Chương 7: Mạch cung cấp nguồn

Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 182 CHƯƠNG 7: MẠCH CUNG CẤP NGUỒN GIỚI THIỆU CHUNG - Khái niệm bộ nguồn, sơ đồ khối của bộ nguồn gồm các khối biến áp, chỉnh lưu, lọc san bằng và ổn áp. - Biến áp: nhiệm vụ của biến áp. - Mạch chỉnh lưu: chỉnh lưu một pha nửa sóng, chỉnh lưu một pha toàn sóng, chỉnh lưu cầu và chỉnh lưu bội áp. Nhiệm vụ của mạch chỉnh lưu. - Mạch lọc. Nhiệm vụ của mạch lọc. Có mạch lọc C, mạch lọc L, mạch lọc LC và RC. - Mạch ổn áp. Nhiệm vụ của mạch ổn áp. Có mạch ổn áp dùng điôt zene, mạch ổn áp dùng tranzito, mạch ổn áp dùng vi mạch. - Mạch bảo vệ quá dòng, quá áp. Nhiệm vụ của mạch bảo vệ. Phân tích mạch bảo vệ quá dòng, mạch bảo vệ quá áp. - Bộ nguồn chuyển mạch: khái niệm, sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động của bộ nguồn chuyển mạch. NỘI DUNG 7.1. KHÁI NIỆM Mạch nguồn cung cấp có nhiệm vụ cung cấp năng lượng một chiều cho các mạch điện và thiết bị điện tử hoạt động. Năng lượng một chiều của nó được lấy từ nguồn xoay chiều của lưới điện thông qua quá trình biến đổi thực hiện trong bộ nguồn một chiều. Hình 7-1 biểu diễn sơ đồ khối của một bộ nguồn một chiều hoàn chỉnh với chức năng các khối như sau: Biến áp để biến đổi điện áp xoay chiều U1 thành điện áp xoay chiều U2 có giá trị thích hợp với yêu cầu. Trong một số trường hợp có thể dùng trực tiếp U1 không cần biến áp. - Mạch chỉnh lưu có nhiệm vụ chuyển điện áp xoay chiều U2 thành điện áp một chiều không bằng phẳng U0. Sự không bằng phẳng này phụ thuộc cụ thể vào từng dạng mạch chỉnh lưu. - Mạch lọc có nhiệm vụ san bằng điện áp một chiều đập mạch U0 thành điện áp một chiều U01 ít nhấp nhô hơn. Hình 7-1. Sơ đồ khối bộ nguồn. U0 Biến áp Mạch chỉnh lưu Mạch lọc Mạch ổn áp (ổn dòng) U2 U1 U01 Ur Rt It Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 183 - Mạch ổn áp một chiều (ổn dòng) có nhiệm vụ ổn định điện áp (dòng điện) ở đầu ra Ur (It), khi U01 thay đổi theo sự mất ổn định của U1 hay dòng tải It thay đổi. Trong trường hợp không có yêu cầu cao thì không cần mạch ổn áp, ổn dòng một chiều. 7.2. BIẾN ÁP Biến áp là thiết bị làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ dùng để biến đổi điện áp xoay chiều naỳ thành điện áp xoay chiều khác nhưng tần số không đổi. Trong thiết bị nguồn biến áp ngoài nhiệm vụ biến đổi điện áp xoay chiều của mạng điện thành điện áp xoay chiều có trị số cần thiết với mạch chỉnh lưu còn có tác dụng ngăn cách mạch chỉnh lưu với mạch điện về một chiều. Một biến áp cơ bản có hai cuộn dây cuốn trên lõi sắt từ hình 7-2. Cuộn sơ cấp được nối với mạng điện, cuộn thứ cấp được nối với tải. Các thông số phía sơ cấp thường có ghi chỉ số 1: số vòng dây sơ cấp W1 điện áp hiệu dụng, dòng điện hiệu dụng, công suất hiệu dụng sơ cấp