169 B ộ ổ n áp tham s ố có ư u đ i ể m là m ạ ch đơ n gi ả n, ti ế t ki ệ m, khuy ế t đ i ể m c ủ a nó là ch ấ t l ượ ng ổ n áp th ấ p và không thay đổ i đượ c m ứ c đ i ệ n áp ra U 2 theo yêu c ầ u. Ổn áp loại bù dùng bộ khuếch đại có điều khiển (ph ươ ng pháp bù tuy ế n tính). Để nâng cao ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh, ng ườ i ta dùng b ộ ổ n áp ki ể u bù (còn g ọ i là ổ n áp so sánh ho ặ c ổ n áp có h ồ i ti ế p). Tùy theo ph ươ ng pháp c ấ u trúc, b ộ ổ n áp bù có hai d ạ ng c ơ b ả n là ki ể u song song và ki ể u n ố i ti ế p. S ơ đồ kh ố i b ộ ổ n áp ki ể u song song đượ c có nguyên lý làm vi ệ c c ủ a lo ạ i này t ươ ng t ự b ộ ổ n áp tham s ố . Trong đ ó ph ầ n t ử ổ n áp m ắ c song song v ớ i t ả i đượ c thay b ằ ng ph ầ n t ử đ i ề u ch ỉ nh để đ i ề u ti ế t dòng đ i ệ n trong gi ớ i h ạ n c ầ n thi ế t qua đ ó đ i ề u ch ỉ nh gi ả m áp trên đ i ệ n tr ở R o theo xu h ướ ng bù l ạ i: U 2 = U 1 - U Rd , do đ ó, đ i ệ n áp ra t ả i đượ c gi ữ không đố i. B ộ t ạ o đ i ệ n áp chu ẩ n đư a E ch vào so sánh v ớ i đ i ệ n áp ra U 2 ở b ộ so sánh và độ l ệ ch gi ữ a chúng đượ c khu ế ch đạ i nh ờ kh ố i Y. Đ i ệ n áp ra c ủ a Y s ẽ kh ố ng ch ế ph ầ n t ử đ i ề u ch ỉ nh D. S ự bi ế n đổ i dòng đ i ệ n tài t ừ 0 ÷ I tmax s ẽ gây nên s ự bi ể n đổ i t ươ ng ứ ng dòng đ i ệ n qua ph ầ n t ử đ i ề u ch ỉ nh t ừ I dmax ÷ 0. Hình 2.139a, b bi ể u th ị s ơ đồ kh ố i b ộ ổ n áp bù m ắ c n ố i ti ế p, trong đ ó ph ầ n t ử đ i ề u ch ỉ nh D đượ c m ắ c n ố i ti ế p v ớ i t ả i, do đ ó dòng đ i ệ n qua t ả i c ũ ng g ầ n b ằ ng dòng qua D. Nguyên lý ho ạ t độ ng c ủ a b ộ ổ n áp d ự a trên s ự bi ế n đổ i đ i ệ n tr ở trong c ủ a đ èn đ i ề u ch ỉ nh D theo m ứ c độ sai l ệ ch c ủ a đ i ệ n áp ra (sau khi đ ã đượ c so sánh và khu ế ch đạ i) Ví d ụ , do nguyên nhân nào đ ó làm cho U 2 bi ế n đố i, qua m ạ ch so sánh và khu ế ch đạ i Y tín hi ệ u sai l ệ ch s ẽ tác độ ng vào đ èn đ i ề u ch ỉ nh D làm cho đ i ệ n tr ở c ủ a nó bi ế n đổ i theo chi ề u h ướ ng là U đ/c trên hai c ự c c ủ a đ èn bù l ạ i s ự bi ế n đổ i c ủ a U 1 . Ta có: U2 = U 1 – U đ/c (h. 2.189a,b) do có s ự bi ế n đổ i cùng chi ề u gi ữ a U 1 và U đ/c , U 2 s ẽ ổ n đị nh h ơ n. Hình 2.139: a) Sơ đồ khối bộ ổn áp nối tiếp dương, a*) Sơ đồ khối bộ ổn áp mắc nối tiếp âm 170 Trong hai s ơ đồ trên, ph ầ n t ử đ i ể u ch ỉ nh gây ra t ổ n hao ch ủ y ế u v ề n ă ng l ượ ng trong b ộ ổ n áp và làm hi ệ u su ấ t c ủ a b ộ ổ n áp không v ượ t quá đượ c 60%. Trong s ơ đồ m ắ c song song, công su ấ t t ổ n hao ch ủ y ế u xác đị nh b ằ ng công su ấ t t ổ n hao trên R đ và trên ph ầ n t ử đ i ề u ch ỉ nh D là: P th = (U 1 - U 2 )(I t + I D ) + U 2 I D = (U t - U 2 )I t + U 1 I D Trong s ơ đồ m ắ c n ố i ti ế p, công su ấ t t ổ n hao ch ỉ do ph ầ n t ử đ i ể u ch ỉ nh quy ế t đị nh P th = (U t - U 2 )I t V ậ y s ơ đồ n ố i ti ế p có t ổ n hao ít h ơ n s ơ đồ song song m ộ t l ượ ng là U t I đ nên hi ệ u su ấ t cao h ơ n và nó đượ c dùng ph ổ bi ế n h ơ n. Ư u đ i ể m c ủ a s ơ đồ song song là không gây nguy hi ể m khi quá t ả i vì nó làm ng ắ n m ạ ch đầ u ra. S ơ đồ n ố i ti ế p yêu c ầ u ph ả i có thi ế t b ị b ả o v ệ vì khi quá t ả i, dòng qua ph ầ n t ử đ i ề u ch ỉ nh và qua b ộ ch ỉ nh l ư u s ẽ quá l ớ n gây h ỏ ng. Hình 2.140 : Mạch ổn áp kiểu bù và kết quả mô phỏng 171 Hình 2.140 đư a ra m ạ ch nguyên lí c ủ a m ộ t b ộ ổ n áp c ự c tính âm bù m ắ c n ố i ti ế p c ấ u t ạ o theo s ơ đồ kh ố i 2.139a đ ã nêu trên. Gi ả thi ế t U 1 gi ả m, t ứ c th ờ i U 2 gi ả m, gây nên s ự gi ả m c ủ a U ht . Đ i ệ n áp so sánh U i = U ht - E ch = U BE1 c ủ a T 1 gi ả m. Vì v ậ y U rc gi ả m, U b2 âm h ơ n nên U BE2 t ă ng, dòng T 2 t ă ng. Do đ ó U đc gi ả m. Ta có U 2 = U 1 – U đc N ế u gia s ố gi ả m c ủ a U t và U đc b ằ ng nhau, thì U 2 = const N ế u dòng t ả i t ă ng d ẫ n đế n đ i ệ n áp U 2 gi ả m t ứ c th ờ i thì m ạ ch ho ạ t độ ng t ươ ng t ự trên s ẽ gi ữ ổ n đị nh U 2 . Các t ụ C 1 và C 3 để l ọ c thêm và kh ử dao độ ng kí sinh, C 2 để nâng cao ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh đố i v ớ i các thành ph ầ n m ấ t ổ n đị nh bi ế n đổ i ch ậ m theo th ờ i gian. R 2 để thay đổ i m ứ c đ i ệ n áp ra (d ị ch đ i ể m tr ượ t xu ố ng thì |U 2 | t ă ng). L ư u ý: Khi mu ố n ổ n đị nh đ i ệ n áp c ự c tính d ươ ng, c ầ n thay đổ i các tranzito là lo ạ i npn, đổ i chi ề u đ iôt D z và các t ụ hóa trong s ơ đồ 2.140. H ệ s ố ổ n đị nh c ủ a m ạ ch đượ c tính theo công th ứ c: ) r R//R +1( r r R+A.r R =K B 21 E B cv c ôđ (2-271) Trong đ ó r v , r b , r E là đ i ệ n tr ở vào, đ i ệ n tr ở baz ơ và đ i ệ n tr ở colect ơ T 2 2 21 v đ βr R//R + r r +1=A là h ệ s ố đ i ể u ch ỉ nh, trong đ ó: r đ - đ i ệ n tr ở độ ng c ủ a D z ; R 1 và R 2 - đ i ệ n tr ở b ộ phân áp; β 2 - h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng đ i ệ n c ủ a T 2 . H ệ s ố A nêu lên ả nh h ưở ng c ủ a đ iôt ổ n áp, c ủ a T 2 đế n ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh: A th ườ ng có giá tr ị l,5 ÷ 2. Đ i ệ n tr ở ra c ủ a b ộ ổ n áp: Arr+BrR A.r.R.r =R cvBc vcE ra (2-272) Trong đ ó . B 21 r R//R +1=B H ệ s ố ổ n đị nh có th ể đạ t vài tr ă m. R ra đạ t ph ầ n ch ụ c đế n ph ầ n tr ă m ôm. Để nâng cao ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh có th ể dùng nh ữ ng bi ệ n pháp sau