc loai

push-pull, forward có công suất khá cao ( > 200w) còn flyb4ck thì có

công suất nhỏ hơn (< 200w)

'Trong luận án, với sự hướng dẫn của thấy Nguyễn Việt Hùng và

một số thẩy cô trong khoa điện em sẽ “NGHIÊN CỨU VÀ THỊ

CONG MACH ON AP XUNG” day cing chinh là tên để tài của tập

luận án này

Với để tài này, em có nêu lên một số mạch chuyển đổi cơ bản và

mạch điều khiển trong nguồn ổn áp xung, nêu lên cách tính toán cũng

như nguyên lý hoạt động của mạch để từ đó tạo ra một bộ nguồn ổn

áp xung có khoảng điện áp vào từ 100Vac-240Vac với công suất 150w

Do kiến thức và thời gian có hạn, nên không tránh khỏi những sai sót trong tập luận án này Mong qúi thầy cô cùng các bạn thông cảm

và rất mong nhận được nhiều ý kiến quí báu của Thầy Cô cũng như

các bạn để cho em hoàn thành tập luận án này tốt hơn

Xin chân thành cầm ơn quí Thầy Cô và các bạn

TPHCM Ngày 06 tháng 07 năm 2002

SVTH Lê Bá Quân

Trang 11

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVID : NGUYỄN VIỆT HÙNG

Trang 12

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN VIỆT HÙNG

CHUONG I:

KHÁI NIỆM CHUNG VE ON AP DC

LNHUNG KHALNIEM CO BAN:

Hầu hết các thiết bị điện tử muốn hoạt động tốt đều cân phải có một

bộ nguồn có điện áp ổn định cao để cung cấp cho nó (gọi là nguồn ổn áp) Nguồn ổn ấp DC thường có hai loại ốn ấp tuyến tính và ổn áp xung Nói chung cả hai loại đều có chức nâng lâm cho điện áp [?' ngõ vào chưa ổn

định thành điện áp ngô ta ấn định hơn đáp ứng tốt cho yêu cầu hoạt động

của mạch "Tâm ẩn định điện áp của mạch còn phy thude vào các điều

11 PHAN TU CHUAN TAO MUC CHUAN DUNG DIODE ZENER

Đây là thành phần không thể thiếu của mọi ổn áp Phân tử chuẩn cho

một mức điện áp ổn định, ít chịu sự tác động của điện áp vào và nhiệt độ

Nếu điện áp chuẩn (V„¿) thay đổi nó sẽ làm ảnh hưởng tới sự ổn định

của mạch Cụ thể khi V„ thay đổi qua bộ khuếch đại sai biệt làm cho

điện áp ra thay đổi theo Chính vì thế phần tử chuẩn càng ổn định đối với

mọi biến đổi của điện áp nguồn cũng như những thay đổi của môi trường xung quanh, thì nguồn điện ra sẽ có điện áp càng ổn định và chính xác

SVTH : LÊ BÁ QUÂN TRANG 2 TRUONG DHSP KY THUAT

Trang 13

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYEN VIET HUNG

Ngày nay, có nhiễu cách tạo điện áp chuẩn, tùy theo yêu cầu mà thiết kế

phần tử chuẩn cho ổn áp phù hợp với yêu cầu

1.1.1-Tạo mức chuẩn dùng diode zener:

Đây là kỹ thuật đơn giản nhất Điện áp chuẩn V„ chính là điện áp V„

ctia diode zener

Kỹ thuật này đùng cho mạch có dòng tải và điện áp nguồn ít biến đổi

Do khi đồng qua zcner thay d6i, zener còn có tổng trở R„ nên điện áp V„

sẽ thay đổi cũng chính là điện áp V„„ sẽ thay đối

1.1.2-Tạo chuẩn bằng dòng hằng qua zener:

Để khắc phục vấn để dòng thay đổi ở mạch trên, ta có thể thêm một

nguồn dòng không đổi cấp cho zener, sẽ làm hạn chế sự ảnh hưởng của

tổng trở zener đến điện áp chuẩn V„; Kỹ thuật này cho điện áp chuẩn tương đối độc lập với các biến đổi của điện áp nguồn và dòmg tải Ngoài

ra , nó còn có tác dụng ổn định nhiệt rất tốt

SVTH: LE BA QUAN TRANG 3 TRUONG DHSP KY THUAT

Trang 14

1.1.1 Tạo chuẩn đái cấn

Day 1A kỹ thuật tạo điện áp chuẩn dựa vào điện áp phán cực Vạ; của transistor tích hợp biết trước Từ điện áp của bể rộng dâi cấm chất bán dan sé tao ra điện áp chuẩn