U1, I1, P1. Các thông số cuộn thứ cấp ghi chỉ số 2: W2, U2, I2 ,P2. Ngoài ra còn có các đại lượng định mức của biến áp: điện áp định mức: U1dm, U2dm, dòng định mức I1dm, I2dm, công suất định mức Pdm. Nếu bỏ qua tổn hao do điện trở dây cuốn và từ thông tổn hao thì hệ số biến áp n được tính: n = U1/ U2 = W1/ W2 (7-1) 7.3. CHỈNH LƯU MỘT PHA 7.3.1 Chỉnh lưu một pha nửa sóng : 7.3.1.1. Với tải thuần trở (hình 7-3a) Giả sử nửa chu kỳ đầu U2 dương, điốt D phân cực thuận, D thông nên có dòng qua điốt, qua Rt khép kín mạch. Nửa chu kỳ sau U2 âm, điốt D phân cực ngược nên tắt, không có dòng qua tải. Nếu bỏ qua sụt áp thuận trên điốt thì dạng sóng điện áp nguồn, dạng sóng điện áp ra, dòng điện trên tải, dạng sóng điện áp ngược đặt đặt lên điốt D như hình 7-3b. U2 U2m π 2π ωt 0 io IM uo U2m UHình 7-3: Sơ đồ chỉnh lưu và đồ thị dạng sóng của chỉnh lưu 1 pha nửa sóng Io ωt a) U1 U2 Rt D U0 U1 U2 Hình 7- 2. Biến áp nguồn. Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 184 Ta thấy trong 1 chu kỳ của điện áp mạng, chỉ có 1 xung dòng qua tải → m =1. Điện áp trên tải u0 và dòng điện qua tải i0 bao gồm thành phần 1 chiều và vô số các thành phần xoay chiều từ bậc một trở lên, những thành phần xoay chiều này gây nên độ đập mạch (nhấp nhô) của điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu. n n n n u U U i I i ∞ = ∞ = = + = + ∑ ∑ 0 0 1 0 0 1 Bỏ qua tổn hao trên điốt, ta có thành phần 1 chiều của điện áp trên tải U0 2 2 0 2 45,0sin2 UUttdmUmU mo === ∫ πωωπ π (7-2) U điện áp hiệu dụng của u; 2 2 2 mUU = - Tần số đập mạnh của điện áp trên tải: fd= m.f = f = 50Hz - Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt: UDngmax=U2m (7-3) 7.3.1.2. Với tải dung tính Khi đầu ra bộ chỉnh lưu mắc 1 tụ C song song với tải, với điều kiện tC Rcm X <<= ω 1 thì tải của bộ nắn được coi là mang dung tính (Hình 7-3a) io U2 U0 UC 2θ Io ωt U2m Uo π 2π ωt U1 U2 UoC Rt D Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 185 Nếu giá trị tụ C để sao cho XC<<Rt, thì tất cả các thành phần xoay chiều của dòng nắn Σ i0∼ sẽ được nối tắt qua tụ C, trên Rt chỉ còn thành phần 1 chiều I0 Vì sự có mặt của tụ C nên khi D thông, C được nạp với hằng số thời gian nạp τn=(rS+rv)C. Khi D tắt, tụ C phóng qua tải với hằng số thời gian phóng τP=Rt.C. Vì nội trở của nguồn rS và của van nắn rv(rS+rv) << Rt nên τn<<τP, vì vậy điện áp trên tụ C biến đổi rất ít. Điốt chỉ thông khi giá trị điện áp tức thời của nguồn (uS) vượt điện áp uC, nên xuất hiện góc cắt θ của xung dòng điện nắn. Điện áp trung bình (điện áp 1 chiều) trên tụ được tính bằng: UC=U0=U2mcosθ (7-4) Ta thấy U0 là hàm của θ mà θ lại phụ thuộc vào giá trị của tải so với tổng trở của mạch. tS R/Rπθ 3= Khi hở tải (Rt=∞) thì I0hm= 0; θ = 0 vậy U0hm = U2m - Điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt là trong trường hợp hở mạch (Rt=∞) Ungmaxtt=2U2m (7-5) Sơ đồ nắn 1 pha nửa sóng có ưu điểm là đơn giản nhưng có những khuyết điểm: - Dòng trung bình qua điốt lớn Itbv=I0 - Tần số đập mạch nhỏ fd=f=50Hz nên khó lọc san bằng. 7.3.2 Chỉnh lưu một pha toàn sóng 7.3.2.1. Chỉnh lưu 1 pha toàn sóng dùng biến áp thứ cấp có điểm giữa + Với tải thuần trở Hình 7-5: Sơ đồ chỉnh lưu 1 pha toàn sóng với thứ cấp biến áp có điểm giữa khi tải thuần trở, dạng sóng đầu vào, đầu ra bộ chỉnh lưu và điện áp ngược trên điốt u2b D1 u1∼ a i2b i2a b D2 u2a 0 Uo i0 Rt a) I2M u2 ωt U0 π 2π u2M u2a i2 Io i2a u0 u2b i2a ωt ωt Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 186 Trên sơ đồ hình 7-5a: biến áp 1 pha có cuộn thứ cấp ra điểm giữa, tạo thành 2 điện áp u2a, u2b có biên độ bằng nhau và lệch pha nhau 1800 đặt vào 2 điốt, khiến chúng thay nhau làm việc trong cả chu kỳ. Khi u2a ở bán chu kỳ dương (a+;b-), điốt D1 thông, D2 khoá có dòng i2a (a→D1→ Rt→ 0) còn dòng i2b= 0. Khi u2b ở bán chu kỳ dương (b+; a-), điốt D2 thông điốt D1 khoá, có dòng i2b (b → D2→ Rt→ 0), còn dòng i2a= 0. Vậy trong 1 chu kỳ có 2 xung dòng qua tải cùng chiều, còn trên mỗi nửa cuộn thứ cấp chỉ có 1 xung dòng, m = 2 và tần số đập mạch fd=2f=100Hz. Dòng qua tải a b n n i i i I i ∞ = = + = +∑0 2 2 0 1 Do đó điện áp trên tải n n u U u ∞ = = +∑0 0 1 Dòng và điện áp trên tải bao gồm thành phần 1 chiều (I0, U0) và vô số các thành phần xoay chiều (Σ i∼ ; Σ u∼) thành phần 1 chiều của dòng điện chỉnh lưu: MM I,II 220 6360 2 == π (7-6) Trong đó: tf M M Rr UI += 2 2 rf = rb.a+rD là điện trở thuần tổn hao của 1 pha chỉnh lưu bao gồm điện trở tổng cuộn dây biến áp rb.a và điện trở thuần điốt rD, thành phần một chiều của điện áp nắn: t tf M t RRr URIU +== 2 00 2 π Nếu bỏ qua tổn hao biến áp và chỉnh lưu (bộ qua rf) thì 220 90 2 U,UU M == π (7-7) + Với tải dung tính. Rt D1 D2 a b u2a u2b u1~ i2a i2b C + U0 I2 u2a u2b uC i0 Uo ωt u0 ωt Io Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 187 Khi có C// Rt và t c c Rm X <<= ω 1 thì bộ chỉnh lưu có tải dung tính Khi tải dung tính thì các điốt chỉ thông khi giá trị dương tức thời của điện áp thứ cấp, vượt UC tức là xuất hiện góc cắt θ của dòng điện chỉnh lưu và điện áp 1 chiều U0 phụ thuộc θ. θθ cosUcosUU M 220 2== (7-8) Khi Rt = ∞ (chế độ hở mạch) → θ = 0 220 2UUU Mhm == - Điện áp ngược cực đại đặt trên điốt: 2222 UUU MmaxDng == (7-9) + Với tải cảm tính. Hình 7-7: Chỉnh lưu toàn sóng biến áp giữa với tải cảm và dạng sóng a) D1 D2 a b u2a u2b u1~ i2a i2b Lch + _ U0 I0 Rt u0 U2M u2a u2b u2 u0 ωt Uo i0 I0 b) ωt ωt Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 188 Tại đầu ra bộ chỉnh lưu mắc cuộn chặn nối tiếp với tải cuộn dây Lch sẽ chặn tất cả các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu, với