đ ây: 172 + T ă ng h ệ s ố khu ế ch đạ i b ằ ng cách dùng 2 hay 3 t ầ ng khu ế ch đạ i ho ặ c thay T 2 b ằ ng tranzito m ắ c t ổ h ợ p để có β l ớ n c ỡ 10 3 ÷ 10 4 . + Kh ử độ trôi đ i ệ n áp do vi ệ c dùng b ộ khu ế ch đạ i ghép tr ự c ti ế p b ằ ng cách dùng s ơ đồ khu ế ch đạ i vi sai có bù nhi ệ t nh ư hình 2.141a. . Đ i ệ n áp ổ n đị nh do D t ạ o ra đượ c đư a vào B 1 c ủ a T 1 : đ i ệ n áp h ồ i ti ế p đư a vào B 2 c ủ a T 2 , đ i ệ n áp ra c ủ a m ạ ch khu ế ch đạ i vi sai l ấ y trên colect ơ c ủ a T 2 ( đầ u ra không đố i x ứ ng) đư a vào kh ố ng ch ế T 3 . Do m ạ ch vi sai có độ trôi theo nhi ệ t độ r ấ t nh ỏ nên ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh đượ c t ă ng lên. Hình 2.141: Các bộ ổn áp chất lượng cao a) Sơ đồ dùng khuếch đại cân bằng; b) Sơ đồ dùng nguồn ổn định phụ + Dùng ngu ồ n 1 chi ề u ổ n đị nh ph ụ để cung c ấ p cho T 1 ngu ồ n này ổ n đị nh theo s ự bi ế n thiên c ủ a t ả i và ngu ồ n nên ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh t ă ng lên. + Dùng b ộ khu ế ch đạ i thu ậ t toán. Có th ể dùng vi m ạ ch µA 741 thay cho T 1 khu ế ch đạ i. Do vi m ạ ch có h ệ s ố khu ế ch đạ i l ớ n, ổ n đị nh cao nên ch ấ t l ượ ng b ộ ổ n áp t ă ng. Ư u đ i ể m chung c ủ a các b ộ ổ n áp theo ph ươ ng pháp bù liên t ụ c là ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh cao và cho phép thay đổ i đượ c m ứ c đ i ệ n áp ra trong 1 d ả i nh ấ t đị nh. Tuy nhiên, hi ệ u su ấ t n ă ng l ượ ng th ấ p (d ướ i 50%) do t ổ n hao công su ấ t c ủ a ngu ồ n 1 chi ề u trên b ộ ổ n đị nh t ươ ng đố i l ớ n. Để nâng cao ch ấ t l ượ ng ổ n áp đặ c bi ệ t là d ả i đ i ề u ch ỉ nh đ i ệ n áp ra, độ ổ n đị nh c ủ a đ i ệ n áp ra c ũ ng nh ư nâng cao hi ệ u su ấ t n ă ng l ượ ng, hi ệ n nay ng ườ i ta s ử d ụ ng ph ươ ng pháp ổ n áp bù không liên t ụ c (hay th ườ ng g ọ i là ổ n áp xung). - Ổn áp xung + Nguyên lý chung: 173 Đặ c đ i ể m quan tr ọ ng nh ấ t c ủ a b ộ ổ n áp bù tuy ế n tính là s ự sai l ệ ch đ i ệ n áp ra đượ c đặ t liên t ụ c lên m ộ t tranzito công su ấ t để đ i ề u khi ể n, bù l ạ i sai l ệ ch này và giá tri đ i ệ n áp ra sau b ộ ổ n đị nh: U ra = U ổn định ≤ U vào min v ớ i U vào min là giá tr ị nh ỏ nh ấ t c ủ a đ i ệ n áp đư a t ớ i b ộ ổ n đị nh. Ở các b ộ ổ n áp xung, ng ườ i ta thay tranzito đ i ề u khi ể n b ằ ng m ộ t b ộ chuy ể n m ạ ch xung. Tr ị s ố trung bình (1 chi ề u) c ủ a đ i ệ n áp ở l ố i ra đượ c đ i ể u ch ỉ nh nh ờ vi ệ c đ óng hay m ở chuy ể n m ạ ch theo 1 chu k ỳ xác đị nh và v ớ i th ờ i gian đ óng hay m ở có th ể đ i ề u ch ỉ nh đượ c theo m ứ c độ sai l ệ ch c ủ a U ra . N ế u đặ t b ộ chuy ể n m ạ ch đ i ệ n t ử