Vret = Vargs + bRo

Các giá trị điện trở R;,R¿ chọn sao cho dòng điện qua các transistor Q¡

và Q; khác nhau(I¡ = 101;) Sự khác biệt của hai dòng điện qua R; và R¿

cũng tạo ra sự khác biệt của các điện áp Vạp tương ứng của chúng Sự sai biệt điện áp này (Vsroi-Vpro;) sẽ xuất hiện ở hai đầu điện trở Rạ người

ta chọn các transistor có độ lợi đủ cao tao dong I, đi qua Rạ

In = (Vspoi-Vnpos) / Rạ

Điện áp chuẩn dãi cấm thuận lợi với các ứng dụng điện áp thấp (V„ =

1.2v) và nó cho một mức chuẩn ổn định ngay cả trong trường hợp biến đổi ở

nguồn cung cấp và nhiệt độ môi trường xung quanh

Trang 15

LUẬN ẤN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYEN VIỆT HUNG

ap chuấn Hiệu của hai điện áp chuẩn và mẫu sẽ điểu khiển ổn áp làm cho điện áp ra ổn định theo đúng mức định sẵn

Lo Phẩntửlấy mẩu từbệ chịa ép RUR2 -

Phần tử lấy mẫu trong các mạch ổn áp thường là câu chia áp Rạ / Rạ điện áp hổi tiếp được xác định bằng tỉ số giữa R; và Rạ Nên khi Rị và R;

thay đổi thì tỉ số giữa Rị và Rạ vẫn phải là hằng số để không ảnh hưởng

Trang 16

LUẬN ẤN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN VIỆT HUNG

đến ổn áp Khi thiết kế phải chú ý đến cách bố trí linh kiện điên trở này

để ảnh hưởng của chúng đến ổn áp là ít nhất

13 PHẦN TỬ KHUẾCH ĐẠI SAI BIỆT

Đây là phần tử có chức năng so sánh điện áp hổi tiếp với điện áp chuẩn Nó khuếch đại mức sai biệt để lái mạch điều khiển đưa điện áp ra

ổn định ở mức đặt trước Nếu điện áp chuẩn ổn định và điện áp lấy mẫu

là chính xác, thì khuếch đại sai biệt là yếu tố chính, xác định hiệu suất của ổn ấp

*ự ổn định của ến áp phụ thuộc vào các tham số: điện áp lệch

cách chung, tống HỞở ngõ ra, hệ số nhiệt những

Ð, tát, nhiệt độ môi trường cũng Ảnh hưởng (oflseÐ, tÍ số triệt tín hiệ

biển đổi của nguồn cùng

đến chất lượng dn ay

121.1 Điện áp ðSeL Vio

Điện ấp ð(1set được coi như là một tín hiệu sai số trosg r2ch khuếch đại và ngô ra của mạch khuếch đại sẽ có một điện áp tượng ứng với nó

'Vạ;: điện áp hồi tiếp

Trang 17

Vio: dién 4p offset

V„: điện áp chẩn

Av: độ lợi mạch khuếch đại

Rj, Rạ: điện trở làm cẩu chia áp

Khi Av lớn điện áp ra có thể tính theo công thức sau:

Vo = (Vyer -Wio) [14(Ri /R2)]

Trong ổn áp ding IC, Vio còn biểu diễn cho sai số ban đầu ở ngõ ra

của ổn áp Phương pháp đơn giản nhất đế bổ chính sai số này là diéu

chỉnh phân tử lấy mẫn

1.3.2 Sự thay đổi điện áp offXet đổi với nhiệt độ

' rong hấu hết các mạch khuếch đại, khi nhiệt độ thay đổi sẽ làm điện

Ap ollact thay đổi, theo 1Í lệ với mức oflset ban đầu L2o 44 viéc bổ chính

cho điện áp ð(1xet nút noi trên sẽ mất tác dụng, sự Ốn định sẽ khóng còn chỉnh xác nứa Hắt việc điều chỉnh lại phần tử lấy mẫu cửỉ đzn thuần làm