điều kiện: XLch=mωLch>>Rt RLch<<Rt thì tất cả các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu sẽ bị chặn lại trên Lch, còn trên tải Rt là thành phần điện áp, dòng điện 1 chiều U0, I0. Dòng điện qua Lch và Rt là liên tục không đổi trong suốt cả chu kỳ (hình 7-7b) - Bỏ qua các tổn hao trên biến áp, điốt và Lch thì: tR UI;U,U 0020 90 == (7-10) Trong thực tế để loại bỏ tương đối triệt để các thành phần xoay chiều của dòng điện chỉnh lưu, người ta không chỉ dùng cuộn chặn riêng lẻ mà kết hợp với tụ C mắc sau nó và song song với Rt, để giảm nhỏ trở kháng ra của bộ chỉnh lưu. * So với sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng, thì sơ đồ này có ưu điểm: - Điện áp, dòng điện 1 chiều ra lớn - Tần số đập mạch fd = 2f → dễ lọc san bằng - Dòng trung bình qua điốt nhỏ * Nhược điểm: - Điện áp ngược đặt lên điốt lớn - Bắt buộc phải dùng biến áp 7.3.2.2. Chỉnh lưu cầu một pha Sơ đồ chỉnh lưu cầu một pha: gồm nguồn xoay chiều vào (có thể có biến áp hoặc không), 4 điốt mắc theo sơ đồ cầu, và tải. Khi nửa chu kỳ ứng với a+, b- thì D1 và D3 thông, thì có dòng i2a từ a → D1 → tải → D3 → b. Nửa chu kỳ ứng với b+, a- thì D2 và D4 thông, có dòng i2a từ b → D2 → tải → D4 → a. Lc C Hình 7-8: Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 p a với các tải khác nhau i2a a _ + U0 D1 D2 D3 D4 U2 b U1 i2b Rt Rt Rt Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 189 Trong một chu kỳ của điện áp mạng, sơ đồ làm việc hai lần với tải, có 2 xung dòng qua tải nên fd = 2f = 100Hz. Đối với tải điện trở, điện cảm, điện dung các dạng sóng và trị số giống như sơ đồ chỉnh lưu toàn sóng 1 pha với biến áp điểm giữa. - Với tải thuần trở: U0 ≈ 0,9 U2 - Với tải dung tính: ⎪⎩ ⎪⎨ ⎧ = = 2 20 2 2 UU cosUU ohm θ - Với tải cảm tính: U0 ≈ 0,9 U2 ,còn điện áp ngược lớn nhất đặt lên điốt 22 2UUU MmaxDng == - Ưu điểm của sơ đồ cầu so với sơ đồ có biến áp thứ cấp ra điểm giữa . + Có thể dùng biến áp hoặc không + Nếu dùng biến áp và nếu cùng điện áp thì cuộn thứ cấp có số vòng giảm một nửa. 7.4. CHỈNH LƯU BỘI ÁP 7.4.1. Chỉnh lưu bội áp nửa sóng - C1, C2 có giá trị điện dung đảm bảo t , CC RC X,X <<= 21 21 1 ω thì sơ đồ này là tải dung tính. Giả sử nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D1 thông, C1 được nạp nhanh với giá trị UC1 ≈ U2M. Nửa chu kỳ sau b+; a- thì D2 thông, C2 được nạp với UC2 = 2U2M.cosθ = U0 (7-11) (Điện áp nạp cho C2 là tổng điện áp cực đại trên cuộn thứ U2M nối tiếp với điện áp UC1). Khi hở tải: 2220 222 UUUU MmaxChm === Hình 7-9: Sơ đồ nắn bội áp nửa sóng a b u1 u2 C2 + − D1 D2 U0 Rt + C1 − + Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 190 7.4.2 Chỉnh lưu bội áp toàn sóng. Sơ đồ này có thể xem như 2 sơ đồ chỉnh lưu 1 pha nửa sóng mắc nối tiếp nhau với độ dịch pha