Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG……………..
LUẬN VĂN
Tính toán và thiết kế
nguồn ổn áp xung
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 2
Chương I:
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ỔN ÁP DC
I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ỔN ÁP
- Chức năng của mọi ổn áp DC và biến đổi điện áp vào DC ( một chiều)
thành điện áp ra DC xác định , ổn định và duy trì điện áp đó không đổi trên một
tầm rộng của các điều kiện điện áp vào và dòng tải. Để thực hiện việc này, một
ổn áp thường gồm có.
1. “Phần tử chuẩn” để cung cấp một mức điện áp ra ổn định biết trước
(VREF).
2. “Phần tử lấy mẫu” để lấy mẫu điện áp ra.
3. “Phần tử khuếch đại sai biệt” để so sánh mẫu điện áp chuẩn và tạo ra tín
hiệu sai biệt.
4. “Phần tử điều khiển” để biến đổi điện áp ra thành điện áp ra mong muốn
khi điều kiện tải thay đổi và được điều khiển bằng tín hiệu sai biệt.
- Mặc dù mạch thật sự có sự thay đổi, nhưng có 3 kiểu ổn áp cơ bản là: Ổn áp
nối tiếp, song song (shunt) và xung (còn gọi là giao hoán hay ngắn đoạn). Nhưng
4 thành cơ bản ở điều có ở cả 3 kiểu ổn áp đó.
Hình 1.1 Sơ đồ khối của một nguồn ổn áp cơ bản
II.CÁC THÀNH PHẦN CỦA ỔN ÁP
1. Phần tử chuẩn.
-Phần tử chuẩn là nền tản của tất cả các ổn áp và điện áp ra được điều khiển
trực tiếp bằng điện áp chuẩn VREF. Những biến đổi của điện áp chuẩn qua
khuếch đại sai biệt sẽ làm cho điện áp ra thay đổi theo. Để có được sự ổn định
như yêu cầu, phần tử chuẩn phải ổn định, đối với mọi biến đổi của điện áp nguồn
và các nhiệt độ tiếp xúc có nhiều kỹ thuật phổ biến có thể dùng giải quyết các bài
toán thiết kế dùng IC ổn áp.
Phaàn töû
ñieàu khieån
Khueách ñaïi
sai bieät
REF
Ñieän aùp vaøo
Ñieän aùp ra oån ñònh
Phaàn töû
chuaån
oPhaàn töû
laáy maåu
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 3
2. Phần tử lấy mẫu.
-Phần tử lấy mẫu giám sát điện áp ra và đổi nó thành một mức điện áp
bằng điện áp chuẩn khi điện áp ra đúng. Khi nó có sự thay đổi điện áp làm cho
điện áp cho điện áp hồi tiếp lớn hơn hay nhỏ hơn điện áp chuẩn. Hiệu số điện áp
của điện áp chuẩn và điện áp lấy mẫu dùng để điều khiển ổn áp làm cho nó có
đáp ứng thích hợp và đúng với yêu cầu.
3. Khuếch đại sai biệt.
-Khuếch đại sai biệt của ổn áp dùng để so sánh điện áp hồi tiếp với điện áp
chuẩn. Nó cũng khuếch đại mức sai biệt để lái mạch điều khiển để đưa điện áp ra
về mức đặt trước.
4. Phần tử điều khiển.
a. Nối tiếp:
Vo=Vs -IL.Rs
b. Song song:
Vo =VI-(IL+Is).Rs
c. Xung:
Vo =Vs
Toff
+
Ton
Ton
Cấu hình của phần tử điều khiển
Tất cả các phần tử đã giới thiệu ở trên hầu như không đổi đối với các
mạch ổn áp. Trái lại thì phần tử điều khiển thay đổi theo ổn áp sẽ thiết kế. -
Người ta dựa vào phần tử này để phân loại ổn áp nối tiếp, song song hay ổn áp
xung(switching).