trung hoà nó ở một nhiệt độ xác định, khi nhiệt độ thay đổi thị ziệc điều

chính phần tứ lấy mẫu không làm giảm điện áp offset được öởi ưong ổn

áp điện áp offsc( càng thấp càng tốt, sự thay đổi theo nhiệt đó cảng giảm,

mạch càng chính xác Ngày nay người ta dùng IC ổn áp đơn tính thể để

khử điện áp offset trong các mạch khuếch đại

1.3.3-Sự biến đổi của điện áp nguồn

Sự biến đối của nguồn, làm cho các tham số như: tỉ số triệt cách chung,

tử số triệt nguồn cung cấp của mạch khuếch đại sẽ ảnh hưởng đến sự ổn định của ổn áp Trong trường hợp lý tưởng, đối với mạch khuếch đại thì điện áp ra chỉ đơn thuần là hàm cửa điện áp vào vi sai Trong thực tế, điện áp ngõ ra còn chịu ảnh hưởng của điện áp cách chung của ngõ vào Điện áp cách chung là điện áp trung bình so với “đất ảo” của mach khuếch đại

Trang 18

bat do = (Vec+ + Vec-) /2

Điện áp vào Hung bình ViAv› là:

Viav, = {V;+ Vo[Ra /(Rị +R2)

Tiong do

Veet: dign áp dương cung cấp cho mạch khuếch đại

Vwe-: điện áp âm cung cấp cho mạch khuếch đại

Điện áp cách chung:

Vem= 1 22 {V¿+ [VoR¿/(Rị +R¿)] - (Vcc+ + Véc-)}

Biểu thức trên cho thấy các thay đổi không bằng nhau của cả hai

nguồn cung cấp sẽ tạo ra các thay đổi trong điện áp cách chung

Tỉ số triệt điện áp cách chung CMRR (Common Mode Voltage Rejecdon Rotton) là tỉ số giữa hệ số khuếch đại vi sai Ap và hệ số điện

áp cách chung Acw (Common Mode)

CMRR = Ap /Acu Acm = Ap /CMRR

Điện áp ra bi ảnh hưởng bởi điện áp cách chung là:

Vo = Vem Acm = Ap.Vom / CMRR

Sai số tương đương thêm vào là:

Sai số cách chung = Vcw /CMRR

Sai số cách chung biểu diễn một điện áp offset đối với mạch khuếch

đại Nếu bỏ qua điện áp offset thực sự Vio, thì điện áp ra của mạch

khuếch đại là:

Vo = (Vrer +Vcm) (1 + Rị /R2)

Trong các mạch khuếch đại IC , phần lớn dùng nguồn dòng, t số triệt

cách chung nguồn cung cấp điện của nó rất lớn làm cho điện áp cách

chung ảnh hưởng lên điện áp ngõ ra Vo thường không đáng kể

Trang 19

L4 PHẨN TỬ ĐIỀU KHIỂN

Là bộ phận có nhiệm vụ làm cho điện áp ngõ vào thành điện áp ngõ

ra ở mức ổn định theo mong muốn của mạch ổn áp Tùy theo yêu cầu thiết kế của mạch ổn áp mà thành phần điều khiển có cấu trúc phù hợp

Có ba loại phần tử điểu khiển đó là: nối tiếp, song song, xung tương ứng

với nó là ba loại ổn áp, ổn áp nối tiếp, ổn áp song song, ổn áp xung

Các dạng mạch điểu khiển được mô tả như sau:

‘Trong d6: (a) mach diéu khiển dạng nối tiếp

(b) mạch điều khiển dạng song song

(c) mạch điều khiển dạng xung

Từ các mạch điều khiển trên ta có điện áp ngõ ra:

~Trong mạch nối tiếp:

Vo=Vi-— R;.l,

-Trong mạch song song:

Vo =Vi- RU +1)

-Trong mach xung:

Vo = Viton / (ton +tort)

