Hình 2.8: Các mạch chỉnh lưu công suất nhỏ và mô phỏng hoạt động
Trong phần này, chúng ta xét tới một số ứng dụng điển hình của điôt trong các mạch chỉnh lưu, hạn chế biên độ, ổn định điện áp.
a- Bộ chỉnh lưu công suất nhỏ
Sử dụng tính chất van của điôt bán dẫn, các mạch chỉnh lưu điển hình nhất (công suất nhỏ), được cho trên hình 2.8a,b,c,d.
Để đơn giản cho việc phân tích hoạt động và rút ra các kết luận chính với các mạch trên, chúng ta xét với trường hợp tải của mạch chỉnh lưu là điện trở thuần, sau
đó có lưu ý các đặc điểm khi tải có tính chất điện dung hay điện cảm và với giả thiết các van điôt là lí tưởng, điện áp vào có dạng hình sin phù hợp với thực tế điện áp mạng 110V/220V xoay chiều, 50Hz.
- Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì: Nhờ biến áp nguồn, điện áp mạng đưa tới sơ cấp
được biến đổi thành hai điện áp hình sin U2.1 và U2.2 ngược pha nhau trên thứ cấp. Tương ứng với nửa chu kì dương (U21 > 0, U22 <0) D1 mở D2 khóa. Trên Rt dòng nhận
được có dạng 1 chiều là điện áp nửa hình sin do U21 qua D1 mở tạo ra. Khi điện áp vào đổi dấu (nửa chu kì âm) (U21 < 0, U22 > 0) D1 khóa D2 mở và trên Rt nhận được dòng do D2 tạo ra (h.2.9).
· Giá trị trung bình của điện áp trên tải được xác định theo hệ thức (1.13):
22 2 2 π 0 o U 0,9U π 2 2 sinωinωt U 2 π 1 U = ò = = (2-15) Với U2 là giá trị hiệu dụng của điện áp trên 1 cuộn của thứ cấp biến áp. · Giá trị trung bình của dòng trên tải đối với trường hợp tải thuần trở
Hình 2.9: Giản đồđiện áp của mạch chỉnh lưu
Khi đó dòng qua các điôt D1 và D2 là
Ia1 = Ia2 = It/2 (2-17)
Và dòng cực đại đi qua điôt là
Iamax = p, Ia = pIt / 2 (2-18)
· Để đánh giá độ bằng phẳng của điện áp trên tải sau khi chỉnh lưu, thường sử
dụng hệ số đập mạch (gợn sóng), được định nghĩa đối với thành phần sóng bậc n;
qn = Unm / Uo (2-19)
Trong đó Unm là biên độ sóng có tần số nw; U0 là thành phần điện áp 1 chiều trên tải
q1 = U1m / U o = 2 / (m2 – 1) với m là số pha chỉnh lưu q1 = 0,67 (với mạch hai nửa chu kì m = 2).
Điện áp ngược cực đại đặt vào van khóa bằng tổng điện áp cực đại trên 2 cuộn thứ cấp của biến áp
0 2
ngcmax 2 2U 3,14U
Ungccf > Ungcmax = 3,14Uo
· Khi dùng tải là tụ lọc C (đường đứt nét trên hình 2.8a) ở chếđộ xác lập, do hiện tượng nạp và phóng điện của tụ C mạch lúc đó làm việc ở chế độ không liên tục như
trường hợp với tải điện trở. Trên hình 2.9b với trường hợp tải điện dung, ta thấy rõ khác với trường hợp tải điện trở lúc này mỗi van chỉ làm việc trong khoảng thời gian q1
¸ q2 (với van D2) và q3 ¸q4 (với van D1) nhỏ hơn nửa chu kì và thông mạch nạp cho tụ
từ nguồn U2.2 và U2.1.
Trong khoảng thời gian còn lại, các van đều khóa (do điện áp trên tụ đã nạp lớn hơn giá trị tức thời của điện áp pha tương ứng U2.2 và U2.1). Lúc đó tụ C phóng điện và cung cấp điện áp ra trên Rt.
Các tham số chính của mạch trong trường hợp này có thay đổi, khi đó (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Uo = 1,41 U2 (2-21)
Và q1 £ 0,02
(khi chọn hằng số thời gian mạch phóng của tụ t = RC lớn) còn Ungcmax không đổi so với trước đây.
· Nếu xét mạch hình 2.8a với từng nửa cuộn thứ cấp biến áp nguồn làm việc với 1 van tương ứng và mạch tải ta có 2 mạch chỉnh lưu một nửa chu kì là dạng sơđồđơn giản nhất của các mạch chỉnh lưu. Dựa vào các kết quả đã phân tích trên, dễ dàng suy ra các tham số của mạch này tuy nhiên chúng chỉđược sủ dụng khi các yêu cầu về chất lượng nguồn (hiệu suất năng lượng, chỉ tiêu bằng phẳng của Ut…) đòi hỏi thấp.
- Mạch chỉnh lưu cầu
Hình 2.10: Sơđồ nguyên lý mạch chỉnh lưu cầu
Mạch điện nguyên lí của bộ chỉnh lưu cầu cho trên hình 2.8b, trong đó của gồm 4 van điôt đã được kí hiệu thu gọn: nếu vẽđầy đủ cầu chỉnh lưu ta có hình 2.10.
Trong từng nửa chu kì của điện áp thứ cấp U2, một cặp van có anôt dương nhất và katôt âm nhất mở, cho dòng một chiều ra Rt, cặp van còn lại khóa và chịu một điện áp ngược cực đại bằng biên độ U2m. Ví dụ ứng với nửa chu kì dương của U2, cặp van D1D3 mở, D2D4 khóa. Rõ ràng điện áp ngược cực đại đặt lên van lúc khóa có giá trị
bằng một nửa so với trường hợp bộ chỉnh lưu hai nửa chu kì đã xét trên, đây là ưu