II. PHÂN LOẠI ỔN ÁP.
1. Ổn áp nối tiếp
Ổn áp nối tiếp có tên là “nối tiếp” là dựa vào phần tử điều khiển, ở ổn áp
này phần tử điều khiển mắc nối tiếp với tải. Phần tử điều khiển thường là một
transistor và nó có chức năng như một điện trở thay đổi được(Rs). Tích số của Rs
Rs
Vs Vo
Rs
R
Is
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 4
và dòng tải IL làm cho sai biệt điện áp vào ra(Vi-Vo) thay đổi và điện áp này bổ
chính cho điện áp vào và dòng tải thay đổi.
Ổn áp nối tiếp cơ bản được minh họa như hình vẽ sau:
Vo =Vref(1+R1/R2)
Với :Vref là điện áp chuẩn
Bất lợi cơ bản của ổn áp nối tiếp là: Công suất tiêu thụ của nó phụ thuộc
vào dòng tải và sai biệt điện áp vào ra. Công suất tiêu thụ sẽ trở nên đáng kể khi
dòng tải tăng hay hiệu số điện áp vào ra tăng.
2. Ổn áp song song.
Ổn áp song song dùng linh kiện tích cực mắc song song với tải và điều
khiển dòng diện qua nó để bù các biến động của các điện áp vào hay các điều
kiện tải thay đổi.
Ổn áp song song cơ bản dược minh họa như hình vẽ sau:
Với -Vref: điện áp chuẩn
-IL: dòng tải
-Ishunt: dòng qua phần tử điều khiển
-Khi dòng IL tăng, Ishunt giảm để điều chỉnh sụt áp qua Rs. Theo cách
này thì Vo giữ không đổi.
-Vo=VI-Is.Rs
-Với Is=IL+Ishunt
-Vo=VI-Rs(IL+Ishunt)
Rshunt: biểu diễn điện trở tương đương của phần tử điều khiển.
Nguyễn Văn Đức Luận văn tốt nghiệp
Trang 5
*Ưu nhược điểm:
-Mặc dù ổn áp này thông thường ít hữu hiệu hơn ổn áp nối tiếp hay ổn áp
xung, nhưng đối với một số ứng dụng nó lại có lợi. Ổn áp song song ít nhạy với
những biến đổi tức thời của điện áp vào, nó không phản ánh những biến đổi nhất
thời của dòng tải trở về nguồn.
3.Các vi mạch ổn áp DC tuyến tính.
-Các vi mạch ổn áp DC tuyến tính được sử dụng rất rộng rải do những ưu
điểm của nó như :Tích hợp toàn bộ linh kiện trong một vỏ kích thước bé, không
cần sử dụng hoặc chỉ sử dụng thêm một vài linh kiện ngoài để tạo mạch hoàn
chỉnh, mạch bảo vệ quá dòng, quá nhiệt có sẳn bên trong vi mạch … Một trong
những lọai vi mạch ổn áp DC tuyến tính thông dụng là họ vi mạch 78xx ( ổn áp
dương) và ổn áp 79xx(ổn áp âm) có ba chân. Tùy theo hình dạng vỏ, các vi mạch
ổn áp ba chân có thể cung cấp dòng từ 100mA đến 1A và cho điện áp ra cố định
ở nhiều giá trị khác nhau tương ứng với mã số:
-Dạng mạch điện dùng vi mạch ổn áp ba chân.
-Trong đó Ci được thêm vào khi vi mạch đặt xa nguồn chỉnh lưu và lọc để
ổn định điện áp ngõ vào; Co để lọc nhiễu cao tần.
-Tuy nhiên để vi mạch hoạt động tốt thì điện áp ngõ vào tối thiểu phải cao
hơn điện áp ngõ ra 2V. Đây là một giới hạn của vi mạch ổn áp tuyến tính
4.Nguồn ổn áp xung
-Sơ đồ minh họa nguyên lý họat động của nguồn ổn áp xung.
-Khi công tắc hở, năng lượng tích trữ ban đầu trong mạch lọc được cấp
cho tải.Khi điện áp trên tải giảm dần đến lúc ngõ ra mạch so sáng đổi trạng thái,
công tắc đóng lại. Dòng điện từ nguồn vào Vs cung cấp năng lượng cho tải và
78XX
(79XX)
VI
Vo
CoCi
Taûi
KÑ
sai
leäch
So
saùnh
Vref
Is Io
Vo
Vs
Coâng taéc
(transistor)
Maïch loïc
( LC )
+
-
+
-