Vo: điện áp ngõ ra

Vi : điện áp ngõ vào

I : dong điện tải

1,: dòng điện qua điều khiển

tọạ: thời gian xung mổ

tạr: thời gian xung tắt

R,: t6ng trở thành phần điều khiển

Trang 20

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN VIỆT HUNG

I CÁC LOẠI ỔN ÁP

11 Ởn áp nổi tiếp

Là loại ổn áp có phần tử diéu khiển mắc nối tiếp với tải Điện áp ra

được ổn định bằng cách điều chỉnh “phân tử tích cực” nối tiếp và nó có chức năng như một điện trở thay đổi được Những thay đổi của điện áp

vào Vi tạo nên sự thay đổi trong điện trở tương đương (R,) của phần tử nối

tiếp tích số R,l (ị dòng tải) làm cho điện áp sai biệt (Vi - Vo) thay đổi

dẫn đến việc hổ chính cho điện áp vào thay đổi Loại ổn áp nối tiếp thường được dàng cho trường hợp tái biến đổi ít và điện áp biến đổi

Phương trình đặc trưng của ổn áp nối tiếp:

Vo= Vi- I.R;

Với R, là điện trở tương của phần tử điều khiển

Sự thay đổi của R; theo sự thay đổi của điện áp vào:

AR, = AVi/IL

Sự thay đổi của R; theo sự thay đổi của dòng tải:

AR,= (AI, -R)/(+ AI)

Mạch ổn áp nối tiếp khá đơn giản, giá thành thấp mà lại cho nguồn

khá ổn định Song nhược điểm của nó là có sụt áp cao ở phần tử điểu khiển khi làm việc với dòng điện lớn gây tổn hao công suất, hiệu suất thấp Vì thế ổn áp nối tiếp thường sử dụng cho mạch có dòng điện nhỏ

11.2 ON AP SONG SONG

SVTH : LÊ BÁ QUÂN TRANG 10 TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT

Trang 21

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYEN VIỆT HÙNG

Là ổn áp có phần tử điểu khiển mắc song song với tải nó điểu khiến dòng điện trong phần tử điều khiển bổ chính các biến động của điện ấp ngõ vào và các điều kiện tải thay đổi

Chủ áp song song

Gn ap song xong được dùng trong trường bợp điện áp ít thay đổi và tải

thay đổi nhiều

Rhi đồng tái lý tăng, dòng qua phần tử điều khiển la„„ øiZm để điểu

chính sụt áp qua R; do đó Vo luôn không đổi

Vo= Vi - I,.R;

1= lụ + Tetum

Vo= Vi— R; (L + luum)

Thay đổi của Iauạ theo thay đổi của dòng tải:

Algunt =- Al,

Thay đổi của Iuu„ theo thay đổi của điện áp vào:

Alamnt = AVi/ Rs Taunt = VO / Rehunt

VGi Renom 18 dién trd tương đương của phn tit diéu khién Gn áp song

song ít thông dụng, nhưng ở một số ứng dụng nó lại có ưu điểm là ít nhạy với biến đổi nhất thời của điện áp vào, ít nhạy với biến đổi tức thời của dòng tải trở về nguồn và nó chịu được ngắn mạch

11.3 ON AP XUNG

Là loại ổn áp có phần tử điều khiển là một khóa tích cực Khóa này có tác dụng ngắt điện áp ngõ vào theo chu kỳ làm việc thay đổi theo các yêu câu của tải

Trang 22

Chính tâi điểm này mà ốn áp xung hữu hiệu hơn ổn áp nối tiếp hay song

song, VÌ hiệu suất của nó cao do đó ổn áp xung thích hợp cñø các ứng

u cầu dòng tải lớn

Sự biến đối chu kỳ làm việc thường đạt được bằng cách duy trì một tần

số không đổi và thay đổi thời gian tắt mở Phương pháp này gọi là biến

digu d6 réng xung (PWM = Pulse width modulation)

Trang 23

CHUONG II:

BO NGUON ON AP XUNG

1 KHÁI NIỆM VỀ XUNG

L.1- khái niệm cơ bản

“Trong kỹ thuật điện tứ có hai loại tín hiệu ; tín hiệu rời rạc và tín hiệu

liên tục, Tín hiện rời rạc hay tín hiệu xung là những điện áp hay dòng

chủ kỳ, có tính tuần hoàn hay không tuần hoàn, thông thư2sg hay gấp các

loại xung san đầy

Tar” CAINE HAM tf MD

Dang xung trong 6n 4p xung

1.2-Các tham số cơ bản của xung

Trang 24

để thị biểu viên cá thaưa vố của Ẩn áp xưng

Độ rộng xung (là khoảng thời gián tổn tại của xusg NG được đo bang

khoảng thời gian vụng lớn hơn 0.1 Vin,

Độ rộng sườn tước tị của xung là khoảng thời gián t4z£ của biến độ xung, xác định bằng khoảng thời gian xung tăng từ 0.1 Vm đến 9.9 Vm