ở m ạ ch th ứ c ấ p c ủ a bi ế n áp ngu ồ n, ta nh ậ n đượ c b ộ ổ n áp xung th ứ c ấ p. Trong tr ườ ng h ợ p ng ượ c l ạ i, n ế u ở m ạ ch s ơ c ấ p, ta có b ộ ổ n áp xung s ơ c ấ p. Để gi ả m nh ỏ công su ấ t t ổ n hao c ủ a bi ế n áp, ng ườ i ta ch ọ n t ầ n s ố làm vi ệ c c ủ a chuy ể n m ạ ch cao (vài kHz đế n vài ch ụ c kHz). B ằ ng cách đ ó, kích th ướ c, tr ọ ng l ượ ng bi ế n áp gi ả m vài l ầ n và hi ệ u su ấ t n ă ng l ượ ng chung c ủ a b ộ ổ n áp có th ể đạ t t ớ i trên 80%. C ặ p chuy ể n m ạ ch đ i ệ n t ử là các tranzito công su ấ t làm vi ệ c ở ch ế độ ng xung (ho ặ c các tranzito). Vi ệ c đ i ề u khi ể n đ óng m ở tranzito đượ c th ự c hi ệ n nh ờ 1 xung vuông góc đư a t ớ i baz ơ , có chu k ỳ xung không đổ i. T ồ n t ạ i 3 kh ả n ă ng đ i ề u khi ể n tranzito chuy ể n m ạ ch là: • Thay đổ i độ xung vuông (t ươ ng ứ ng v ớ i th ờ i gian m ở hay n ố i m ạ ch c ủ a tranzito) theo m ứ c sai l ệ ch c ủ a U ra nh ờ đ ó đ i ề u ch ỉ nh đượ c ở đ i ệ n áp ra ở m ộ t m ứ c ổ n đị nh. • Thay đổ i độ tr ố ng c ủ a xung vuông (t ươ ng ứ ng v ớ i th ờ i gian khóa hay ng ắ t m ạ ch c ủ a tranzito. Thay đổ i đồ ng th ờ i c ả độ r ộ ng và độ tr ố ng c ủ a xung đ i ề u khi ể n. T ươ ng ứ ng ở 3 kh ả n ă ng trên có 3 d ạ ng m ạ ch nguyên lý th ự c hi ệ n nh ư sau (ki ể u th ứ c ấ p). + Ph ươ ng pháp thay đổ i độ r ộ ng xung: S ơ đồ kh ố i c ủ a ph ươ ng pháp này cho trên hình 2.142. Đặ c đ i ể m k ế t c ấ u c ủ a ph ươ ng pháp này là tranzito chuy ể n m ạ ch T, cu ộ n ch ắ n L và t ả i m ắ c n ố i ti ế p nhau, đ iôt m ắ c song song v ớ i t ả i. • Tranzito T làm vi ệ c nh ư 1 khóa đ i ệ n t ử m ở ho ặ c khóa v ớ i t ầ n s ố không đổ i (kho ả ng 20 khz) do kh ố i t ạ o xung nh ị p c ủ a ph ầ n đ i ề u khi ể n t ạ o ra. Ph ầ n đ i ề u khi ể n th ự c hi ệ n vi ệ c so sánh đ i ệ n áp ra U ra v ớ i 1 đ i ệ n áp chu ẩ n U cb (do kh ố i t ạ o đ i ệ n áp chu ẩ n t ạ o ra), k ế t qu ả sai l ệ ch đượ c kh ố i K khu ế ch đạ i sau đ ó đ i ề u ch ế độ r ộ ng xung để t ạ o ra xung vuông có độ r ộ ng thay đổ i (t ạ i kh ố i t ạ o xung đ i ề u khi ể n) tr ướ c khi đư a t ớ i khóa tranzito để đ i ề u ti ế t kho ả ng th ờ i gian m ở c ủ a nó. Trong kho ả ng th ờ i gian ngh ỉ c ủ a xung đ i ề u khi ể n, dòng đ i ệ n ra đượ c đả m b ả o nh ờ t ụ l ọ c C và cu ộ n ch ắ n L. Đ iôt D dùng để ng ă n ng ừ a vi ệ c xu ấ t hi ệ n đ i ệ n áp t ự c ả m trên cu ộ n L quá l ớ n lúc chuy ể n m ạ ch tranzito chuy ể n t ừ m ở sang khóa và do đ ó b ả o v ệ tranzito kh ỏ i quá áp đ ánh th ủ ng U CEngcmax . 