giữa chúng là 1800 và tải dung tính. Giả thiết nửa chu kỳ đầu có a+; b- thì D1 thông, C1 được nạp với UC1=U2Mcosθ Nửa chu kỳ sau b+; a- có dòng i2 (D2 thông), C2 được nạp: UC2=U2Mcosθ (7-11) Sau 1 chu kỳ điện áp mạng ta có U0=UC1+UC2=2U2Mcosθ Khi hở tải ta có: U0hm= 2U2M=2 2 U2 Sơ đồ này 1 chu kỳ điện áp mạng, sơ đồ làm việc 2 lần với tải fd = 2f. 7.5. BỘ LỌC 7.5.1. Khái niệm chung Sau chỉnh lưu, nhất thiết phải có bộ lọc để san bằng độ đập mạch (hay lọc loại bỏ thành phần xoay chiều) của điện áp chỉnh lưu đến mức cần thiết mà tải yêu cầu. Để đánh giá tác dụng lọc của bộ lọc, ta coi bộ lọc như một mạng 4 đầu mà lối vào của nó được cung cấp một điện áp 1 chiều với độ đập mạch: Kđv = U0∼v/U0v Tại đầu ra bộ lọc ta nhận được điện áp với độ đập mạch: Kđr = U0∼r/U0r (7-12) U0∼v; U0∼r là biên độ của thành phần xoay chiều của điện áp đập mạch đầu vào và đầu ra được tính với hài bậc 1 Bộ lọc oV V~o dv U UK = Hình 7-11 Hình 7-10: Sơ đồ chỉnh lưu bội áp toàn sóng u1 + C1 Rt D1 + C2 D2 I0 U0 U2 Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 191 U0v, Uor điện áp 1 chiều đầu vào, ra của bộ lọc. Hệ số lọc (hay hệ số san bằng) của bộ lọc là: v r dr dv U U. U U K Kq 0 0 0 0 r v == (7-13) Nếu coi bộ lọc không tổn hao thành phần 1 chiều thì q ≈ U0∼v/U0∼r → q>1 Hệ số lọc nói lên chất lượng của bộ lọc đẫ làm giảm độ đập mạch đi bao nhiêu lần so với đầu vào. 7.5.2. Bộ lọc C, L - Bộ lọc C thường dùng trong các bộ nguồn có Rt lớn, công suất nhỏ. Khi biết Kd , f =50Hz thì giá trị tụ C được tính: C =3200Kd / m Rt (μF) - Bộ lọc L dùng trong các bộ nguồn công suất lớn. Khi biết Kđ , f =50 Hz thì giá trị Lch được tính : Lch =3,2.10-3 Rt / m Kđ (H) 7.5.3. Bộ lọc LC Bộ lọc LC là bộ lọc được dùng thông dụng nhất trong các bộ chỉnh lưu công suất vừa và lớn. Để lọc tốt các thành phần xoay chiều của điện áp đập mạch, ta chọn giá trị LCh sao cho: XLch=mω.LCh >> Rt (7-14) Và rLch<<Rt - Trị số điện dung sao cho: XC= 1/mωC <<Rt (7-15) Trong đó: m là số xung dòng qua tải, phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu. ω tần số điện mạng rLch điện trở thuần tổn hao trên cuộn chặn, ta có: 0~ r 0~ v 2 20 ~v 0 ~r 1 1.1 1( ) 1 ch ch ch U U jm Cjm L jm C Uq m L m C m L C U m C ωω ω ω ω ωω = + = = + = + do m2ω2LchC >>1 nên q = m2ω2LchC (bỏ qua 1) (7-16) Hình 7-12: Bộ lọc LC LCh C Rt Uo~V Uo~r Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 192 Hệ số đập mạch của điện áp tại đầu ra bộ chỉnh lưu được xác định phụ thuộc vào sơ đồ bộ chỉnh lưu và đặc tính tải của nó, còn hệ số đập mạch tại đầu ra bộ lọc do tải yêu cầu, nên q luôn có thể xác định được trước nên 22ωm qCLch = từ (7-14) xác định được Lch, vậy giá trị tụ lọc: chLm qC 22ω= với f=50Hz; Lch tính theo Henry; C (μF) chLm qC 210≈ (μF) (7-17) Hiệu suất của bộ lọc: t LtL