Đồ nắng sườn sau Lọ của xung là khoảng thời gian giảm cla xung, xác

định bằng khoáng thời gian xung giảm từ 0.9 Vm dén 0.1 Vm

1.3-ốn áp xung

Để hoạt động tốt các thiết bị điện luôn đòi hỏi một nguồn ổn định cung,

cấp cho chúng, mà thực tế cho thấy, nguồn điện lưới cũng như tải của

mạch thường hay thay đổi Điều này dẫn đến sự hoạt động của các thiết

bị không ổn định và hay hư hỏng Các mạch ổn áp sẽ khắc phục vấn để

này Đối với các mạch điện DC đòi hỏi hiệu suất cao, dòng tải lớn, thì nên sử dụng mạch ổn áp xung là tối ưu hơn cả do nó có nhiều lợi điểm sau:

> Tén hao thấp so với các loại ổn áp khác nên có hiệu suất cao

> Hoạt động ở tân số rất cao nên các phần tử R-L-C có kích thước

Trang 25

lọc ngồ vào chuyển mạch loc ngé ra

Nguyên If hoại đồng của mạch

khi cấp nguần điệu xoáy chiểu cho mạch 6n 4p, tai ng vào, nguồn xoay chiêu nẤy sẽ được chính lưu và lọc để cho ra điện áp øót chiều chưa

ẩn định, Điện áp này được đưa qua phần tử chuyển mạch œ2 tần số làm

việc cao C20KIz _LMH2) cho ra dạng xung ở tần số cáo S2ng vuông

này tiếp tục qua biến áp cách ly hạ xuống một mức điện áp định trước,

sau đỏ được nấn và lọc để tạo ra điện áp một chiều theo yéu cầu

Một phần điện áp ra này được kiểm tra và so sánh với một áp

chuẩn cố định để đưa ra một điện áp sai biệt để diéu khiển tbởi gian tất

mở của phần tử chuyển mạch nhờ vậy mà điện áp ra được Ổn định

Mạch điều khiển bao gồm mạch dao động (OSC) để tạo ra tắn số dao động trong mạch Mạch biến đổi độ rộng xung (PWM) để điều chính độ

rộng của xung làm cho điện áp không đổi Bộ khuếch đại sai biệt dùng để

so sánh mức điện áp đâu vào cùng với điện áp của mạch chỉnh lưu và lọc

ngõ ra, từ đó điều khiển độ rộng xung

ILCAC DANG MẠCH CHUYỂN ĐỔI DC - DC CƠ BẢN

IL.1-Dạng có cấu hình ra một đầu

a-Mạch chuyển đổi Buck

Trang 26

Mach chuyến đối Buck

Ở mạch trên khóa Ñ tướng trưng chớ một transislor đóng ngắt, mạch

hoạt động bẰng nguần DC lay a mạch chính lưu và lạc, Khoá § làm gián

đoạn điện áp DỌC vào và nhờ đồ mà có được sóng vuông œ đồ rộng thay

đổi được, tội mạch lọc LC Khi khóa § đóng, diode D2 phân cực nghịch,

đồng cháy qua L khí khoa § ngắt, dồng diode phân cực thuận, náng lượng,

tích Hử trong L sẽ cháy quả tải,

Điện Aprra Võ là điện áp trung bình của điện áp vào và được tính:

Vo= Vi.on/T Với T= loa +toer

VÍ số tạ / tue Chinh là chu kỳ làm việc

‘Trong mach Buck, dòng đỉnh có liên hệ dòng tải

Đặc tính cơ bản của mạch Buck là điện áp DC ngõ ra luôn nhỏ hơn

điện áp DC ngõ vào và nó phụ thuộc vào chu kỳ làm việc của hệ thống

chuyển mạch cùng với điện áp vào

b-Mạch chuyển đổi Boost

Mach chuyển đổi Boost

Mạch này cho điện áp DC ngõ ra luôn lớn hơn điện áp ngõ vào Mối

quan hệ giữa ngõ ra và ngõ vào như sau :