174 Hình 2.142: Ổn áp xung thứ cấp theo phương pháp điều chỉnh độ rộng xung điều khiển • M ộ t trong nh ữ ng ph ươ ng án đơ n gi ả n để đ i ề u ch ế độ r ộ ng xung là dùng xung tam giác có chu k ỳ và biên độ không đổ i so sánh v ớ i đ i ệ n áp c ầ n ổ n đị nh nh ư minh h ọ a trên hình 2.143. • Vi ệ c phân tích chi ti ế t s ơ đồ kh ố i hình 2.142 qua gi ả n đồ đ i ệ n áp và đ òng đ i ệ n (tìm ph ươ ng trình U L (t) và I L (t) qua đ ó xác đị nh dòng tuy ế n tính I L (t) và ∆I L ) cho phép rút ra các k ế t lu ậ n chính đố i v ớ i ph ươ ng pháp này là: + T ỷ s ố U ra /U vào t ỷ l ệ v ớ i t mở /T và do 0 ≤ t mở ≤ T nên 0 ≤ U ra ≤ U vào . T ứ c là d ả i đ i ể u ch ỉ nh c ủ a đ i ệ n áp ra ổ n đị nh n ằ m trong gi ớ i h ạ n 0 ÷ U vào . Đ i ệ n áp ra sau b ộ ổ n áp luôn không l ớ n h ơ n đ i ệ n áp vào. + Dòng trung bình qua tranzito chuy ể n m ạ ch (là dòng đ i ệ n vào) luôn luôn nh ỏ h ơ n dòng ra t ả i: rav I<I . 175 Hình 2.l43: Một phương pháp điều chế độ rộng xung nhờ 1xung chuẩn dạng tam giác + B ộ ổ n áp nh ậ n n ă ng l ượ ng c ủ a m ạ ch vào (U vào d ướ i d ạ ng không liên t ụ c và chuy ể n n ă ng l ượ ng 1 chi ề u ra t ả i d ướ i d ạ ng liên t ụ c theo th ờ i gian). - Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung S ơ đồ kh ố i c ủ a ph ươ ng pháp này đượ c cho trên hình 2.144. Đặ c đ i ể m k ế t c ấ u c ủ a ph ươ ng pháp này là cu ộ n ch ặ n L đ iôt b ả o v ệ D và t ả i m ắ c n ố i ti ế p nhau. Tranzito chuy ể n m ạ ch T m ắ c song song v ớ i t ả i phân cách qua đ iôt. Vi ệ c phân tích nguyên lý ho ạ t độ ng t ươ ng t ự nh ư trên, qua đ ó có th ể rút ra các nh ậ n xét chính sau : Hình 2.144: Phương pháp điều chỉnh độ rỗng xung + Do s ử d ụ ng tính ch ấ t t ự c ả m c ủ a cu ộ n ch ặ n L, có kh ả n ă ng nh ậ n đượ c U ra > U vào t ỷ s ố U ra /U vào ty l ệ v ớ i T/t khóa . Vì U o ≤ t khóa ≤ T nên U vào ≤ U ra ≤ ∞ t ứ c là ph ươ ng pháp này cho phép nh ậ n đượ c đ i ệ n áp ra l ớ n h ơ n đ i ệ n áp vào b ộ ổ n đị nh hay d ả i đ i ề u ch ỉ nh r ộ ng h ơ n. Đ i ề u này có th ể gi ả i thích tóm t ắ t do có hi ệ n t ượ ng tích l ũ y n ă ng l ượ ng t ừ tr ườ ng trong cu ộ n L lúc tranzito m ở (t ươ ng ứ ng v ớ i kho ả ng th ờ i gian t mở = t x c ủ a U t U đ.khiển t . - U 2 )(I t + I D ) + U 2 I D = (U t - U 2 )I t + U 1 I D Trong s ơ đồ m ắ c n ố i ti ế p, công su ấ t t ổ n hao ch ỉ do ph ầ n t ử đ i ể u ch ỉ nh quy ế t đị nh P th = (U t -. 2 21 v đ βr R//R + r r +1=A là h ệ s ố đ i ể u ch ỉ nh, trong đ ó: r đ - đ i ệ n tr ở độ ng c ủ a D z ; R 1 và R 2 - đ i ệ n tr ở b ộ phân áp; β 2 - h ệ s ố khu ế ch đạ i dòng đ i ệ n c ủ a T 2 ch ấ t l ượ ng ổ n đị nh: A th ườ ng có giá tr ị l ,5 ÷ 2. Đ i ệ n tr ở ra c ủ a b ộ ổ n áp: Arr+BrR A.r.R.r =R cvBc vcE ra ( 2-2 72) Trong đ ó . B 21 r R//R +1=B H ệ s ố ổ n