t L R rRr R chch + =+= 1 1η (7-18) Thường thì rLch << Rt nên hiệu suất của bộ lọc LC khá cao và q tỷ lệ với m2, ω2 nên hệ số lọc của bộ lọc LC rất lớn. Những cuộn chặn có thể tích trọng lượng lớn, cồng kềnh, giá thành đắt. 7.5.4. Bộ lọc RC Khi hiệu suất bộ lọc là thứ yếu để đơn giản cấu trúc bộ lọc người ta dùng bộ lọc RC, trong đó 1 phần tử của mắt lọc là điện trở thuần R mắc nối tiếp với Rt. Tính q của bộ lọc RC tương tự như tính q của bộ lọc LC Ta có: q = mωCRtđ (7-19) Với t t td RR RRR + Khi biết trước q; f = 50Hz; C (μF); Rtđ (Ω) ta có: F)( μ td td mR qc m qCR 32003200 =→= (7-20) - Cho biết sụt áp ΔUR trên điện trở lọc R và dòng tải, ta tính được R=ΔUR/IRt Muốn lọc tốt (q lớn) thì điện trở lọc lớn do đó tổn hao trên bộ lọc sẽ lớn và hiệu suất của bộ lọc sẽ thấp. Rt R C Uo~r Uo~V Hình 7-13: Bộ lọc RC Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 193 7.6. ỔN ĐỊNH ĐIỆN ÁP 7.6.1. Khái niệm chung Nhiệm vụ của mạch ổn định điện áp là giữ cho điện áp đầu ra ổn định khi điện áp đàu vào thay đổi hay tải thay đổi. Để đánh giá độ ổn định của mạch ổn áp người ta đưa ra hệ số ổn định Ku. Hệ số ổn định điện áp Ku nói lên tác dụng của bộ ổn định đã làm giảm độ không ổn định điện áp ra trên tải đi bao nhiêu lần so với đầu vào. Độ không ổn định đầu vào : Vdm V V U UN Δ= Độ không ổn định điện áp đầu ra rdm r r U UN Δ= rV U,U ΔΔ là độ lệch lớn nhất về 1 phía của điện áp đầu vào và đầu ra so với các giá trị định mức đầu vào, đầu ra UVđm, Urđm. Vậy độ ổn định điện áp của bộ ổn áp. Vdm rdm r V r V u U U U U N NK Δ Δ== (7-21) - Dải ổn định Du, Di nói nên độ rộng của khoảng làm việc của bộ ổn áp, ổn dòng. - Hiệu suất: khi làm việc các bộ ổn định cũng tiêu hao năng lượng điện trên chúng, do đó hiệu suất của bộ ổn định thr r V r PP P P P +==η (7-22) Pr công suất có ích trên tải của bộ ổn định PV công suất mà bộ ổn định yêu cầu từ đầu vào Pth công suất tổn hao trên bộ ổn định 7.6.2. Ổn áp dùng điốt zener : Điốt zener có đặc điểm là: - Nếu đặt điện áp thuận trên điốt zener thì đặc tính của nó giống các điốt thường. - Nếu đặt điện áp ngược thì nó có thể làm việc được sau điểm đánh thủng A trên đặc tuyến V-A (hình 7-15a), tức là trong khoảng AB, chừng vào dòng điện ngược thông qua nó chứa vượt quá 1 giá trị cho phép Ingmax nào đó (IZmax). Bộ ổn định Vdm V V U U N Δ= rdm r r U U N Δ= Hình 7-14: Khối ổn định điện áp IZmin IZTB UZMax UZMin UZ A U -U I + R IZ ZD U I = IZ+ It UV It Rt Khoảng ổn định Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 194 Ta thấy trên đặc tuyến V-A của điốt zener: trên đoạn AB dòng ngược biến đổi ΔI = IZmax- IZmin là rất lớn, nhưng điện áp ngược trên nó biến đổi rất ít ΔUZ =UZmax- UZmin rất nhỏ. Người ta lợi dụng đoạn AB trên đặc tuyến V-A để sử dụng điốt zener làm phần tử hiệu chỉnh để