SVTH : LÊ BA QUAN TRANG 16 TRUONG DHSP KY THUAT

Trang 27

Vo = Vi /(1 = ton /T) Khi mạch hoạt động, khóa S đóng (transistor dẫn) cuộn cảm L dược

tích trữ năng lượng trực tiếp bởi điện áp vào, diode D bị phân cực nghịch,

do đó tải không được cấp dòng Lúc khóa S ngắt (transistor ngưng dẫn)

diode D phân cự thuận, tải được cấp năng lượng từ ngõ vào cùng với năng

11.2-Dang mach ghép bién dp

a-Mach chuyén đổi Flyback

Mạch chuyển đổi Flyback

Đây là mạch đơn giản nhất, sử dụng năng lượng từ ngõ vào đưa tới ngõ

ra thông qua cách ly

Khi transistor Q dẫn, năng lượng được tích lũy trong cuộn dây sơ cấp

của bi€n Ap, hic nay diode D phân cực nghịch (vì cuộn thứ cấp ngược cực SVTH: LÊ BA QUAN TRANG 17 TRUONG DHSP KY THUAT

SKLOO 136

Trang 28

tính với cuộn sơ cấp), do đó tại thời điểm này chưa có dòng từ cuộn thứ

cấp cung cấp cho tải và tụ C là nguồn duy nhất cung cấp dòng qua tải trong suốt thời gian transistor dẫn Khi transistor ngắt, cực tính cuộn dây

đảo lại, diode D phân cực thuận và năng lượng tích lãy trong cuộn dây

được đổ qua tải Điện áp ra Vo được tính bằng công thức:

Dạng sóng mạch chuyển đổi flyback

b- Mạch chuyển đổi Flyback dùng hai transistor

SVTH : LÊ BA QUAN TRANG 18 TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT

Trang 29

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: NGUYEN VIET HONG

Mach chy én di blyback ding hs) tanuger

Mạch này được phát biến từ nạch Flyback đã nói ð trên.nó được sử

dụng khí giá tị điện 4t lạt cực collector của transisuor quá cao, Hai diode

Dị và D9; dùng để giới hạn điện áp collector cực đại cia wansiator,

c-Mụch chuyến đời Push-Pul

Trong mach Push-Pull hai transisor làm việc luân phiên nhau ở mỗi

nữa chu kỳ Diode Dạ và Dạ là bộ nắn các xung vuông do transistor Q¡ và

Q¿ tạo ra Mạch có điện áp ra Vo bằng:

Vo =2 Smax-Vi /n Điện áp qua mỗi transistor lúc ngắt bị giới hạn đến:

Trang 30

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYEN VIET HONG

Dòng làm việc của cực C transistor:

I, = Pout 1 Srnax.Vi

Pom: công suất

max: chu kỳ làm việc cực đại

Vi: điện thế ngõ vào

Với mạch chuyển đổi Push-Pull thì có:

Dang sóng mạch chuyển đổi push-pull

HI TRANSISTOR CHUYỂN MẠCH ĐÓNG NGẮT

Trong các mạch ổn áp xung, phần tử chuyển mạch giữ vai trò rất quan

trọng Việc lựa chọn các linh kiện điện tử làm phần tử chuyển mạch sao

SVTH: LE BA QUAN TRANG 20 TRUONG DHSP KY THUAT

Trang 31

cho phù hợp với yêu câu thiết kế là hết sức cân thiết Trong ổn áp xung, thường sử dụng transistor lưỡng cực làm việc như khóa điện tử ở hai trạng

thái: khóa đóng 1a hic transistor dẫn và khóa ngắt là lức transistor ngưng

dẫn Transistor chuyển mạch thường là transistor công suất, với khả năng chịu dòng tải lớn

HH So luge vé transistor lưỡng cực

Transistor hiding cue 1 linh kiGn b4n din hai m6i ndi, được tao từ ba lđp bán dẫn PNP hode N-P-N

+ Cực B (base): cực gốc hay còn gọi là cực nền

Transistor hoạt động ở ba chế độ tùy thuộc vào sự phân cực của mối

nối Vgg

SVTH: LE BA QUAN TRANG 21 TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT

Trang 32

Tae Ruyển V-[ ngõ ra của tran or

Đường đặc tuyển V-{ ngõ ra cho ta thấy:

vũng (4) ransistor làm việc ở chế độ ngắt

vùng (b) tansistor Lam việc ở chế độ khuếch đại

vũng (c) transistor làm việc ở chế độ dẫn bão hòa

111.3- Lựa chọn transistor lưỡng cực lam transistor chuyển mạch

Khi lựa chọn transistor chuyển mạch cẩn phải chú ý đến các thóng số

Sau:

+ Dòng Icmax: ddng transistor cực đại cho phép lúc transistor ngưng

dẫn

+ Điện áp đánh thing Vcr (break down voltage) : khả năng chịu đựng

được điện áp lúc transistor ngắt, ly = 0

+ Pma„: công suất tiêu tán cực dai cia transistor

Tay = ÍC-VCEeao + Ib-Vpp,

+l„: dồng qua cực B mà transistor chịu được

+Vạp: điện áp phân cực cho transistor

+Vcp¿ao: điện áp Veg khi transistor dẫn bão hòa

+Vcex: điện áp Vcp khi cực B bị khóa điện áp âm, Ib < 0

1IL3- Chế độ khóa của transistor chuyển mạch

SVTH: LE BA QUAN TRANG 22 TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT

Trang 33

Mach khod ding transistor

Khóa dùng transixtet lưởng cực mắc chung E Cách mắc này không đòi

rất thông dụng Tác đông của tín hiệu

đối từ trạng thái nay sang trạng thái khác theo mát tấu số nhát định gọi là tẫn số đóng mở của k»⁄4

hỏi công suất điển khiến kửa,

ngõ vào sẽ điểu khiến khỏa chuyể

1.4 Vấn để thời gián của transistor chuyển mạch

ñ-Đôi với tái thuần trở

t,: là thời gian cần thiết để Vcg giảm từ 90% xuống còn 10%

t, : Ja khoảng thời gian cẩn thiết để Vep tăng lên 10% giá trị lúc transistor ngắt kể từ khi cấp dòng Iu; ngược

SVTH : LÊ BA QUAN TRANG 23 TRUONG DHSP KY THUAT

Trang 34

ty: khoảng thời gian cần thiết để Vep tăng từ 10% đến 90% giá trị lúc ngắt

Da ng sống dòng và áp đối với tổi cảm

Đôi với tái điện cảm, dòng điện và điện áp nguồn cung cấp qua cuộn

đây không cùng lúc Khi điện áp Vcc bắt đầu tăng từ 10% lén 92⁄⁄ điện

áp Šn thì dòng I, bắt đâu giảm từ 90% xuống 10% giá trị ban đáu

"trên hình vẽ, t(Vcs) chính là khoảng thời gian tăng giảm của điện 4p

Vy và tr(1,) là khoảng thời gian tăng giảm của dong 1

Tải điện cảm L có thể coi như là một nguồn dòng, chính vì thế khi

đồng Iy và dòng I, là như nhau đối với hai loại, tải thuần trở và tải điện

cảm, thì khoảng thời gian điện áp rơi, t(Vce) dùng tải điện cảm cũng dài

Trang 35

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYÊN VIỆT HÙNG

CHUONG III

KỸ THUAT DIEU KHIỂN TRONG ỔN ÁP XUNG

L GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC

Điều biến độ rộng xung là phương pháp ốn áp cho ra mức áp trung

bình ổn định Kỹ thuật này làm thay đối thời gián ngất dẫn của transistor

chuyển mạch trong mat chy kỳ để diểu chỉnh và ốn định điện áp ngõ ra Ở một giá trị định tước KỆ thuật này rất thích hợp cho các mạch ghép biến

thế ở tổng ra, việc thiết kề mạch từ sẽ hiệu quả bơn và sử dụng được

nhiều cấp điệu áp tá đẳng thời Tây theo transistor chuyển mạch là loại

NPN hay PNE ma đ ngõ ra của mạch điều khiển tá sẽ whan dude xung

dương hay xing din,

điều khiển Khi điện áp ngõ ra có sự thay đổi sẽ làm thay đổi mức áp ra

của bộ khuếch đại sai biệt, dẫn đến thay đổi độ rộng xung ở ngõ ra của mạch so sánh, kéo theo sự thay đổi độ rộng xung ở ngõ ra của bộ tạo

