I: THIếT Kế MạCH NGUồN
4. Mạch ổn ỏp
Chức năng của mọi ổn ỏp DC là biến đổi điện ỏp vào DC chưa ổn định thành điện ỏp ra DC ổn định và giỏ trị điện ỏp này phải đỳng với giỏ trị khi tớnh toỏn lý thuyết. Điện ỏp ra này phải được duy trỡ liờn tục và khụng được thay đổi khi điện ỏp ngừ vào hoặc dũng tải thay đổi (ở một giới hạn cho phộp của mạch).
4.1: Sơ đồ khối của mạch ổn ỏp bự :
Phần tử điều khiển cụng suất điện ỏp hồi tiếp điện ỏp vào điờn ỏp ra
Hỡnh 2.6: SƠ Đồ KHốI CủA MộT ổN ỏP CƠ BảN
- Phần tử chuẩn (REF: Reference): cung cấp một mức điện ỏp ổn định biết trước (VREF).
- Phần tử lấy mẫu:lấy điện ỏp ngừ ra để làm mẫu. - Phần tử khuếch đại so sỏnh: so sỏnh mẫu điện ỏp ra với mức chuẩn và tạo ra tớn hiệu sai biệt.
- Phần tử điều khiển cụng suất:biến đổi điện ỏp vào thàn mỳc điện ỏp ra mong muốn khi điều kiện tải thay đổi. Khối này được điều khiển bằng tớn hiệu sai biệt từ bộ khuếch đại sai biệt đưa đến.
Cả hai dạng mạch ổn ỏp là ổn ỏp liờn tục và ổn ỏp xung. ổn ỏp liờn tục được chia ra làm hai loại nữa là ổn ỏp nối tiếp và ổn ỏp song song. Tuy mạch điện thật sự của cỏc loại ổn ỏp này khỏc nhau nhưng về cơ bản đều phải cú đủ cả bốn thành phần trong sơ đồ khối trờn. Sau đõy là cỏc sơ đồ khối của cỏc loại ổn ỏp cơ bản trờn.
Hỡnh 2.7
Tờn gọi ổn ỏp nối tiếp là do phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải (phần tử điều khiển thường là một Transistor cú chức năng như một biến trở, ở đõy ký hiệu là RS). Nguyờn lý hoạt động của mạch như sau: giả sử điện ỏp ngừ vào bị sụt ỏp thỡ tại thời điểm tức thời (ngay lỳc vừa sụt ỏp) điện ỏp ngừ ra cũng bị sụt theo. Điện ỏp sụt này (điện ỏp mẫu) được phản ỏnh đến bộ khuếch đại sai biệt nhờ cặp điện trở lấy mẫu R1, R2. Khối khuếch đại sai biệt sẽ so sỏnh điện ỏp mẫu này với điện ỏp chuẩn từ khối REF (Reference) đưa đến và sẽ đưa ra tớn hiệu điều khiển đến cực B của Transistor, điều chỉnh lại điện ỏp phõn cực của nú (cụ thể là làm Transistor dẫn mạnh hơn). Giải thớch tương tự cho trường hợp tăng ỏp ở ngừ vào.
Sơ đồ khối của mạch ổn ỏp song song:
REF RS V I R1 R2 VO
Hỡnh 2.8
Tờn gọi ổn ỏp song song cũng do phần tử điều khiển mắc song song với tải. Nguyờn lý hoạt động của mạch cũng được giải thớch tương tự như mạch ổn ỏp nối tiếp. Sự thay đổi điện ỏp vào sẽ làm điện ỏp ngừ ra cũng thay đổi theo tại thời điểm tức thời, cặp điện trở lấy mẫu R1, R2 sẽ truyền sự thay đổi này về bộ khuếch đại sai biệt. Bộ khuếch đại sai biệt cũng so sỏnh điện ỏp chuẩn với điện ỏp mẫu này và sẽ đưa ra tớn hiệu điều khiển tương ứng làm cho điện ỏp ra ổn định trở lại.
* Sơ đồ khối của mạch ổn ỏp xung:
Hỡnh 2.9 VI RS VO R1 R2 RSHUNT REF REF OSC VI VO R1 R2
ổn ỏp xung dựng một khúa tớch cực để làm phần tử điều khiển. Khúa này được dựng để ngắt điện ỏp vào theo một chu kỳ làm việc thay đổi theo cỏc yờu cầu của tải.
Một bộ lọc (thường là lọc LC) dựng lấy trung bỡnh điện ỏp hiện diện ở ngừ vào của nú và đưa điện ỏp đú đến tải ra. Do Transistor điều khiển hoặc mở (dẫn bóo hũa) hoặc tắt nờn cụng suất tiờu tỏn ở phần tử điều khiển sẽ tối thiểu. Vỡ lẽ đú, ổn ỏp xung hưũ hiệu hơn ổn ỏp nối tiếp hoặc song song. Do nguyờn nhõn này, ổn ỏp xung đặc biệt thớch hợp cho cỏc ứng dụng cú sai biệt điện ỏp vào ra lớn hay cỏc yờu cầu dũng tải lớn.
Sự biến đổi chu kỳ nhiệm vụ thường đạt được bằng cỏch duy trỡ một tần sốkhụng đổi và thay đổi thời gian tắt mở. Phương phỏp này được gọi là biến điệu độ rộng xung (PWM: Pulse Width Modulation). Một kỹ thuật khỏc là duy trỡ thời gian mở khụng đổi và thay đổi thời gian tắt (thay đổi tần số).
Tất cả cỏc loại ổn ỏp trờn đều cú thể rỏp được từ cỏc linh kiện rời như Transistor, Op-Amp hoặc từ cỏc mạch tớch hợp sẵn. Tuy nhiờn, để mạch điện đơn giản nờn ở đõy dựng IC ổn ỏp (cỏc mạch ổn ỏp được tớch hợp sẵn).
Cú nhiều loại IC ổn ỏp, trong đú loại IC ổn ỏp 3 chõn thường được sử dụng rộng rói vỡ chỳng nhỏ và chỉ cần một số ớt linh kiện bờn ngoài. IC ổn ỏp 3 chõn đặc biệt cú lợi cho việc thiết kế cỏc bộ nguồn nhỏ ổn định hay cỏc ổn ỏp trờn cỏc card.
IC ổn ỏp 3 chõn loại cú điện ỏp ra cố định (khụng điều chỉnh được) cú hai loại là ổn ỏp dương và ổn ỏp
õm. Cú nhiều họ IC ổn ỏp nhưng ở đõy ta chỉ xột đến họ 78xx tương ứng với IC ổn ỏp dương, hai số sau chỉ điện ỏp ra cố định của nú, cụ thể là 7805: ổn ỏp dương cú điện ỏp ngừ ra là 5V, 7812: cú điện ỏp ra là 12V…. Tựy theo dũng điện ở ngừ ra, người ta thờm chữ để chỉ, thớ dụ:
78Lxx: dũng điện ra danh định là 100mA. 78xx: dũng điện ra danh định là 1A. 78Hxx: dũng điện ra danh định là 5A. Chỳ ý: 78L62: ổn ỏp 6,2V.
Sau đõy là một mạch ổn ỏp cú điện ỏp ngừ ra cố định 5V sử dụng IC ổn ỏp 7805 (ổn ỏp dương cú điện ỏp ngừ ra là 5V, dũng điện ngừ ra đến 1A).
Hỡnh 2.10
Cỏc tụ 104 dựng chống nhiễu và cải thiện đỏp ứng quỏ độ của ổn ỏp. Cỏc tụ này đặt càng gần chõn IC càng tốt.