ỔN ÁP

ỔN ÁP

KHÁI NIỆM

1.1. Khái niệm ổn áp:

Ổn áp là mạch thiết lập nguồn cung cấp điện áp ổn định cho các mạch điện trong các thiết bị theo yêu cầu thiết kế của mạch điện từ nguồn cung cấp ban đầu.

1.2. Thông số kỹ thuật của mạch ổn áp:

Điện áp cung cấp: là điện áp ngõ ra của mạch ổn áp dùng để cung cấp cho mạch điện được quyết định bởi cấu tạo thiết kế mạch. Tính bằng vôn.

Sai số ngõ ra cho phép: là phạm vi sai lệch điện áp cho phép trong quá trình thiết kế mà mạch điện, thiết bị vẫn hoạt động ổn định, được tính bằng tỷ lệ %, thông thường tỷ lệ này càng nhỏ độ ổn định làm việc càng tốt. Trong các thiết bị điện tử thông thường sai số thường được chọn nằm trong khoảng (1 – 5%)

Điện áp giới hạn ngõ vào: là khoảng điện áp ngõ vào cung cấp cho mạch ổn áp mà hệ thống mạch ổn áp làm việc ổn định, chính xác.

Dòng chịu tải: là dòng điện mà hệ thống ổn áp có thể cung cấp cho mạch điện mà không ảnh hưởng đến các thông số khác của hệ thống ổn áp trong một thời gian làm việc lâu dài.Tùy vào thiết kế mà dòng chịu tải có thể được tính bằng Amp hay mA.

Công suất nguồn: là khả năng cung cấp nguồn cho tải của hệ thống ổn áp, được tính bằn W hay kW.

1.3. Phân loại mạch ổn áp:

Tùy theo nhu cầu về điện áp, dòng điện tiêu thụ, độ ổn định mà trong kỹ thuật chia mạch ổn áp thành hai nhóm gồm ổn áp xoay chiều và ổn áp một chiều.

Ổn áp xoay chiều dùng để ổn áp nguồn điện từ lưới điện trước khi đưa vào mạng cụ bộ hay thiết bị điện.Ổn áp xoay chiều lại được chia thành các loại như: ổn áp bù, ổn áp dùng mạch điện tử tương tự, ổn áp dùng kỹ thuật số…

Ổn áp một chiều dùng để ổn định điện áp cung cấp bên trong thiết bị , mạch điện của thiết bị theo từng khu vực, từng mạch điện tùy theo yêu cầu ổn định của mạch điện: Mạch ổn áp một chiều được chia thành hai nhóm lớn là ổn áp tuyến tính và không tuyến tính ( còn gọi là ổn áp xung)

Việc thiết kế mạch điện cũng đa dạng phức tạp, từ ổn áp dùng điốt zene, ổn áp dùng transistor, ổn áp dùng IC… trong đó ổn áp dùng transistor là thông dụng trong việc cấp điện áp thấp, dòng điện tiêu thụ nhỏ cho các thiết bị mạch điện có công suất tiêu thụ thấp

MẠCH ỔN ÁP THAM SỐ:

2.1. Mạch ổn áp tham số dùng Điot Zener:

Sơ đồ mạch:

2. Nguyên lý:

Từ nguồn 110V không cố định thông qua điện trở hạn dòng R1 và gim trên Dz 33V để lấy ra một điện áp cố định cung cấp cho mạch dò kệnh

Khi thiết kế một mạch ổn áp như trên ta cần tính tóan điện trở hạn dòng sao cho dòng điện ngược cực đại qua Dz phải nhỏ hơn dòng mà Dz chịu được, dòng cực đại qua Dz là khi dòng qua R2 = 0.

Như sơ đồ trên thì dòng cực đại qua Dz bằng sụt áp trên R1 chia cho giá trị R1 , gọi dòng điện này là I1 ta có:

I1 = (110 – 33 ) / 7500 = 77 / 7500 ~ 10mA

Thông thường ta nên để dòng ngược qua Dz ≤ 25 mA\

2.2. Mạch ổn áp tham số dùng Transistor:

Mạch ổn áp dùng Diode Zener như trên có ưu điểm là đơn giản nhưng nhược điểm là cho dòng điện nhỏ ( ≤ 20mA ) . Để có thể tạo ra một điện áp cố định nhưng cho dòng điện mạnh hơn nhiều lần người ta mắc thêm Transistor để khuyếch đại về dòng

Sơ đồ mạch:

Nguyên lý:

Ở mạch trên điện áp tại điểm A có thể thay đổi và còn gợn xoay chiều nhưng điện áp tại điểm B không thay đổi và tương đối phẳng.

