Chương 8 Mạch cung cấp nguồn
8.6.2. Nguyờn lý ổn áp xung
1. Sơ đồ khối và nhiệm vụ các khối
Amp
Start B+
V0
Tr
Drive
Điều chế xung (PWM)
OSC mẫuLấy
V01
V02
L1
L2
L3'
L3
SW
+ L4
Khối cách ly C1
C2
C3
D1
D2
Hình 8.27 Sơ đồ khối nguồn ổn áp xung Tr: biến áp xung
Khối Start: Tạo điện áp mồi cho SW khi bắt đầu cấp nguồn (thường là R hoặc RC) Khối SW: Là Transistor công suất thực hiện đóng cắt liên tục, thời gian dẫn hoặc tần số đóng cắt của SW sẽ làm thay đổi giá trị điện áp tại đầu ra.
Khối Driver: Mạch khuếch đại đệm thực hiện khuếch đại xung điều khiển đủ lớn
để điều khiển SW. Khối này cùng với khối khuếch đại xung để thực hiện khuếch đại.
Khối lấy mẫu: Nhận điện áp V0 tại đầu ra để xác định giá trị điện áp ra, đưa vào mạch điều chế độ rộng xung, để thay đổi độ rộng hoặc tần số xung để điện áp ra ổn
định.
Khối OSC: Mạch dao động tạo xung (biến đổi xung vuông thành răng cưa)
Khối điều chế xung: Thực hiện quá trình thay đổi độ rộng hoặc tần số phụ thuộc vào điện áp ra V0 (thực hiện điều chế độ rộng xung -PWM )
Khối cách ly: Cách ly điện áp (có thể dùng OPTO) 2. Nguyên lý hoạt động
Khi cấp nguồn điện áp 220V từ đầu vào, qua mạch lọc, chỉnh lưu, cấp vào một
đầu vào SW (thường cấp qua chân C của Transistor), đồng thời cũng qua mạch Start cấp nguồn vào chân B của SW làm SW dẫn. Transistor dẫn dòng qua Transistor tăng (có dòng điện biến thiên qua cuộn L1) do đó có năng lượng ghép từ cuộn L1 qua cuộn L2 và cuộn L3. Điện áp tại cuộn L2 sẽ làm cho SW càng dẫn mạnh hơn và dẫn tới bão hòa.
Khi SW dẫn bão hòa dòng qua L1 không đổi do đó không có năng lượng ghép từ L1 sang L2. Điện áp trên cuộn L2 đảo chiều làm cho SW khóa. Khi SW khóa dòng qua cuộn L1 bằng 0. Năng lượng trên cuộn L2 cũng mất dần và sau một khoảng thời gian SW lại dẫn trở lại. Cứ như vậy quá trình lặp đi lặp lại thì SW (Transistor) cứ liên tục dẫn khóa làm cho có sự biến thiên năng lượng ghép từ L1 sang L2, L3. ở cuộn L3 tùy vào số vòng dây cuộn L3 người ta lấy ra các mức điện áp xoay chiều trên các đầu ra khác nhau (V01, V02), Sau đó chỉnh lưu lấy ra điện áp một chiều.
Để ổn định điện áp ra người ta lấy điện áp V0 từ đầu ra thông qua khối cách ly
đưa vào mạch lấy mẫu. Tùy vào giá trị V0 mà mạch điều chế xung sẽ thay đổi độ rộng hoặc tần số xung, làm cho thời gian dẫn của Transistor hoặc tần số đóng cắt Transistor thay đổi tương ứng làm cho điện áp ra ổn định.
* Các bộ ổn áp xung có ưu điểm:
- Có kích thước gọn nhẹ, do làm việc tần số cao nên tụ lọc không cần lớn.
- Hiệu suất cao vì tổn hao trên Q nhỏ.
- Có thể ổn định điện áp ra khi điện áp khi điện áp vào thay đổi trong phạm vi rộng.
Câu hỏi và bài tập chương 8
Câu 1: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện, phân tích nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu một pha hai nửa chu kỳ có điểm ra trung tính. Vẽ giản đồ thời gian dòng và áp trên tải, điện áp ngược trên Diode, tính các tham số (U0, I0, Ungmax) và cho biết đặc điểm của mạch.
Câu 2: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện, phân tích nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu một pha cầu. Vẽ giản đồ thời gian dòng và áp trên tải, điện áp ngược trên Diode, tính các tham số (U0, I0, Ungmax) và cho biết đặc điểm của mạch.
Câu 3: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch ổn áp bù dùng transistor cùng loại. Nêu biện pháp nâng cao độ ổn áp?
Câu 4: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch ổn áp bù dùng transistor khác loại. Nêu biện pháp nâng cao độ ổn áp?
Câu 5: Vẽ sơ đồ mạch điện, nêu tác dụng linh kiện và phân tích nguyên lý làm việc của mạch ổn áp bù dùng transistor và khuếch đại thuật toán (OPAM).
Câu 6: Vẽ sơ đồ khối, nhiệm vụ chức năng của các khối, nguyên lý hoạt động của bộ nguồn ổn áp xung. Cho biết những ưu nhược điểm của loại ổn áp này.
Câu 6: Thiết kế bộ cấp nguồn một chiều DC có ổn áp bù dùng 2 TZT cùng loại với yêu cầu sau: Ur.ổn = 7v, It = 1A
Câu 7: Thiết kế bộ nguồn cho một thiết bị điện tử có các yêu cầu sau : điện áp lưới 220V, điện áp DC cấp cho tải là 30V, dòng tải danh định 1A. Mạch có khả năng bảo vệ quá tải khi It ≥ 1,5A.
Câu 8: Cho mạch chỉnh lưu 1 pha 2 nửa chu kỳ như hình 8.28, điện áp thứ cấp biến áp U21m = U22m = 100 V, tải thuần trở Rt
= 50. Hãy:
a/ Nêu tác dụng linh kiện cho mạch.
b/ Phân tích nguyên lý làm việc của mạch.
c/ Vẽ giản đồ thời gian dòng, áp trên tải,
điện áp ngược trên diode.
d/ Viết biểu thức và tính giá trị của các thông số sau: U0, I0, IDmax, Ungmax.
H×nh 8.28 U1
D1
D2 C Rt
U21m
U22m
TR
C âu 9: Cho mạch chỉnh lưu cầu 1 pha như hình 2.29, điện áp thứ cấp biến áp U2m = 100V tải thuần trở Rt = 50 . Hãy:
a/ Nêu tác dụng linh kiện cho mạch.
b/ Phân tích nguyên lý làm việc của mạch.
c/ Vẽ giản đồ thời gian dòng, áp trên tải,
điện áp ngược trên diode.
d/ Viết biểu thức và tính giá trị của các thông số sau: U0, I0, IDmax, Ungmax.
H×nh 2.29
TR
C Rt
D2
U2m D1
U1
D3
D4