ổn định điện áp 1 chiều. Nếu dòng ngược qua nó nhỏ hơn IZmin thì điốt zener không có tác dụng ổn áp. Nếu dòng ngược qua nó lớn hơn IZmax thì điốt zener sẽ bị đánh thủng hoàn toàn (bị ngắn mạch) khoảng làm việc (khoảng ổn định) của điốt zener được chọn trong khoảng AB còn điểm làm việc tĩnh thường được chọn ở chính giữa khoảng làm việc. 2 minZmaxZ ZtbZ IIII +== (7-23) Tương ứng với IZ ta có UZ. Sơ đồ nguyên lý mạch ổn định điện áp 1 chiều dùng điốt zener như hình 7-15b Theo sơ đồ đó ta có Ur = UZ UV = UR +UZ Khi Uv tăng lên thì dòng ngược IZ tăng lên gần tuyến tính, do đó I↑= (IZ↑+It)→ UR↑=I.R Vậy lượng tăng của UV đặt trên điện trở tuyến tính R, còn Ur = UZ có biến đổi rất ít khi UV giảm thì IZ↓ → I↓ → UR↓. Điện trở R để hạn chế dòng IZ không vượt quá IZmax - Hệ số ổn định điện áp đối với điện áp 1 chiều đồng thời là hệ số lọc đối với điện áp xoay chiều Chương 7: Mạch cung cấp nguồn 195 ZZZ Z r V u r R r R r Rr U UK ≈+=+=Δ Δ= 1 (7-24) ΔUV, ΔUr là sự biến thiên của điện áp vào và điện áp ra của bộ ổn áp so với điện áp vào, điện áp ra định mức. rZ điện trở động của điốt Zener Vậy nếu điốt Zener có điện trở động càng nhỏ thì độ ổn định càng cao. Mạch ổn định điện áp dùng điốt Zener được sử dụng khi yêu cầu công suất ra nhỏ, vì hiệu suất thấp η ≤ 50%, do tổn hao trên R lớn, mạch nạy đảm bảo sự ổn định tốt thì nên chọn: UV = (1,5 ÷3) Ur Mạch ổn áp dùng điốt zener được dùng thông dụng trong các bộ tạo điện áp chuẩn cho các bộ ổn áp dùng transistor và các bộ so sánh trong các mạch cảnh báo, bảo vệ... 7.6.3. Ổn định điện áp một chiều với hiệu chỉnh nối tiếp kiểu liên tục 7.6.3.1. Sơ đồ khối Các bộ ổn định điện áp với hiệu chỉnh nối tiếp kiểu liên tục còn gọi là bộ ổn áp có hồi tiếp có sơ đồ khối như hình 8-16. Bộ ổn định có hồi tiếp có hệ số ổn định lớn cũng như cho công suất lớn. Trong sơ đồ PTHC được điều khiển bằng tín hiệu 1 chiều từ bộ khuếch đại, phần tử hiệu chỉnh là các transitor công suất lưỡng cực hay tranzitor công suất trường, làm việc ở chế độ khuếch đại ở chế độ đó điện trở tiếp giáp (CE hoặc DS) biến đổi theo điện áp đầu ra. Điện áp ra qua mạch hồi tiếp đưa về bộ so sánh, mạch hồi tiếp đưa điện áp ra hay một phần điện áp ra trở về bộ so sánh, mạch hồi tiếp phần lớn là 1 bộ phân áp hay phân dòng Bộ so sánh thực hiện việc so sánh giữa điện áp ra trên tải (qua mạch hồi tiếp) với nguồn điện áp chuẩn, kết quả so sánh ta được 1 tín hiệu US cũng là điện áp 1 chiều. Tín hiệu 1 chiều US có thể đưa thẳng đến điều khiển PTHC hoặc thông qua bộ khuếch đại để tăng hiệu quả điều khiển. Bộ khuếch đại: là bộ khuếch đại 1 chiều để khuếch đại điện áp so sánh (còn gọi là điện áp sai lệch) trước khi đưa đến điều khiển PTHC để tăng hệ số ổn định của sơ đồ. Như vậy bộ khuếch đại có thể có, có thể không tuỳ theo y