Nguyên lý ổn áp : Thông qua điện trở R1 và Dz gim cố định điện áp chân B của

Transistor Q1, giả sử khi điện áp chân E đèn Q1 giảm => khi đó điện áp UBE tăng =>

dòng qua đèn Q1 tăng => làm điện áp chân E của đèn tăng , và ngược lại …

III. MẠCH ỔN ÁP CÓ HỒI TIẾP:

3.1. Các thành phần cơ bản của mạch ổn áp.

Sơ đồ khối của mạch ổn áp có hồi tiếp

Một số đặc điểm của mạch ổn áp có hồi tiếp :

Cung cấp điện áp một chiều ở đầu ra không đổi trong hai trường hợp điện áp đầu vào thay đổi hoặc dòng tiêu thụ của tải thay đổi, tuy nhiên sự thay đổi này phải có giới hạn.

Cho điện áp một chiều đầu ra có chất lượng cao, giảm thiểu được hiện tượng gợn xoay chiều.

Nguyên tắc hoạt động của mạch.

Mạch lấy mẫu sẽ theo dõi điện áp đầu ra thông qua một cầu phân áp tạo ra ( Ulm : áp lấy mẫu)

Mạch tạo áp chuẩn => gim lấy một mức điện áp cố định (Uc : áp chuẩn ) Mạch so sánh sẽ so sánh hai điện áp lấy mẫu Ulm và áp chuẩn Uc để tạo thành điện áp điều khiển.

Mạch khuếch đại sửa sai sẽ khuếch đại áp điều khiển, sau đó đưa về điều chỉnh sự

hoạt động của đèn công xuất theo hướng ngược lại, nếu điện áp ra tăng => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công xuất dẫn giảm =>điện áp ra giảm xuống . Ngược lại nếu điện áp ra giảm => thông qua mạch hồi tiếp điều chỉnh => đèn công xuất lại dẫn tăng => và điện áp ra tăng lớn =>> kết quả điện áp đầu ra không thay đổi.

3.2. Mạch ổn áp kiểu bù.

Sơ đồ mạch:

Nguyên lý:

R₁: Điện trở lấy điện áp phân cực cho Q₂, cũng là điện trở tải R_C của Q₂.

R₂: Điện trở lấy dũng cho diode zener D_Z.

R₃, V_R và R₄ tạo thành mạch phân áp để lấy một phần điện áp ra V_OUT đưa tới cực B của Q₂. Điện áp này gọi là điện áp lấy mẫu, để so sánh với điện áp chuẩn V_Zdo diode zener tạo ra tại cực E.

C₁, C₂: là các tụ lọc

Q₁: Là Transistor ổn áp

Q₂: Là transistor dò sai điều khiển Q₁.

Điện áp sẽ thay đổi trong các trường hợp.

Điện áp vào V_IN thay đổi

Tải của mạch thay đổi.

Giả sử vì một lý do nào đó làm cho điện áp V_o tăng lên. Khi đó điện áp lấy mẫu V_S tăng lên, tức là điện áp lấy mẫu tại cực B của Q₂ tăng lên. V_BE(Q₂) = V_B – V_E tăng lên (do V_E không đổi) điều này sẽ làm cho Q₂ dẫn mạnh, điện áp cực C của Q₂, V_C(Q₂)giảm xuống tức là điện áp cực B của Q₁ V_B(Q₁) giảm xuống, kéo theo V_BE(Q₁) = V_B – V_E giảm xuống, Q₁ dẫn yếu, nội trở C-E R_CE(Q₁) tăng lên làm cho điện áp V_o giảm xuống.

Ngược lại, nếu V_o giảm xuống. Khi đó điện áp lấy mẫu V_S giảm xuống, tức là điện áp lấy mẫu tại cực B của Q₂ giảm xuống. V_BE(Q₂) = V_B – V_E giảm xuống (do V_E không đổi) điều này sẽ làm cho Q₂ dẫn yếu, điện áp cực C của Q₂, V_C(Q₂) tăng lên tức là điện áp cực B của Q₁ V_B(Q₁) tăng lên, kéo theo V_BE(Q₁) = V_B – V_E tăng lên, Q₁ dẫn mạnh, nội trở C-E R_CE(Q₁) giảm làm cho điện áp V_o tăng lên.

Kết quả: Điện áp rơi trên tải sẽ được ổn định. Trong mạch này điện áp V_o có thể được điều chỉnh tăng lên hay giảm xuống bằng cách chỉnh biến trở V_R, do đó biến trở V_R được gọi là biến trở chỉnh điện áp nguồn ổn áp.

3.3. Khái niệm về mạch ổn áp kiểu xung:

Mạch ổn áp xung là mạch ổn áp dùng khóa tích cực để làm phần tử điều khiển. Khóa này có tác dụng đóng ngắt điện áp theo một chu kỳ làm việc thay đổi theo các yêu cầu của tải.

Trong ổn áp xung thường dùng bộ lọc LC để lấy trung bình hiệu dụng điện áp ở ngõ vào của nó và đưa điện áp đó ra tải. Ưu điểm của ổn áp xung là do transistor chuyển mạch hoạt động lúc dẫn (bảo hòa) lúc ngắt nên công suất tiêu tán ở phần tử điều khiển rất thấp, do đó nó rất hữu hiệu và thích hợp cho các ứng dụng có yêu cầu dòng tải lớn so với ổn áp nối tiếp hay song song.