Trang 36

xung điều khiển Chính xung điểu khiển tác động vào thời gian chuyển

mạch của transistor làm cho ngõ ra ổn định ở mức áp định trước Trong

khoảng thời gian transistor dẫn, cuộn dây L sẽ tích trữ năng lượng Khi

transistor ngắt, dòng được duy trì nhờ vào năng lượng của cuộn dây

Diode D có nhiệm vụ bảo vệ transistor khi có sự đột biến của điện áp tự

cẩm trên cuộn dây Để tạo xung răng cưa người ta thường dùng mạch tích phân có tần số dao động phụ thuộc vào giá trị R và C của mạch

~_ Tínhiệo sai biệt 1

| | i [ Tin hiéu sai biết i hig sai big 2

| L_]

Dao đồng 1

8o sánh 1

Dang sóng mach điểu khiển PWM

II.1-Đùng mạch dao động đa hài để điều chế độ rộng xung

1-Sơ đồ khối

Dao độngphát | SLL Điều chế độ tod

xung vuông rộng xung

Đối với mạch phát xung vuông người ta thường dùng mạch dao động

đa hai phi ổn do nó tự phát ra xung vuông liên tục mà không cần có sự tác

động của xung kích bên ngoài

SVTH: L& BA QUAN TRANG 26 TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT

Trang 37

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYEN VIỆT HONG

Ta dùng mạch dao động đa hài đơn ổn để làm mạch điểu chế độ rộng xung vì: khi mạch nhận được xung kích ở ngõ vào sẽ cho ra một xung mà thời gian tạ tùy thuộc vào hai thông số cơ bản R và C của mạch Khi R-C

thay đổi thì thời gian tạ cũng thay đổi

2.1-Dao động đa hài phi ổn

a-Mạch tạo xung âm và đạng sóng

Trang 38

-Vcc

vel LS

TXog tơng của mạch đa dng da hài phì Ổn tạo xung âm

Nột đăng của mach abit sau

Do sự khơng tuyết đồi giống nhau của hai tanistor øêø sẽ cĩ một

transistor dan tite, giá sử là Q¡ dẫn trước Q¿ thì Q¡ sẽ rới vao vung bao

hịa, cịn Q› sé netug dẫn, Lúc này tụ C¡ sẽ nạp, điện trở giữa bai cực C-E

của Q¡ rất nhỏ nêu C¿ phĩng hết Cực B của Q¿ chuyén wy (+) sang (0)

sang (<) Cs nạp đẩy cực B của Q¡ chuyển từ (-) sang (0) sang (+) dẫn đến Q¡ dân, Q› ngưng dẫn

Khi C› phĩng thì Qs ngưng dẫn, Q¡ dẫn và C¡ nap

Khi C¡ phĩng thì Q¡ ngưng dẫn, Q; dẫn và C; nạp

Để hai transistor dẫn bão hịa thì:

Rai > Ben-Rer Raz> Bon Reo Thời gian C¡ và C; xã từ Vcc đến 0:

Trang 39

Nguyên lý hoạt động tương tự như mạch tạo xung âm

2.2-Đao động đa hài đơn ổn

a-Dạng mạch và dạng sóng

SVTH : LÊ BÁ QUÂN TRANG 29 TRUONG DHSP KỸ THUẬT

Trang 40

LUẦN ÁN TỐT NGHIỆP GVHD : NGUYỄN VIỆT HÙNG

trạng thái bên

Lúc này độ rộng xung được tính :

1„=C.R.Ln2 = 0.693.R.C TI.2-Điều khiển đóng ngắt ding dao động Block

Mạch dao động Block được dùng để tạo xung hẹp có sườn dốc đứng

Mạch này có tầng khuếch đại với hổi tiếp dương rất sâu thực hiện bằng

biến áp Mạch có khả năng tải lớn và có thể hoạt động ở chế độ tự dao động hoặc ở chế độ tự đợi

SVTH: LÊ BÁ QUÂN TRANG 30 TRƯỜNG ĐHSP KỸ THUẬT

Tiêu đề	Nghiên cứu và thi công nguồn ổn áp xung
Tác giả	Lê Bá Quân
Người hướng dẫn	Nguyễn Việt Hùng
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Điện - Điện Tử
Thể loại	Luận văn tốt nghiệp
Năm xuất bản	2002
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	7,64 MB