nguồn một chiều cho các thiết bị điện tử, chương 4 pot

1 Chương 4: Phương pháp ổn áp xung sơ c ấ p Sơ đồ khối thực hiện phương pháp ổn đ ị nh sơ cấp cho trên hình 2.146. Hình 2.146: Phương pháp ổn áp xung kiểu sơ c ấ p Mạch hình 2.146 hoạt động như sau: Điện áp lưới được ch ỉ nh lưu trực tiếp b ằ ng một mạch cầu tạo nên nguồn một chiều đối xứng cỡ ± 150V cung cấp cho hai tranzito T 1 và T 2 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 U ra (giống như phương pháp ổn đ ị nh kiểu t h ứ cấp đã nói trên). Nhờ T 1 và T 2 điện áp ± U o lần lượt được đưa tới 1 biến áp xung và tải thứ cấp của nó qua một mạch ch ỉ nh lưu hai nửa chu kỳ, và 1 khâu lọc LC, ta nh ậ n được điện áp ra đã được ổn đ ị nh . Đặc điểm chính của phương pháp này là ở đây s ử 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 ả nh 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, ch ỉ c ầ n điều ch ỉ nh 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 khi ể n thích h ợ p . 2 b – Ổn đ ị nh dòng đ i ệ n Trong những thiết b ị điện tử có độ chính xác, độ ổn đ ị nh cao, ngoài yêu cầu ổ n đ ị nh điện áp ra tải còn có yêu cầu ổn đ ị nh dòng điện qua một mạch tải nào đó. P h ầ n dưới đây đề cập tới một vài phương pháp ổn dòng. - Để ổn đ ị nh dòng điện qua một mạch tải (khi điện áp nguồn hay khi tr ị số tải thay đổ i) 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 c ủ a barette biến đổi thì dòng qua nó hầu như không đổ i . 3 Hình 2.147: Đặc tuyến V-A và mạch dùng Barette và mạch ổn dòng Hình 2.147b biểu th ị mạch điện dùng barette để ổn đ ị nh dòng qua R t giả sử U v tăng thì điện trở của B cũng tăng (do nó b ị nung nóng hơn), sụt áp trên B tăng bù l ạ i sự tăng của U v dòng nối tiếp qua B và R t giữ ổn đ ị nh . Barette đảm bảo sự ổn đ ị nh dòng điện với độ chính xác ± 1% khi điện áp nguồn biến đổi ± (10-15%) các tham s ố của phần tử barette là các cặp giá tr ị điện áp và dòng ứng với các điểm A, B, C trên hình 2.147a. - Tranzito như một nguồn dòng đ i ệ n Hlnh 2.148: Mạch ổn dòng dùng tranzito ở chế độ độ không bão hòa Một phương pháp phổ biến hơn để ổn đ ị nh 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 t r ở 1 chiều lại nh ỏ . 4 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 R E , điện trở tải được mắc nối tiểp với tranzito ở m ạ ch colec t ơ . • Khi U CE > U CẸ bão hòa , dòng điện mạch ra I c = I ra ≈ I E gần như không thay đổi cho t ớ i khi tranzito b ị bão hòa : 5 E R I ra U ≈ I E = E U - U = B BEO R E (2-273) Điện trở trong của nguồn dòng khi đó được xác đinh b ở i r i = dU ra dI = r cE 1+ ( R // R β R E ) + r + R (2-274) ra 1 2 BE E Ví dụ với I ra = 1mA r CE = 100kΩ R E = 5kΩ β = 300 U E = 5V r BE = β U T I c ≈ 300 . 25mV mA ≈ 7.5kΩ 1 R 1 // R 2 = 10kΩ ta nhận được giá tr ị nội trở nguồn là r i = 7,6 MΩ • Để tránh ảnh hưởng của R 1 // R 2 làm giảm r i , R 2 được thay bằng điôt ổn áp Đ2 đ ể ổn đ ị nh điện áp U B và có tác dụng bù nhiệt cho U BE (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 đ ị nh bởi : r i = r DS + M.R s = r DS (1 + SR s ) (2-275) với r DS là điện trở máng - nguồn lúc U GS = 0 và S là độ dốc (hồ dẫn) của đặc tính truyền đạt, của FET. Thường giá tr ị nội trở của nguồn dùng loại này thấp hơn 1 ÷ 2 c ấ p so với loại dùng BST. • Để nâng cao chất lượng ổn đ ị nh của dòng điện trên R t người ta sử dụng các m ạ ch ổn dòng kiểu "gương dòng điện" như biếu th ị trên hình 2.149 a và b. 6 R Với mạch 2.149 (a) tương tự như trên, dòng điện ra được xác đ ị nh b ở i : I ra = I E = U B − U BEO R E = I v . R 2 R E (2-276) Do U E tăng 2mV/ 0 C nên việc đưa thêm điôt Đ vào nhánh có R 2 sẽ bù điện áp UB lên 1 lượng tương ứng (theo nhiệt độ), hay lúc đó U D ≈ U BEO , rút ra : I = R 2 (2-277) ra I v E 180 Nghĩa là dòng điện mạch ra tỷ lệ với đòng I v ở mạch vào (cũng từ lý do này mạch có tên là “gương dòng đ i ệ n ". Hình 2.149: Sơ đồ gương dòng điện đơn gi ả n Trong mạch 2.149 b, điôt D được thay thế bằng T 1 nối theo kiểu điôt. Chế độ của T 1 là bão hòa vì U CE1 = U BE1 = U CEbhòa Vì U BE1 = U BE2 nên I B1 = I B2 = I B và I C1 = I C2 = βI B suy ra : I v = β 1 I B + 2 I B I ra = β 2 I B và với β 1 = β 2 = β ta có I r a = β I β + 2 v ≈ I v (2-278) 181 nghĩa là trên 2 nhánh vào và ra có sự cân bằng dòng điện; mạch cho khả năng làm việc cả khi R E = 0. Tuy nhiên việc có thêm R E sẽ bù sai lệch giữa T 1 và T 2 cũng nh ư làm tăng nội trở của nguồn dòng. . ổn đ ị nh dòng điện với độ chính xác ± 1% khi điện áp nguồn biến đổi ± (10-15%) các tham s ố của phần tử barette là các cặp giá tr ị điện áp và dòng ứng với các điểm A, B, C trên hình 2. 147 a. - Tranzito. 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 t r ở 1 chiều lại nh ỏ . 4 Hình 2. 148 đưa ra một mạch ổn dòng. có yêu cầu ổn đ ị nh dòng điện qua một mạch tải nào đó. P h ầ n dưới đây đề cập tới một vài phương pháp ổn dòng. - Để ổn đ ị nh dòng điện qua một mạch tải (khi điện áp nguồn hay khi tr ị số tải